变频调速节能技术

变频调速节能技术（共12篇）

变频调速节能技术 篇1

自来水厂的清水泵站 (二级泵站) 是自来水生产过程中能源消耗的重点部位之一。长久以来, 水泵一直延用定速的方式运转, 对供水管网中的负荷变化常通过调节阀门来实现, 这种运转方式使得清水泵的能耗高, 运行成本大。本文从水泵的运行工况分析, 来阐述能耗高的原因及采用变频调速的节能原理, 提倡清水泵站应全面使用变频调速技术。

1 水泵定速运转能耗分析

有人认为, 清水泵站能耗高, 主要是因为使用阀门节流调节流量造成的。那么有些清水泵站运转时, 基本上就没有使用阀门节流调节流量, 难道这些泵站就不会耗电了吗?事实上, 水泵装置以定速运转, 即使没有使用阀门节流调节流量, 但是只要水泵装置运转时的实际工况点偏离了设计工况点, 就会产生能量的浪费。

为了简化叙述, 下面我们将以单台水泵装置为例进行能耗分析。清水泵站一般都是以多台水泵并联运转的, 对此可以按等扬程条件下, 流量叠加的方法, 绘出二台或二台以上水泵并联运转时的Q-H (n0) 特性曲线, 并将其假想成是一台大型的新泵。经过这样的处理后, 就可按以下的方法进行分析了。

某清水泵站使用的离心式水泵装置的性能曲线, 如图1所示, 曲线Ⅰ是水泵在额定转速 (n0) 下的Q-H (n0) 性能曲线, 它表明水泵供出的能量随着流量的增加而降低。曲线Ⅱ是按管路系统的Q-H关系式H=H净+SQ2绘制的管路性能曲线, 它表明管路系统需要的能量随着流量的增加而上升。曲线Ⅰ和曲线Ⅱ相交于A点 (QA、HA) , A点是按管网最高日, 最大时的设计秒流量计算出的设计工况点。水平点划线PL是以HA为基准设定的出站水压控制下限。水平点划线PH是为了防止管网水压超过管路的设计工作压力而设定的出站水压控制上限。

假设某时刻管网的用水量由QA减少为QB, 那么水泵装置的实际工况点将随之发生改变。过QB作垂线与曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别相交于B和B′, 如图1所示, 从图上看出, 当流量由QA减少为QB时, 水泵供出的能量由HA升到了HB, 升高了△HB1=HB-HA。而管路系统需要的能量则由HA降到了HB′, 降低了△HB2=HA-HB′。水泵供出的能量为HB, 而管路系统需要的能量只有HB′, 水泵装置的能量处于供大于需的状态, 供需差距为△HB=HB-HB′=△HB1+△HB2。此状况表明, 水泵装置的能量供需关系是失衡的, 需要进行调整。

水泵是以定速成运转的, 所以供出的能量将不能改变, 曲线Ⅰ的形态也保持不变, 在这种情况下需调整能量供需关系, 只能改变管路系统对能量的需求了。在供大于需的情况下, 这无疑扩大了管路系统的能耗, 这也正是水泵定速运转能耗高的关键。

由关系式H=H净+SQ2可知, 管路系统对能量的需求由二部分组成, 一是用来克服管路系统中各种阻力所需要的能量。对于特定的泵站, 管路阻力参数S是一定值。但是通过改变管路上的阀门的开启度, S值将随之改变。二是用来克服地形高差和保持管网中必要的水压所需要的能量 (H净) 。由此可知, 如果在H净的基础上, 管网再增加一定的水压, 那么管网就会产生过剩水压, 管路系统需要的能量自然就会增加, 曲线Ⅱ随之向上移动。

据此, 以H= (H净+△HB) +SQ2式, 代入不同的流量进行计算, 把计算结果标注在图1上, 再用平滑的曲线将各点连接起来, 就得到一条上移的管路性能曲线, 如图中曲线Ⅲ。从图中看到B′随同曲线Ⅲ向上移动了△HB的高度, 最终在B点与B重合。水泵装置的能量供需关系最终在B点达到了新的平衡, 实际工况点也就移到了B点。

由此可见, 管网的用水量由QA减少为QB, 水泵装置的实际工况点则从A点移到了B点, 整个过程并没有使用阀门节流调节流量, 完全是由水泵自动完成的。可是管路系统消耗的能量却增加了△HB。增加的这部分能量被转变成了管网中的过剩水压, 最终被浪费掉了, 这种浪费容易被人们忽视。

假设某时刻管网的用水量由QB进一步减少到QC, 同理, 过QC作垂线分别与曲线Ⅰ和曲线Ⅲ相交于C和C′, 见图1, 水泵装置的能量供需差距为△HC=HC-HC′, 需要进行调整。

为了使水泵装置的能量供需关系达到新的平衡, 需继续提高管网中的过剩水压, 以扩大管路系统对能量的需求, 使曲线Ⅲ再向上移动。但是当移动到曲线Ⅳ的位置时, 与出站水压控制上限PH相遇。如图中D点, 此状态表示管网的水压已达到设计工作压力, 不能再升高了。可是, 此刻水泵装置的能量供需关系仍未达到平衡, 还需要继续调整。

这时只有关小水泵出口侧管路上的阀门的开启度, 以增大阀门的局部阻力, (即采用通常所说的用阀门节流调节流量的方法) 改变管路阻力参数S, 迫使管路系统的性能曲线的曲率增加, 形态变徒, 如图中曲线Ⅴ。最终C′在C点与C重合, 水泵装置的实际工况点又移到了C点。

通过调整, 管路系统消耗的能量增加了△HC=HC-HC′其中有△HC1的能量被转变成了管网中的过剩水压, 有△HC2的能量是被阀门直接消耗掉了。

由图可以看出, 当管网的用水量在QA～QD区间波动时, 被浪费掉的能量基本上都转变成了管网中的过剩水压。只有当用水量小于QD时, 被浪费掉的能量才有一部分转变成了管网的过剩水压, 而另一部分则被阀门直接消耗掉了。

从以上分析可知, 水泵装置以定速运转时, 只要管网的用水量小于最高日、最大时设计秒流量, 水泵装置的实际工况点就会偏离设计工况点, 由此就会造成能量的浪费。水量波动的幅度越大, 能量浪费的就越多。

2 水泵调速运转能耗分析

水泵改变转速可以节能的理论依据是水泵的比例率:

式中, Q (Q′) 、H (H′) 、N (N′) 分别是水泵的转速为n (n′) 时的流量、扬程和轴功率。

以上三式反映出同一台水泵的转速改变后, 其主要性能参数的变化规律。

由此可知, 如果水泵装置的转速可以改变的话, 就等于可以改变其能量供需调整的方法了。我们知道, 水泵定速运转时, 在进行能量供需调整过程中, 表现出的特点是:以供定需。就是以水泵供出的能量作基准, 用扩大管路系统对能量需求的办法, 来达到水泵装置能量的供需平衡, 因此能量浪费严重。如果水泵可以调速, 那么供出的能量就可以改变, 在进行能量供需调整时, 就可以管路系统对能量的需求作为基准, 从改变水泵的转速入手, 以改变水泵供出的能量, 从而使水泵装置能量供需达到平衡。概括地说, 就是按需供给, 这样自然不会再造成能量浪费了。仍以某清水泵站为例, 泵站使用的水泵, 管路等设备的规格、型号及相关的技术参数均保持不变, 不同的仅是水泵的转速是连续可调的。相关曲线见图2。

假设某时刻管网的用水量同样由QA减少到了QB。同理, 过QB作垂线与曲线Ⅰ和曲线Ⅱ分别相交于B和B′。此刻水泵供出的能量为HB, 管路系统需要的能量为HB′, 水泵装置能量供需之间相差△HB=HB-HB′。如图2所示, 此状态表示由于管网用水量发生变化, 导致水泵装置能量供需关系出现了不平衡, 需要进行调整。

我们先把水泵的转速由额定转速n降低到n′, 再在曲线Ⅰ上任取几点, 然后把各点的流量、扬程分别代入公式 (1) 、 (2) , 计算出对应各点的Q′、H′。最后把计算结果标注在图2上, 并用平滑的曲线连接各点, 就得到一条下移的转速为n′的Q-H (n′) 水泵性能曲线, 如图中曲线Ⅲ。B点随着曲线的下移, 最终在B′点与B′重合, 表明水泵装置的能量供需在B′重新达到平衡, 其实际工况点已经移到了B′点。

由分析可知, 水泵装置以调速运转时, 管网的用水量由QA减少到QB, 水泵装置的工况点则由A移到了B′。由此水泵供出的能量降低了△HB, 水泵装置的能耗得以降低。节约下来的能量正好等于在定速运转时被浪费掉的能量。可以这么说, 水泵装置如果改为调速运转, 那么在定速运转时被浪费掉的能量就能够节省下来, 而且被浪费的越多, 节能的潜力越大。

3 应在清水泵站全面推广使用水泵变频调速技术

清水泵站是企业节能工作的重点, 与原水、污水等泵站相比, 清水泵站的流量变化幅度更大, 具有更大的节能潜力。我们知道, 清水泵站的设计工况点是按管网最高日, 最大时设计秒流量计算的。在实际运转时, 管网用水量基本上都小于设计秒流量。可以说一年有8760个小时, 如果清水泵站延用定速的方式运转, 那么就有8759个小时会偏离设计工况点。每年冬夏, 每天的日夜, 管网的用水量都会出现大幅度的波动。这些都是造成能量浪费的重要因素, 也是决定清水泵站应加快节能工作、率先使用变频调速技术的重要因素。

清水泵站要保证节能效果, 就离不开性能优良的调速装置。交流变频调速装置具有调速范围宽, 动态响应快的特点, 还具有闭环控制和PID人工智能调节工能, 可以根据流量的变化, 自动调节水泵的转速, 能有效地保证节能效果, 但是价格昂贵则是它的最大的弱点。这在一定程度上限制了它的推广使用。节能即是一项技术经济工作, 也是一种社会责任, 为了提高企业节能工作水平, 应集中有限的资金, 突破节能工作的重点, 才能使企业的节能工作有一个跨越式的发展

摘要：文章从水泵装置对能量的供给和需求入手, 分析了水泵装置以定速运转, 其能量供需不平衡以至能耗高, 而改用调速运转后, 则是按需供给, 所以能耗得以降低。自来水厂的运行管理中, 要节约运行成本, 关键在于降低清水泵站的能耗, 清水泵站应全面使用变频调速技术。

关键词：清水泵站,变频调速

参考文献

[1]泵站节能技术[M].北京:水利电力出版社.

[2]山厚生.交流变频调速的节能效果及估算电气传动, 2008.

变频调速节能技术 篇2

宝钢炼钢厂废钢桥式起重机主要负责废钢起吊以便向转炉供料，该设备24h连续工作，一旦停止运行会直接影响转炉炼钢生产。该桥式起重机电气控制系统是1985年引进日本安川公司生产的调压调速控制产品，经20多年在100%负荷率下运行，见已出现许多问题：

(1)主起升机构电机为绕线式电动机，通过可控硅调节电机定子交流电压和改变电机转子电阻相结合的方式进行调速控制，其他系统均采用继电接触器控制，接触器动作频繁(年均百万次)，故障率高，且备件消耗量大；

(2)转子用电阻器长期处于发热状态，故障多，电阻器发热消耗大量能源，粗略测算年耗电十几万度；

(3)受当时控制水平所限，定子调压系统采用模拟控制方式，技术落后，备件很难采购。同时由于分离元件寿命短、离散性高，影响调节系统的稳定性，因而须经常调整控制系统参数，模拟系统参数调整较麻烦，时间长，常常影响设备正常使用；

(4)测速发电机的速度反馈装置故障率高，占整个调速系统故障的80%以上；

(5)很多元器件老化，故障率高，滑环、接触器、电阻器等故障频繁；

(6)部分元器件厂家己停产，无备件更换；

(7)整个控制系统耗能大，不利环保节能。2 主要改造方案

(1)将定子调压调速系统改为带电能反馈的节能型变频调速系统；

(2)取消转子电阻，取消接触器控制；

(3)采用直流母线方式、传动系统整流回馈装置和逆变器进行控制；

(4)改造绕线式电机，使之能用于变频控制；

(5)桥式起重机变频调速控制系统一直由外商提供技术和产品，考虑现场改造的技术难度和复杂性以及进口设备高昂的价格，本次改造充分结合现场条件，参照目前最先进的AFE变频调速系统，采用关键元器件引进、自主技术集成的改造路线，以降低成本。改造方案的技术分析

3.1 电机特性分析 3.1.1 电机工作原理及特性 三相异步绕线电机、三相异步鼠笼电机和三相异步变频电机均属于交流异步电机，具有相同的工作原理，即电机通电后，定子形成旋转磁场切割转子绕组形成转子电压和转子电流，定子磁场与转子电流相互作用形成电机电动力矩 M=CMφI2cosφ2

普通三相异步绕线电机、三相异步鼠笼电机在50Hz工频下直接起动时，由于cosφ2很小，所以M不大。变频器控制电机在设定的频率和电压下起动时能得到较高的cosφ2和I2，起动力矩较大。

3.1.2 变频装置控制普通绕线电机

变频装置提供的电压是接近正弦波的方波脉冲，变频电机就是基于方波脉冲设计铁心和绕组的，变频装置控制变频电机能得到较宽的调速范围(1：50)和较少的损耗；而变频装置控制普通绕线电机只能得到较窄的调速范围(1：10)和较多的损耗，但损耗的增加一般不大于2%~5%，对电机发热影响不大，而对于桥式起重机，调速范围1：10足够了。因此在桥式起重机上采用变频器控制普通绕线电机完全可行。3.1.3 主起升机构电机

宝钢炼钢厂25t废钢桥式起重机主起升机构电机为160kW、585r/min、100%ED工作制电机，F级(155℃)绝缘耐热等级，主起升机构运行速度30m/s，起重量25t(含电磁吸盘自重10t)。

起升机构静功率

P=(Q+W)V/(6.12η)=25×30/(6.12×0.9)=136.2kW

可以看出满载时静功率小于电动机额定功率160kW，桥式起重机的动态转矩很小，主起升机构三相异步绕线电机最大转矩是额定转矩的3.39倍。因此采用原160kw二相异步绕线电机作为起升机构的拖动电机无论起动还是运行都没有问题，也通过了发热计 3.2 调速特性分析

3.2.1 主起升机构变频调速主传动部分的改造

本次改造3号25t桥式起重机主起升机构的焦点之一是成套引进还是自主集成。用户希望改造后能达到西门子最新产品AFE变频调速系统的性能，而西门子公司成套进口的AFE变频调速柜国内应用极少，且AFE变频调速系统的设计、制造、调试全部由德国西门子总部的工程师完成，国内熟知AFE变频调速装置工程师很少，西门子技术支持工程师认为AFE变频调速不可分拆，否则风险太大，国内外没有这样的先例。基于对变频调速技术的广泛应用及对现场工况的了解，在用户的支持与配合下，我们采用自己设计、自主集成、关键元器件选择国外产品的改造路线。

(1)AFE整流/回馈装置

该装置的核心部件是1个带有闭环控制板CUSA的调节板，它将三相交流电源变成可调直流电压，为三相交流电源侧叠加1个快速矢量控制，向电网发送一个近似正弦波的电流，因而，在电网净化滤波器的帮助下，电网能保持很小的扰动。矢量控制也可以调节功率因数，其优点是：当电网发生故障，甚至是在发电工作时，也不会烧坏逆变器上的熔断器，当一相瞬时跌落时，调节系统将功率分配给其余相且可连续工作。该装置还设有1个VSB板(电压识别板)，作为电网角度编码器，它具有100%的电网回馈能力，不需要自耦变压器，在发电工作时不产生损耗功率。该装置具有以下特点：

①控制系统可以对电网产生任意扰动，即该系统具有最佳综合功率因数；

②在电网电压瞬时跌落或故障时，具有防止传动系统颠覆功能；

③能进行无功功率补偿；

④四象限工作方式，带自换向功能；

⑤对于不稳定电网有最高可用性；

(2)变频调速柜构成变频调速系统由电源连接模块、变流器模块、逆变器3部分组成，见图1 3.2.2 主起升机构变频调速控制部分的改造

(1)变频调速柜控制

变频调速柜由操作室的电源合闸按钮控制整流/回馈装置启动，直流母线电压升到600V，运行输出继电器吸合，无故障输出继电器吸合，整流/回馈装置PMU显示0，系统进入待运行状态。

卷上、卷下和四档速度给定仍由操作室的操作指令开关控制，这些信号经新增加的中间继电器控制板送人变频调速柜，控制信号送入CUVC板，速度给定送入EB1扩展板。卷上、卷下运行指令使逆变器处于工作状态，并按给定速度档位运行。输出信号包括运行信号、故障信号和抱闸信号。控制信号的连接见图2。

变频调速控制采用带编码器的速度闭环控制方式，实现了主钩快速起动和快速停止，起动加速度可达到1.8m/s2，载荷经0.4S时间从静止升到最高运行速度。可以实现主钩运行从上升最高速快速直接转换到下降最高速，完全满足现场工况要求。

改用变频装置后，电机电流控制抱闸打开，电机实际转速控制抱闸闭合，减少了抱闸对机械设备的冲击，同时延长了抱闸装置的使用寿命。

(2)操作控制

起升机构采用变频器控制，操作手柄从下降拉回零位停车时，没有反接制动，因而不存在换向死区，变频器迅速降低频率，电动机迅速形成回馈制动力矩，再加上机械制动器的作用，制动效果比定子调压控制更好，不会产生溜钩现象。

3.2.3 变频调速与调压调速比较 基速以下调速时，变频调速为恒转矩调速，即在整个调速范围内，电动机允许的输出转矩保持不变。基速以上调速时，为恒功率调速。

调压调速既非恒转矩调速也非恒功率调速，随着转速的降低，电动机的允许输出转矩和允许输出功率都下降。

(1)变频调速的效率为0.97~0.98，而调压调速属于变转差率调速，低速时转差损耗大，效率低，不利于节能。

(2)矢量控制的变频调速，不加测速反馈时调速范围可以达到1：10，有测速反馈时调速范围大于1：10，且稳、速精度高，可以低转速稳定运行。

(3)启动转矩问题，电动机的力矩包括2部分：负载力矩和动态力矩，负载力矩用于提升重物，动态力矩用于启动和制动。变频器许用动态力矩为0.6MN(30s)，只要不超重，启动不成问题。废钢桥式起重机为电磁吸盘桥式起重机，不会出现超重现象，能满足变频启动的要求。

(4)启动负荷较大时，会出现下降溜钩问题。调压调速方式用串电阻改变机械特性，同步转速不变，特性较软，负荷变化引起的转速变化很大，采用测速反馈后会得到改善，但在低速时，测速反馈也不能使其特性得到改善，因而可能出现下降溜钩现象。

而变频调速的特性和直流电机相同，基速以下调速，机械特性是一组平行直线，特性硬，负荷变化时转速下降很小，载荷下降时，特性延伸到第四象限，处于再生制动，仍旧保持电动状态时的特性硬度，不会出现溜钩现象。

(5)绕线电机转子串电阻调速，因电阻长期处于发热状态消耗大量能量，以牺牲能量实现调速性能，效率很低。变频调速效率可达0.97~0.98，绕线电机改为变频调速后，只是将电阻全部短接，不会影响电机的性能，效率也不会下降。4 改造效果

长时间运行表明，变频调速系统运行可靠、响应速度快、节能环保、调速稳定、故障率低，是起升机构理想的控制装置，完全达到了改造目标。

在AFE产品基础上自主集成的桥式起重机变频调速系统为国内首创，技术性能与西门子成套产品相同，但装置成本明显降低，调试和现场服务的费用更低，能为系统的正常运行和维护提供技术支持。

变频调速节能技术 篇3

关键词：变频调速 节能减排 风机 水泵

1 概述

在企业，风机、水泵是其不可缺少的运转设备，其电能消耗和以往节流调节方式的能量损失，是构成企业生产成本的重要部分。随着市场经济的不断发展，在全球范围内人们的环保意识逐渐增强，节能减排成为企业获得经济效益、社会效益、环境效益的必经之路。

随着工业生产自动化的发展要求，变频调速技术得到了广泛的应用，凭借自身良好的调速性能，以及高效可靠的节电效果，现有设备的运行工况在一定程度上明显改善，系统的安全性、可靠性进一步得到提高，同时设备的利用率也大大提升，对于电机及其拖动负载来说，根据生产工艺的要求，通过调整转速输出，电机能耗明显降低，在一定程度上确保了生产系统运行的高效性。

通常在企业中所应用的风机与水泵，其运行工况的调节，根据系统需求，调整和控制节流设备（风门、挡板、闸阀、截止阀、回流阀等）的流量、压力，通过节流损失的方式对部分能量进行消耗。在生产过程中，一方面限制了控制精度，另一方面浪费了大量的能源，损耗了机械设备，从而导致生产成本居高不下。

对于风机、水泵等设备来说，一般情况下通过异步电动机对其进行驱动，该驱动方式的特点是：启动电流大、机械冲击强、电气保护特性差。当负载发生机械故障时，动作保护不及时，进而在一定程度上产生设备和电机同时损坏的现象。

随着近年来企业对变频调速技术的应用，其易操作、免维护、控制精度高、可实现运程操控的优点，逐步取代了以往的系统控制方式。

变频调速是根据电动机转速与工作电源输出频率成正比的关系而工作的。即：

n=60f（1-s）p

n——电动机转速

f——电源输出频率

s——电动机转差率

p——电动机磁极对数

通过改变频率f来改变电动机的转速。

根据流体力学可知，风机与水泵其转速n与流量Q、压力H、轴功率符合下列关系：①流量与转速成正比；②扬程、压力与转速的平方成正比；③轴功率与转速的立方成正比。

2 在现场控制中，对两种控制方式進行对比（以水泵为例）

定速运行，通过出口阀对流量进行控制。当流量Q1减小50%至Q2时，阀门开度减小，管网阻力发生改变，在节流作用下，压力由H1升高到H2，水泵轴功率实际值与额定值相比降低不大；（依据公式）

P=Q·H/（ηc·ηb）

P——功率

Q——流量

H——压力

ηc——水泵效率

ηb——传动装置效率

通过调速手段对水泵的转速n进行改变时，当流量从Q1减小50%至Q2时，管网阻力特性保持不变，水泵运行更加科学合理。在阀门全开，只有管网阻力时，能耗必然会降低。另外，在调节阀门的过程中，系统压力必然升高，进而在一定程度上威胁和破坏了管路和阀门的密封性能，而调节转速时，随泵转速的降低系统压力将降低，因此不会影响系统正常运行。将水泵的流量需求从100%将至50%时，将转速调节改为阀门调节，节能率在75%以上，风机等流体机械也同样如此。

举例如下：

根据公式p/p0=（n/n0）3

P为转速n时的功率

p0为转速n0时的功率

例如，一台22kw的鼓风机，运行18小时，在90%负荷下每天运行10小时（频率按46Hz计算，挡板调节时电机功耗按98%计），在50%负荷运行8小时（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计），全年运行时间300天；

则变频调速每年节电量：

W1=22*10*[1-（46/50）3]*300=14607kwh

W2=22*8*[1-（20/50）3]*300=49420kwh

Wb=W1+W2=14607+49420=64027kwh

挡板开度时每年节电量：

W1=22*（1-98%）*10*300=1320kwh

W2=22*（1-70%）*8*300=15840kwh

Wd=W1+W2=1320+15840=17160kwh

相比较节电量为W=WbWd=64027-17160=46867kwh

节电效益十分明显。

3 结束语

实践证明，变频调速应用于风机、泵类等流体设备，进行相应的驱动控制，节电效果非常明显，是一种理想的工况控制方式，其直接和间接效益极其显著，应用前景十分广泛。

参考文献：

[1]叶的旺.变频调速技术在矿山空气压缩机中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009（03）.

[2]郭敏，杨哲，姜超.变频调速电机在聚丙烯酰胺生产中的节能分析[J].价值工程，2012（04）.

[3]黄立军.变频调速技术在风机上应用的节能效果分析[J].江西能源，2006（12）.

变频调速节能技术 篇4

水厂机泵的选型, 一般是按城市最高日, 最大时的需水量来确定的, 但管网供水显然不是恒定流量, 因此在部分时段里机泵都处于低负荷运行。水泵的特性曲线方程为:H=HX-SXQ2而管道的特性曲线方程为:H=HST+∑SQ2

式中H-水泵的实际扬程

Q-水泵的实际出水量

HX-水泵在Q=0时所产生的虚总扬程

SX-泵体内虚阻耗系数

HST-水泵静扬程

S-代表长度及直径已定的管道的沿程与局部阻力之和的系数

水泵装置的工况点是指水泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相等的那个点, 也即为水泵特性曲线与管道特性曲线的交点。当曲线改变时, 工况点就会转移。二级泵站传统的运行方式是进行台数的切换或阀门调节, 水泵恒速运行。

根据离心泵的特性曲线公式:

式中:N-水泵使用工况轴功率 (kw) ;Q-使用工况点的流量 (m3/s) ;H-使用工况点的扬程 (m) ;r-输出介质单位体积重量 (kg/m3) ;η-使用工况点的泵效率 (%) 。

可求出运行在b点泵的轴功率和c点泵的轴功率分别为:

两者之差为:ΔN=Nc-Nb=R×Q2× (Hb-Hc) /102η

也就是说, 用阀门控制流量时, 有ΔN功率被损耗浪费掉了, 且随着阀门不断关小, 这个损耗还要增加。在水厂二级泵房水泵机组实际运行中我们常见的就是通过调节阀门的开启度来调节流量, 即通过增大管网的阻力来平衡水泵的工况 (使管道特性曲线变陡) 。因为管网的用水量是每时每刻都在变化的, 而二级泵站的分级也是有限的, 靠水泵台数的切换是不现实的, 所以常采用阀门节流措施。虽然使用阀门节流, 水泵的轴功率会随着流量的减少而减少, 且操作方便易行, 但从经济上看, 节流调节很明显是用消耗水泵的多余能量来维持一定的供水量;

而用转速控制时, 由于流量Q与转速n的一次方成正比;扬程H与转速n的平方成正比;轴功率P与转速n的立方成正比, 即功率与转速n成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法, 而是把电机转速降下来, 那么在运转同样流量的情况下, 原来消耗在阀门的功率就可以全避免, 取得良好的节能效果, 这就是水泵调速节能原理。

2 变频调速的基本原理

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系:

n=60f (1-s) /p公式 (1)

式中:f-水泵电机的电源频率 (Hz) ;p--电机的极对数;

P=T*n/9550公式 (2)

式中:P-水泵电机的轴功率 (Hz) ;T-电机的电磁转矩;n-电机的转。

由上公式 (1) 和 (2) 可知, 均匀改变电动机定子绕组的电源频率f, 就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢, 轴功率就相应减少, 电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。

3 水泵变速调节中不同运行方式的节能分析

目前, 随着科学技术的发展, 变速调节运行正成为发展的趋势 (其中, 变频调速是其主要方式) 。变速调节主要有二种运行方式: (1) 恒压变流量运行方式 (2) 变压变流量运行方式。下面, 我们从能量消耗的角度上来分析恒压变流量运行方式和变压变流量运行方式。

3.1 恒压变流量运行

恒压运行时的特性曲线如图3所示, 当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时, 压力保持不变 (恒为H0) , 由于水泵采用变频调速, 即有原来的满转速n变为n1, 理论上此时水泵需要消耗功率为Q2*H0, 虽然小于恒速运行时的消耗功率Q2*H1, 但仍大于管网此时需要的消耗功率Q2*H2。同恒速运行时一样, 多消耗的功 (Q2*H0-Q2*H2) 仍然是无效地消耗于管网之中。但从效率特性曲线图可知, 采用变速运行水泵的效率提高了 (由ηA提高到ηB, C点为D点的等效点) ;且这种运行方式供水品质优良, 可在任何情况下同时满足全网各用户对供水的流量与扬程的不同要求。

3.2 变压变流量运行

从图4特性曲线可知, 当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时, 由于水泵采用变速运行, 使转速从n调为n2, 并使水泵的出水压力刚好等于H2, 此时理论上水泵的输出功率为Q2*H2, 而此时管网需要消耗功率也为Q2*H2, 两者刚好相等, 水泵也达到其平衡工况点, 因此这种运行方式是最节能的。同恒压运行一样, 水泵的效率也提高了 (由ηA提高为ηB) 。

3.3 分析比较

从以上特性曲线图可知, 变速运行相对恒速运行来说, 是通过以下两个途径节能的:第一是提高了水泵的效率;第二是降低用阀门节流引起的压力损失。通常变速运行比恒速运行多节能12%左右。变速运行中, 虽然变压比恒压方式节能, 但并不能说变压就一定比恒压好, 而应根据实际情况具体分析。恒压运行无须知道流量, 只要有一个压力传感器就行;而变压运行是根据流量变化从而使压力作出相应的变化, 它必须知道用水量, 也就是说, 变压运行必须要有流量计, 因此, 变压运行的造价比恒压运行要高。

在水泵采用变速调节方式时, 采用恒压运行方式较安全及经济。在室内外供水系统中大多为此类情况;而在自来水厂中, 配水管网一般阻力都较大, 即管道特性曲线较陡, 应采用变压运行方式才能最大限度的节能。当然, 先进的调速设备价格较为昂贵, 一次投资较大, 因此不能盲目地认为变速调节就一定能节能, 当管网中有水塔和水池且其调节容积足够大时, 就没有必要采用变速调节了。

4 水泵变频调速控制系统的基本设计

目前, 国内在水泵控制系统中使用变频调速技术, 大部分是在开环状态下, 即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值, 以达到调速目的。系统主要由四部分组成: (1) 控制对象 (2) 变频调速器 (3) 压力测量变送器 (PT) (4) 调节器 (PID) 。系统的控制过程为:由压力测量变送器将水管出口压力测出, 并转换成与之相对应的4~20mA标准电信号, 送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较, 得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号, 该信号直接送到变频调速器, 从而使变频器将输入为380V/50Hz的交流电变成输出为0~380V/0~400Hz连续可调电压与频率的交流电, 直接供给水泵电机。

5 水泵变频调速应用的注意事项

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素, 都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此, 变频调速不可能无限制调速。一般认为, 变频调速不宜低于额定转速50%, 最好处于75%~100%, 并应结合实际经计算确定。

5.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上, 当水泵转速过小时, 泵的效率将急剧下降, 受此影响, 水泵调速高效区萎缩, 若运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速来节能了。

5.2 定速泵对调速范围的影响

实践中, 供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵, 不可能将所有水泵全部调速, 所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行, 并实现系统最优。此时, 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况:

5.2.1同型号水泵一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下调速运行的范围是很小的。

5.2.2不同型号水泵一调一定并列运行时, 若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

结束语

变频调速技术用于供水企业二级泵房水泵的控制系统, 具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源, 认真落实科学发展观的今天, 在供水企业二级泵房中使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技装置, 对于提高劳动生产率、降低生产能耗, 节约成本具有重大的现实意义。

摘要：在供水行业生产成本中, 电耗所占的比重最大, 因此要想减少自来水生产成本, 降低电耗是关键。本文介绍了水泵变频调速控制系统的节能原理、基本工作原理, 对二级泵站的水泵的几种流量调节方式 (阀门调节, 变速恒压调节, 变速变压调节) 从能量消耗的角度上进行了分析, 并指出了各调节方式的适用场合, 同时对二级泵站中水泵的变频调速系统控制过程进行了分析, 并且针对实际应用中应注意的问题进行了归纳总结。

关键词：变频水泵,二级泵站,节能,调速技术

参考文献

空压机变频节能改造方案 篇5

第一部分 变频节能改造背景

一、基本情况

二、变频调速技术

第二部分 空压机的改造缘由

一、空压机介绍

二、存在的主要问题

三、变频改造的优点

第三部分 实现方法

一、公司简介

二、实现方法

第四部分 投资估算及服务承诺

一、投资估算

二、服务承诺

第一部分 变频节能改造背景

一、基本情况

广西南宁华诺糖厂空压站现有315KW/380V空压机3台，160KW/380V空压机4台每年耗电量约200多万元。对华诺糖厂来说是一笔很大的开支。

近年来，我国经济飞速发展，对能源的需求尤其是是对电能的需求激增。去年夏季，珠三角和长三角许多城市不得不拉闸限电，我国不仅在电能开发上需要加快速度，而且还应该在节约电能方面狠下功夫，据统计，我国在电能利用率上仅有34%左右，比发达国家低10多个百分点，电能供给缺口大，电能利用率低，致使电费一涨再涨。去年8月份，襄樊市电力缺口大,电价上涨0.05元/度，达0.52元/度，使公司的成本开支增大，要降低成本，抓住主要矛盾，首先是降低电耗！

二、变频调速技术

交流电动机变频调速是近25年内发展起来的新技术，而在我国的普及应用已有10多年，即使在这短短的10多年里，国内变频器技术发展很快，技术相当成熟,并且有些变频器(如英威腾变频)装到成套

上出口到美国和澳大利亚。在国内广泛应用在风机、水泵、压缩机及调速设备上,应用的用户很多，使用后反映都不错。

变频调速技术在国内压缩机上应用的处于高速增长期，我们专业做变频器推广应用的企业已做了许多压缩机节能改造的工程，节电效果相当明显，业绩发展很快。尤其是2001年国家经贸委下发的《关于加快风机水泵压缩机变频节能改造的意见》给我们襄樊华强照明有限公司节电工作指明了明确的方向。

第二部分空压机的改造缘由

一.空压机介绍：

工作原理是由一对相互平行齿合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。

电机功率：110KW交流异步电机

额定电流：220A

额定转速：1480转/分

原系统工作状况：

该系统为星－角减压启动，启动电流到1000A。启动过程为空载启动，10－30秒（可调）后自动加载，其中星－角启动时间10－20秒（可调）。

主轴齿轮箱的润滑油压由主电机带动，启动10－20秒（可调）后检测由压力传感器检测的油压，如低于最小设定值（1.0bar）则报警。

该系统正常工作时可设定低点压力和高点压力，从而调节空压机的卸载和加载运行，达到调节压力的目的。加载运行时电机电流约220A左右，卸载运行时电机电流约100A左右。

二.存在的主要问题：

原系统由于电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，浪费电能。经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力。

三.空压机变频改造后的效益

1、节约能源

变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据贵公司的用气量和压缩机的供气量有较大的冗余，约

在30%左右。年节电费在：336936元（每天按10个小时工作，每年按10个月来计算），节电效益相当可观。

计算如下：

（315KW×3台+160KW×4台）×0.85×30%×10小时×30天/月×11个月/年×0.52元/度=693564.3元

2、提高压力控制精度

变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变，有效地提高了工况的质量。

3、延长压缩机的使用寿命

变频器从低频起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

4、变频器内置RS485接口，可以方便地与计算机相联，为将来贵公司实现DCS集中控制调度，计算机科学管理提供强有力的技术支持。

5、变频器的保护功能相当完善且强大，有过载、过压、过流、断相、接地、欠压等保护功能，从而保护着电机不会烧毁，又由于其启动时间长且启动电流从很小慢慢增长，消除了工频启动时强大的电流冲击，从而延长了水泵叶轮和电机的使用寿命。

6、变频器与压力传感器、工频控制柜构成一个PID自动化恒压控制系统，大大减少操作人员的劳动强度和工作期间的关注度，并提高贵公司供水服务质量。

第三部分 实现方法

一、英威腾公司简介 关于英威腾

深圳市英威腾电气股份有限公司，成立于2002年，是深圳市政府重点扶持的“高新技术企业”和“软件企业”，是集变频器研发、制造、营销于一体的国家高新技术企业。产品与技术

在吸收国外先进技术的基础上，结合近十年变频推广的应用经验和当今电力电子最新控制技术，如今形成低压CHV/CHE/CHF各行业专用系列、中压660V/1140V系列、高压CHH100系列，电压等级

220V~10KV、功率范围0.4KW~7100KW的上百种规格型号的高性能变频器，覆盖高、中、低端市场丰富的产品线，成为国内产品线最齐全的变频器生产厂家，也是少数自主研发掌握成熟矢量技术的国内变频器厂家之一。市场与应用

产品在石化、钢铁、建材、油田、化工、纺织、印刷、塑胶、机床、矿山等行业广泛成功应用；公司销售和服务网点遍布全国各地，与上百家经销商、千余家用户建立了长期合作关系，并远销东南亚、中东、欧美等50多个海外国家和地区，已成为国内变频器行业的实力品牌和领先品牌。企业理念

经营理念：众诚德厚 也精致远 核心价值：众诚德厚 拼搏创新

愿 景：致力于成为全球领先、受人尊敬的电气传动、工业控制领域的产品（服务）供应商

使 命：竭尽全力向客户提供物超所值的产品和服务，客户更有竞争力

经营方针：创新 品质 标准化 共同发展

一、实现方法（一拖多）

工作原理：

变频器拖动空压机变频运行，压力传感器实时检测输出气管的压力变动情况，当出气压力低于变频器的设定压力时，变频器频率增加，压缩机加速运行，供气压力增大，当压力还达不到设定压力时，可编程控制器发指令将变频运行的空压机切换成工频运行，下一台空压机变频运行，至到压力等于设定压力为止；当出气压力高于变频器的设定压力时，变频器频率减小，空压机减速运行，供气压力减小，当压力还偏大时，可编程控制器发指令将变频运行的空压机停止运行，下一台空压机变频运行，至到压力等于设定压力为止。变频器能根据检测的压力情况与设定压力比较，实现PID调节。

第四部分 投资估算及服务承诺

CLIN T-科莱特自控 最优选择　最好服务原系统调频运行运行指示故障报警变频工频δ=480断开空压机1000*2200*800mm设计刘涛审核批准工程名称空压机变频节能改造武汉科莱特变频自控技术实施单位有限公司 1AV2A1SM1HB1HB2SM2HB2HB1HB

一、投资估算（方案一）：

①CHE100-315KW变频器 1台 141000元/台 小计：141000元 ②压力送送器 1台 1000元/台 小计：1000元 ③可编程控制器（72点）1台 8000元

④电柜（含旁路及相关附件）台 15000元/台 小计：15000元 ⑤程序开发费用12000元 合计：175000元

从上面节能效益分析得出一年节约的电费为69.4万元 4个月就可收回投资。

二、服务承诺

1、负责现场指导安装调试。

2、免费提供现场的操作、维护技术培训。

3、一年免费保修，终生维护。

4、变频器故障退出运行后，24小时内赶到现场。

浅析变频器节能技术原理及其应用 篇6

关键词：变频器 节能技术原理 应用

中图分类号：TM925文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0063-01

在产品的加工制造业以及工业生产中，泵类、风机等设备的应用范围越来越广泛，其在电能上的消耗以及挡板、阀门等一些设备的节流损失，还有对它们的日常的维修和维护的费用几乎占成本的20%，这是一笔不小的生产费用的开支，随着经济的发展，改革不断深入，市场竞争不断加剧，节能降耗也逐渐成为了提高产品质量和降低生产成本的一个重要手段。

1 变频节能技术基本理论

变频技术使用的基本原理：在很长的一段时期内，电气设备所使用的交流电的频率都是维持在一个固定的状态，变频技术的运用就是使频率变成了一种可以随意的调节和利用的资源。现如今，变频技术中最活跃以及最快发展的就是变频的调速技术。变频技术包括计算机技术、电力电子技术、点击传动技术，是一种综合性比较强的技术，结合了机械设备和强弱电。就是指在工频电流的信号转化成其他的频率，这种转化主要是通过半导体元件来完成的，之后再将交流电转化成为直流电，在逆变器对电流和电压进行调控的同时使机电设备达到无极调速的程度。总而言之，变频技术就是通过电流改变频率来对电机的转速进行控制，从而使有效的控制电机设备，这些都是在电流频率与电机转速同比增长的基础上来完成的。变频技术的特点就是能够使电机平稳的运行，可以進行自动的加速和减速的控制，在能够提高工作效率的同时减小对于能源的消耗。

在变频器的日常运用中，主要是运用转矩直接控制和矢量控制的方式，在变频器的今后发展中人工神经网络以及模糊自优化的控制方式，而且，变频器通过不断地发展，其综合性会越来越高，在完成基本调速的功能基础上，还具有在内部设置的通信、可编程序以及参数辨识的功能。

2 变频器的节能原理

2.1 变频节能方式

根据流体力学，功率=压力*流量，流量和转速的一次方是成正比的，压力与转速的平方是成正比的，功率和转速的立方成正比，如果说水泵效率固定的话，当调节流量下降时，转速就会成比例下降，输出的功率也就成立方关系下降，所以说，水泵的转速与电机耗电功率是近似立方比关系。举个例子，一台功率是55kW的水泵电机，将它的转速调到原来转速的80%的时候，它的耗电量是28kW/h，省电率是48%。但是如果将转速调到原来的50%的时候，耗电量就变成了6千瓦每小时，省电率达到87%。

2.2 采用功率因数补偿方式进行节能

无功的功率不但会使设备发热，增加电线的磨损，最重要的一点就是功率因数降低导致了电网的有功功率也随之降低，所以，造成了大量无功电能在线路当中消耗掉，导致设备的使用效率降低，浪费现象非常严重，使用了变频调速设备装置之后，因为变频器内部的滤波电容作用，从而使无功损耗得到进一步减少，使电网有功功率得到增加。

2.3 运用软启动方式进行节能

由于电机是通过Y/D启动或者直接启动的方式进行的，启动的电流是额定电流的四到七倍，这样就会对供电电网和机电设备造成严重冲击，而且这样对电网的容量要求也是非常高的，在启动的时候会产生比较大的电流，而且在震动的时候对阀门和挡板的损害也是非常大的，对管路和设备的使用寿命也是非常不利的。变频装置的使用，利用变频器软启动的功能，使启动的电流从零开始，最大的值也不会超过额定电流，所以使其对电网的冲击以及对供电容量的要求也大大减轻了，使阀门和设备的使用寿命也大大延长了。

3 变频节能技术的应用实例

我们利用在160kW的循环水泵上安装变频调速器为例子，对变频节能设备进行改造，分别测试了改造前后的用电量，取得了非常满意的效果。

3.1 在进行变频改造之前的控制模式

在循环水泵的工作中，当流量由于工艺的需要而改变时，就要运用调节水泵出口和入口的开度方式来对水泵的实际流量进行改变，这种调节方式被称为节流调节，在本次举例中，出口和入口的阀门开度都是60%上下，从电能利用的方面来说，这是一种很不经济的调节方式。

3.2 在进行变频改造之后的控制模式

在循环水泵的工作中，当流量由于工艺的需要而改变时，入口和出口的阀门都完全打开，运用对电动机转速进行调节的方式来寻找合适的、新的工作点，从而得到合适的流量。根据实际情况和现场的需要来实现手动控制或自动控制，在本例中，因为不需要频繁地对流量进行调整，所以根据现场的实际情况和需要，确定出电动机实际工作的频率是40Hz，并且采取了手动控制的方式，主要目的就是为了节约电能。

4 运用变频调速系统后运行上发生的变化

实现了完全意义的软启动，在电机进行启动的时候，转子的转速随着输入电源的频率增加而慢慢增加，使速度得到平稳提升，整个系统的启动时间设为20s左右，不会对系统造成冲击，比原来的启动方式更平稳。

电网所运用的电流也得到大幅度下降，使电气设备的使用更加安全，同时也因为频率降低后，电机的转速也随之降低，对机械的磨损也就减少了，也使发生故障的概率大大降低，减少了维修经费。

使为水泵提供电能的变压器节约出了大部分的供电容量，单纯的有功负荷下降，节约出的容量大约是50千瓦，提高了设备的利用效率。电机功率的因数也相应得到提高，这样就使电机的运行更加经济。

5 结语

变频技术的使用提高了产品质量，降低了能耗，节约了能源，也进一步提高了企业的经济效益，变频调速技术的应用就是要对这些设备进行改造，从而达到节约能源的作用。

参考文献

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[5]但翔.我国煤矿机电设备变频节能技术的应用现状[J].城市建设，2010（7）.

[6]桑占兵，李晓东.变频节能技术应用[J].中小企业管理与科技，2010（18）.

变频调速节能技术 篇7

1电气控制节能设计的基本要求和原则

1.1基本要求

1.1.1满足企业功能的需要

首先, 进行节能降耗, 必须满足企业的现代照明的所需, 企业照明需要进行相关的亮度以及色度需要, 满足特殊场合的实际需要, 满足室内空调温度的舒适和空气的清新。

1.1.2追求经济价值

企业是追求经济效益的载体, 企业的发展包括对于电气的控制都需要实现其自身的经济价值。具体而言, 企业的节能不能单纯进行节能, 必须考虑到实际的经济价值。过高地进行消耗性的投资, 增加总的运行成本, 都是不可取的。电气的控制需要在较短的时间内,

1.1.3节能的需要

企业的进行相关的电气控制技术的应用, 是为了能够在满足企业自身的实际功能的前提下, 节省没必要的开支。企业之中进行相关的电气控制的时候, 一定程度上需要进行科学以及合理的考量, 明确哪些能耗是必须, 哪些能耗是非必要的, 然后根据实际情况进行相应的节能措施。

1.2基本原则

电气节能控制技术在实际之中的应用, 需要遵循以下原则:

1.2.1适用性

企业之中电气的节能必然要满足一定程度上打造企业的良好环境, 为设备运行提供必需的动力, 电能质量与供电可靠性等方面的要求, 供电设计的优化, 是按照用电设备对于负荷容量的尺度, 并且能够一定程度上促进电能合理利用。

1.2.2节能性

企业的电气控制节能技术的应用, 企业需要着眼于电气设备本身自己的电能消耗, 传输线路上的电能消耗, 在充分考虑减少以及发挥建筑物自身的功能的情况下, 实现企业节能的目标。

2高压变频调速技术

近年来, 电子技术的最新发展与研究的主要方向是电力运行中高压功率变换技术, 电力生产与应用中对于节能环保要求日益提升, 在世界各地各国高压功率变化换技术得到了良好的发展与应用。目前高压变频调速技术建造的系统主要有以下几种:

首先, 高-低-高高压变频空调速系统是目前在企业电气控制节能技术之中普遍存在的高压变频调速系统形式。此种系统的实现有着显著地特点, 需要通过高压设备与机组系统之间的实现变频进行调控, 先通过将高电压使用变压器进行降压实现后, 然后应用的是高-低-低的高压变频调速方式, 此种系统能够充分的进行低压大功率电动机进行拖动运行。变频调速机器装备是为了能够以变频器的途径向交流发动机进行供电而设计的, 并构成开环或闭环系统, 自身损耗小, 工作效率高。

其次, 在工作单位的整个电力运行之中, 这种高压变频调速系统实际上并不是真正的高压变频调速技术与系统, 企业传输的电压自身就存在不合理现象, 逆转器的损耗本身会有加大的倾向。首先, 将需要的高压系统的设备与系统进行变压器相关的我降压之中, 然后进一步进入到整个低压变频器之中, 通过低压变频器输出电压经过变压器升压后, 最后通过高压电动机的拖动进行整个的运行, 通过专门的逆变器设备在以多个功率的开关器件串联的方式下。此种系统的主要特点便是在于, 系统内部平滑性比较好, 而且效率比较高, 电流的运行对于系统和电网的冲击并不会太大, 而且节电效果比较明显;调速范围较大, 精度高;易于实现过程自动化。此种系统可以用于风机、泵类等平方律特性负载, 并且能够达到50%的节能率;设备本身的速率降低之后, 可以减少相关的磨损以及延长一定的寿命, 获得可观的间接经济效益。

再次, 在企业整个的供电系统之中, 串联的开关器的数量比较多一级复杂, 对于串联的功率开关器件需要的数量就比较多, 功率自身的耐压能力不高, 高压变频调速系统的可靠性以及效率就比较低还有一种高压变频系统形式被称为是高-高高压变频调速系统形式。与此同时合理以及科学的选择比较好的导线是必须的, 需要选择使用比较低的阻电线缆, 使得电线线缆自身的热量散失的比较小, 与此同时需要合理选择导线截。

3电气控制节能的实现途径

3.1企业内部进行节能规范性措施

3.1.1使用变频调节

变频调节便是通过改变电机自身的转速, 然后调节相关的风量以及流量, 因为功率和转速的平方成正比。因此, 大大减少了损耗, 从而实现节能的目的。

3.1.2削峰填补节能

削峰填谷的功能的实现, 主要是需要区分尖峰符合阶段以及非尖峰符合的阶段, 从而通过发电侧和彼此的电测的调试, 然后通过对两者进行相关的符合功率的调度, 所以使得系统供电能够进行相关的符合补偿, 设计电缆的时候, 在充分考虑负荷容量和扩建可能性以及必需的安全裕度下尽量选择小截面的电缆。

3.1.3使用低阻电缆

在高负荷、高温度的夏季也减少了事故的可能性, 在电缆的选用, 可以更加偏向于选用低阻值的电缆, 能够散发出比较大的热量。在实际的物理理论之中, 其中关系式正比关系, 阻值越大, 所耗费的能量就越多。在电缆的安全性的同时, 可以减少输电线路损失, 此种电缆的安全性的表现在, 不仅占地比较大, 并且谐波比较多, 需要使用滤波器进行电力保护运行。

3.2控制变压器的负载

需要建立相关的长效机制, 相关人员可以衡量具体的电量使用, 然后考察设备的使用情况, 根据设备的使用状况制定相关的措施, 减少不必要的电能损耗或者使用, 最终达到降低企业的产品成本的价格的目的。变压器使用频率仅亚于电机, 在生产型为主的整个企业之中, 主要从两个角度实施:其一, 提高负载率。提高变压器的负载率, 因为这样可以提升实际的负载率。经济负载率的确定是通过负载的峰值以及负载的功能性损耗来确定变压器负载率。在交流调速技术中, 它的调速性能与可靠性不断完善, 价格不断降低, 特别是变频调速节电效果明显, 易于实现过程自动化, 已被工业行业广泛采用, 体积小, 便于安装、调试、维修简便;低速时, 相对稳定性好。

3.3加强电力计量管理

企业的电力计量管理的加强有利于电气进行节俭。主要从两个方面展开, 提升科学性的计量, 可以避免因为计量问题而给企业经营带来的隐患, 在整体企业的科学性管理范围之内, 定期进行对在用计量装置测试数据分析, 避免计量装置失准运行, 提高在用电能计量装置准确性;其二为了安全生产, 减少电能损耗, 合理支付电费, 降低设备投资, 正确选用变压器台数、容量, 采取合理的运行方式和不断地调整川电负荷, 是用电企业共同关心的问题。针对变压器应用, 关键在于变压的负载控制, 达到变压器负载控制。

摘要：随着我国经济水平的不断提高, 我国能源资源出现后力不足的现象, 在能源资源之中我国的电气消耗受到了比较大的关注。本文之中首先分析以及阐述了在电气控制之中需要遵循的基本要求与原则, 然后重点阐释了高压变频调速技术在电气控制节能之中的应用以及特点, 最后归纳性总结了电气控制节能技术的实现途径:企业内部进行节能规范性措施;控制变压器的负载;加强电力计量管理。

关键词：电气控制,变频调速,节能

参考文献

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[2]尚永成, 田宏建, 孙科健等.浅析企业电气节能技术的应用[J].技术与市场, 2013 (06) :150.DOI:10.3969/j.issn.1006-8554.2013, 06, 081.

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[4]陈颖峰, 甄玉杰.游梁式抽油机节能技术电气控制系统[J].仪表技术与传感器, 2007 (07) :66-67.DOI:10.3969/j.issn.1002-1841.2007, 07, 027.

变频调速节能技术 篇8

目前国内龙门刨床大多主要采用电机扩大机—发电机—电动机组 (A—G—M) 控制, 故障率高, 低速时损耗大, 功率因数低, 且对电网和机械的冲击很大, 维修麻烦。随着工业自动化的发展, 变频调速节能技术及可编程控制器 (PLC) 的不断更新, 它们结合为龙门刨床提供了一种更好的控制系统。用这种系统控制的龙门刨床不仅克服了以上老式控制系统的各个缺点, 还大大提高了控制精度和加工质量, 更主要的是节约了能源。本文介绍一例龙门刨床控制系统的变频调速及PLC改造。

1 龙门刨床运动过程

龙门刨的刨削过程是工件与刨刀作相对运动的过程。工作台的工作流程如图1所示。

图1中表示了龙门刨床工作台工作刨削行程和返回过程的变化。0～t1刨床工作台空行程起动;t1～t2刀具慢速切入阶段;t2～t3刀具加速进入正常加工阶段;t3～t4正常加工阶段;t4～t5减速退出工作阶段;t5～t6反接制动到回返阶段;t6～t7返回速度稳定阶段;t7～t9减速返回反接制动阶段, 至此完成一个完整的加工过程。其中, 在刨削过程中没有进给运动, 只有在返回行程中才有刀架的进给运动。工作台与工件间的往复运动称为主运动, 横梁、刀架的运动称作辅助运动。

2 龙门刨床变频调速节能改造方案

以兰州里海机床有限公司B2012A龙门刨床变频调速节能改造为例介绍改造方案。

2.1 原主拖动系统参数

主传动采用直流 (A—G—M) 电机拖动系统, 控制直流发电机励磁系统的交磁扩大机组为2.2kW, 直流电机功率60kW, 直流发电机70kW, 交电动机55kW, 采用机械速比2∶1和电气调速比10∶1机电联合调速模式。加工刀数3把, 切削量0.35mm, 前进切削电流44A, 后退电流24A, 换向电流77A, 切削速度15m/min, 后退速度36 m/min。

2.2 变频调速改造控制要求

(1) 无级调速的调速范围宽, 系统运行的平滑性好, 动态品质更好。

(2) 能根据不同工件自由调节工作速度, 而且前进和后退的速度要单独调整。

(3) 起动和制动性能好。快速、平稳的起动和制动, 对电网和机械的冲击小, 能很好地实现慢速切入, 快速换向等工艺要求。

(4) 高速切削平稳, 静差度小。

(5) 系统简单, 安全可靠, 便于维修。

(6) 噪音低, 效率高, 可靠性好, 节能效果明显。

2.3 变频改造的方法

(1) 主工作台控制采用一台富士FRENIC 75G11-4CX通用型变频器控制一台55kW交流变频电机, 代替原来电机扩大机—发电机—电动机组系统, 实现无级调速及对工作的各种不同速度的控制和往返换向控制。

(2) 垂直, 左右刀架等保持原有电机 (除夹紧电机外其他电机也可选用变频控制) 。

(3) 刨床所有动作控制都集中在控制悬臂箱上。

(4) 刨床的各个动作都由PLC来控制, PLC根据操作指令和现场光电信号, 按照所编制的程序对变频器、横梁、油泵等进行人工或自动循环控制。

2.4 再生能量的处理

刨床快速往复运动, 对交流变频调速系统会产生很大的反馈能量, 迅速吸收再生能量是技改的关键技术之一。改造时要充分考虑到这个因素, 对刨床的换向制动采用制动单元+制动电阻来吸收再生能量。实践证明:这样的组合控制方式, 不仅简单可靠, 而且造价很低。

2.5 控制电路和软件流程

(1) 为了便于操作变频器, 采用外部端口连接, 实现远程控制。可实现正转、反转、正转点动和反转点动, 外部异常, 通过RST报警。

(2) 软件流程龙门刨床的工艺流程由PLC控制主变频器驱动交流电机来实现。整个工艺过程可以自动也可以人工操作。刨台的运动, 刀架的升降, 横梁的控制以及互相联锁和显示等功能都由PLC来实现。为方便操作, 在控制悬臂箱上装有刨台运动速度显示和各种运动指令及报警信号, 且操作完全符合原操作习惯。基本接线图如图2所示。

3 改造后应用情况及效益对比

改造完成后龙门刨运行稳定可靠。运行结果如表1所示。

改造后的优点:

(1) 设备冲击减少, 提高设备寿命。

(2) 该厂技术室计算节电10kWh/h×18h×330d×1元/kWh=59400元/a。

(3) 设备体积减少70%。

(4) 维修量减少。

(5) 设备效率提高。

由表1可看出, 采用交流变频取代直流拖动系统不但能降低原系统的装机容量, 还能提高系统的稳定性, 减少整机的占地面积, 同时能达到很好的经济效益。

4 结论

变频调速节能技术 篇9

在石油化工生产企业, 其主要设备是高能耗的防爆电机, 电能耗基本达到95%以上, 故此在机电设备的电机运行系统中就会有很大的节能空间, 将变频调速技术与电机设备的合理设计, 才会有效地控制能耗。

1 化工生产变频调速技术节能的实现

(1) 在化工企业传统的生产线上, 主要是通过对生产工艺介质的压力和温度以及液位等参数的改变, 通过挡板、调节阀及其它相关设备的控制, 使风机的输出功率浪费在节流过程, 在实际生产的同时, 经常需要调整工艺参数, 使泵和其他设备在非满负荷运行, 造成了大量的输出功率的浪费。

(2) 目前, 在化工企业的设备控制上, 采用变频控制技术对生产线上的设备进行直接控制调试, 加入变频器的内置软件, 可以通过通讯的方式将设备参数传递给变频调速装置, 并对设备的功率与参数进行精确的控制调试, 达到控制目的。

通过对上述研究结果, 在化工生产线上的设备操作中, 如机器启动阶段, 变频调速技术的使用可以实现能源的节约, 效率高达45%, 它可以有效降低电机软启动时候的启动电流, 避免了在启动过程中对设备的破坏, 更加长了使用的年限, 并且进一步提高了节能降耗的效果。

2 变频调速技术实现

2.1 变频调速步骤

变频调速技术是通过对交流电动机改变输入电源频率来调节输出转速, 交流异步电动机的输出转速和输入频率关系如下:

式中:n——电动机输出的转速;

F——输入电动机电源频率;

S——电动机的转差率;

P——电动机的极对数。

由式 (1) 得知, 交流异步电动机输出的转速与其输入电源的频率、转差率和极对数密切相关, 而电动机的型号决定其转差率和极对数均属不可改变的属性, 所以只有对输入电动机的电源频率进行调节从而改变电动机的转速。

2.2 变频调速技术节能的实现

2.2.1 设备处于运行中的节能实现

根据流体力学的基本定律分析, 风机、泵类设备都是平方转矩负载, 它的转速n与介质 (气体或液体) 流量Q、压力 (扬程) H、轴功率P的关系表现如下:

其中Q1、H1、P1为风机、泵类设备在转速为n1时的流量、压力 (扬程) 和轴功率;Q2、H2、P2为风机、泵类设备在转速为n2时的相似工况条件下的流量、压力 (扬程) 和轴功率。由式 (2) ~ (4) 可知, 风机、泵类设备的流量与其转速成正比, 压力与其转速的平方成正比, 轴功率与其转速的三次方成正比。由此得知, 当通过降低转速来减少流量以达到节流功效, 节能效果自然明显。

2.2.2 化工设备在启动时实现节能

在化工企业的生产线上, 某些机器设备在启动时, 可能会使用全压启动, 这样就增加了电的使用, 也对设备产生了一定程度上的破坏, 不利于线路与变压器的保护。而且起动转矩过大也会影响设备的正常运行, 破坏设备的质量, 增加设备养护与维修的次数, 这样也不利于节能降耗, 会使设备在启动时增加能耗, 对环境产生一定的破坏。

因此如果使用变频调速控制技术, 可以在一定程度上为设备的启动问题带来便利, 并节省能耗, 使得设备得到顺利启动, 降低了启动冲击, 延长其使用的寿命。

3 变频调速技术在阿科玛氟化工项目中的应用

基于以上的描述, 在阿科玛氟化工项目的建造中, 为了实现节能安装, 达到绿色环保的效果, 使用了变频调速技术, 来对化工设备进行选用。该公司年产6000吨偏二氟乙烯 (VD F) 和5000吨聚偏二氟乙烯 (PVDF) 项目中, 在设备选型中结合国家节能减排的政策, 从源头开始落实节能, 变频调速技术的使用让该项目的设备功能得到了很大程度的提高, 以下内容将结合该技术在公司中的应用展开论述, 详细分析了其节能降耗的具体表现。表1中列出了项目各主要单元的用电负荷情况。

基于节能的理念, 在设计安装过程中广泛征集设计与施工单位的意见, 针对某些设备的特殊要求, 结合其技术与操作运行的要求, 在这些设备中安装了变频调速器, 这样一来, 不但提高了设备的使用功能, 也在一定程度上节约了电能, 实现了节能环保的目的, 具体的设备包括风机、泵、压缩机等。表2列出了需要安装变频器的电机的种类和台数。

由表2的统计数据可计算配备变频器的电机总负荷为3518kW, 如果按每台电机及设备都采取变频调速技术实现节电40%以上、以每年平均运行7500h计算, 则每年可节约电能1.05×l07kWh, 节约电费640余万元, 设备维护费、材料费等都节约100余万元之多。

对于精细化工项目的投资来说, 每年能节约700多万的运行成本, 可谓不少。故此, 变频调速技术的合理、高效应用提高了企业的生产效率;增强了企业利润。

4 结语

目前, 应国家发展规划的要求, 促进变频节能技术的应用, 成为项目建设的趋势。文章结合变频节能技术的优势与其在具体项目中的应用, 通过对其节能效果与经济效益的分析可知, 其为企业提高生产效率、节省了生产成本, 也达到了节能减排的目的。

参考文献

[1]张锦荣.变频调速技术与节能应用[J].自动化与仪器仪表, 2012, 11, 25

变频调速节能技术 篇10

1 输油泵的损失

某输油管道是一条路线较长的输油线路, 管道的管径外围72cm。按照施工设计的预期, 其每年的输油量可以达到2×107t。在该线路中, 一共设置了12个中间站, 有43台输油泵机组共同运行来保证石油的正常持续输送。而由于一期二期工程改造时选择的输油泵的技术参数存在差别, 使得这两个油泵在实际的运行中存在上下站输油管道压力不同的现象。当运输量大致相同的石油输送过程中, 必须要对其进行出口阀门的调节来实现节流控制。但是这种阀门调节的控制方法使得阀门前后存在一定的泵管压差, 从而造成节流损失, 使输油泵所做的功率有一部分被浪费掉, 造成了电能浪费。并且也对输油泵的使用寿命造成很大影响, 使用周期较短。据相关统计显示, 这种输油泵阀门的调节方式每年都会浪费掉巨大的电能, 并且产生数量惊人的油耗。为了解决这一问题, 必须要对其输油泵的调节技术进行改进。在这种情况下, 高压变频调速节能技术就具有了较大的应用价值与应用空间。

2 输油泵机组变频调速系统设计

根据离心泵的特性, 其工况的调节主要是调节流量, 通过对输油泵电机的变频改变电机的转速, 来实现输油泵的工况调节, 是因满足工艺运行条件下的一条可行的技术途径。通过充分调研国内外各种6k V变频调速系统的应用情况和进行各种变频调速系统的技术经济性能论证, 最终选用HARSVERT-A06/220型高压变频调速系统应用于该输线输油泵机组上。

HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术, 属高-高电压源型变频器, 变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。功率模块为基本的交-直-交单相逆变电力, 整流侧为二极管三相全桥, 通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制, 可得到单相交流输出。

每个功率模块结构及电气性能上完全一致, 可以互换。输入侧由移相变压器给每个功率模块供电, 移相变压器的副边绕组分为3组, 根据电压等级和模块串联级数构成多级相叠加的整流方式, 可以大大改善网侧的电流波形。使其负载下的网侧功率因数接近1, 无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。输出侧由每个功率模块的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电, 通过对每个单元的PWM波形进行重组, 可得到阶梯正弦PWM波形。

控制器由高速单片机、工控PC和PLC共同构成。单片机实现PWM控制, 同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术, 低压部分和高压部分完全可靠隔离, 系统具有极高的安全性, 同时具有很好的抗电磁干扰性能, 可靠性大大提高。另外, 控制电源掉电时, 控制器可由配备的UPS继续供电, 变频器可以继续运行。

3 技术方案

在对输油泵进行高压变频调速系统安装时, 需要注意:尽管使用高压变频调速系统能够实现较高的节能效益和经济效益, 但是因为输油泵机组的整个输油线路中的重要枢纽部位, 其需要长时间保持正常运转才能保证输油线路的正常通行。而要保证输油泵的高性能与长时间运行, 除了要保证输油泵自身的性能质量以外, 在对其进行调速系统安装改造时, 还必须要选择合理的技术方案。而这一技术方案必须要与实际的现场情况相适应, 并充分考虑到高压变频调速系统运行时的安全性、可靠性、适用性以及便捷性。为了达到这一目的, 在本线路的输油泵改造时, 主要采取了以下技术方法:

3.1 将系统设计为工频和变频手动切换等两种变频形式, 若系统出现故障, 就可以利用手动切换将系统切换成工频挡。

使变频系统不作用在输油泵机组中, 保证石油的正常输送, 以满足生产需要。

3.2 将系统在运转频率时所使用的调节方法设计为开环与闭环

形式, 开环状态代表着调速系统不对油压进行控制, 而闭环状态则代表着变频调速系统在根据实际的油压调节需求对其进行自动调节, 以实现油压的恒定状态。

3.3 在输油泵机组的运行系统中设置了一定的应急按钮, 当出

现异常状况时, 可以尽快停止系统运行, 且控制室可以对系统的运行参数进行实时监控。方便了管理人员对运行系统的管理。

3.4 优化系统的保护参数, 确保输油系统的连续平稳运行。

在应用于输油系统时必须慎重选择, 并对一些保护的参数按实际需要进行设置。避免由于变频系统的保护过于灵敏而而造成输油泵停机, 影响输油系统的安全平稳运行。

3.5 在变频调速系统内设置适合于现场实际的报警功能, 并对运行的参数, 操作情况, 故障情况具有详细的记录功能。

结束语

总之, 在输油线路的输油泵改造中, 若出现有输油泵出口处阀门存在压力差的现象时, 必须要对其进行一定的流量调节控制。传统的阀门调节方式显然不能很好的满足调节需要, 而采用高压变频调节技术则可以很好的提高系统的调节性能, 从而实现较好的节能效益。实践证明, 在上述输油线路的输油泵机组进行了高压变频调速系统的安装设置后, 取得了良好的改造效果, 极大的提高了输油线路的输油效率和质量, 并节省了大量能源。由此可见, 高压变频调速节能技术是具有很大应用推广价值的。

摘要：高压变频调速节能技术是在变频技术的基础上发展形成的一种新的机械设备调节手段, 通过这种调节方式来代替传统的机械调节方式, 能够极大的提高调节效率, 实现节能效益。目前, 高压变频调速节能技术已经被广泛应用在多个行业生产领域。现本文主要研究的是其在输油管道的泵出口阀门中的应用问题。文章是以某输油线的管道输油泵为例, 分析了高压变频调速节能技术的应用条件, 并分别从输油泵机组变频调速系统的设计与技术方案等方面来详细分析了其在输油管道上的应用。

关键词：高压变频调速,节能技术,输油管道,优化系统

参考文献

[1]王辉, 马明利, 张殿革.输油泵机组高压变频调速节能技术的应用[J].油气田地面工程, 2003 (9) .[1]王辉, 马明利, 张殿革.输油泵机组高压变频调速节能技术的应用[J].油气田地面工程, 2003 (9) .

变频调速节能技术 篇11

关键词：变频技术 变频控制柜 节能应用 发展前景

中图分类号：TM92文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-01

所谓变频控制技术就是将工频电源进行整流，然后变为恒定的直流电压，并利用大功率的晶体管组进行逆向转换，逆变为可变电压与可变频率的交流电源，因为采用的是芯片技术进行控制，该技术可以利用正弦波PWM进行控制，电流的输出会近似与正弦波，所以交流电机即可完成一种无极调速。变频控速的技术是当前发展前景较为广阔的一种交流控速方式，被广泛的应用于工业与生活中。

在实际的应用中，一旦复杂的工作环境中设备需要不间断的工作，其电机或者泵组的工作时间很长，且生产环境较为严苛此时电机的载荷会出现变化，此时其载荷就会发生改变，而电机则需要适应此中载荷的变化，如果一直采用刚性个控制则会导致电机的寿命下降。如在供热中，一些生产的泵组需要全天工作，并且有不同的泵组切换，同时每天的生产量和注水都会发生变化，此时压力波动就会增加。以往的电机和水泵都是按照工频进行工作，在工况改变时其不能随之改变工作参数，导致其长期处在高压工况下，从而导致电机线缆发热、泵体磨损严重，工作寿命有限。同时在传统的工频系统中，为了满足流量控制的需求往往利用节流阀或者回流阀来控制排量，这样也无形中增加了电力的浪费。如果采用变频技术对泵组进行变速控制，即完成对排量的调节，这样就可不用节流阀来控制而到达生产量调节的目的，同时减轻了劳动强度与故障点的数量，而且可以在柔性控制下延长电机和水泵的寿命，节约大量的能源。所以在实际的生产中利用变频技术来完成对机组的控制可以有效的降低能源消耗，同时提高系统控制的精度和灵活性。

1 泵组变频柜应用的情况分析

1.1 变频柜的组成与基本原理

在实际的应用中要达到利用变频柜节能的效果，首先应了解变频柜的基本结构，这样才有助于应用。当前生产的变频柜主要是在工业生产中使用，其控制的范围多为工业用泵，利用变频技术对水泵系统完成复杂的变频控制，通常是利用对管道的压力测试来获得信息，并以此控制变频内置的PID运行，从而到达调节水泵流量的目的，从而保证管网内的压力恒定或者随着需求而改变，提高工业水泵系统的安全性与灵活性，通常系统是组成为变频器、PLC、PID等组成，通过控制器实现对控制对象的频率调节。

1.2 针对变频控制的选择

在应用中要应用变频柜首先应对其工作的状况进行了解，才能选择适应生产的变频柜型号，根据生产设备的功率需求与分析，工业泵的风机、功率和使用环境等都是变频柜选择的重要依据。同时对泵的功能也要有所了解，并实现对变频需求进行分析，以此才能保证变频柜选择的合适。在重视上诉选型原则的基础上，还应综合性的考虑性价比，即配件、节能等方面考虑系统构建的成本等，充分满足系统的经济性，不能因为一位的追求变频控制的高效而不顾系统成本。尤其是在变频柜的选择中，对于配件的供应应尤其重视，必须选择通用的配件进行构建，这样才能保证系统在日后的维护中不会造成更大的支出，保证变频柜在节能的同时也保证低成本维护。

1.3 变频柜应用中的注意事项

在工业生产中，变频柜的应用是一个动态化的调试过程，其应根据泵组环境而设定变频柜的安装地点，同时还应保证设备接地良好。安装变频柜的接地要求，使用短粗接地线完成对公共接地点的连接。对于要求较高的工作环境应采用金属网等进行接地，同时低压单元和继电器等注意与熔断器的连接，从而提高变频柜的保护效果。在工作中因为存在电磁干扰，而电磁干扰对变频控制影响较大，所以进行变频柜的设计时应考虑电机线缆与其他控制线路的独立布置，同时避免电机电缆与控制线缆并行的距离过长。通常情况下，在应用中变频器多安装在控制柜的中间，且变频器应垂直安装，主要保证其上部与下部的空间，利于散热，最后运行前通常应进行检测以保证设备的可靠性。

2 变频柜的节能与技术发展

在变频柜的应用中，国内进行对于动力变频柜中再生电能进行处理的方式主要是三种，即制动电阻、吸收电阻、回馈制动。其中第三种方式在技术上来看是较为先进的。具体操作的方式就是系统进行能量回馈，将电能回馈给相应的电源，并将设备的能量回馈到变频控制柜上，以此来进行相应的分工从而达到节约能源的目的。在应用中，涉及到的还有电机的节能，按照相关的规定电动机运行过程中，使用的电能达到额定载荷或者徘徊其附近的时候，其电机的工作效率最佳，经济性与性能达到平衡。而在实际中电机主要运行模式为轻载，因此电机往往处在高能耗中。对此在变频柜上，就可对其进行频率优化，即通过对频率的调制，结合其他控制系统的参数，有效的对电机进行控制，从而使之达到平衡状态。如利用对设备载荷的变化和功能图等采集数据与变频柜的变频器实现联动。这样对上下行不平衡的工况就可以根据其具体工作参数进行控制，如在一个冲程内载荷发生改变，此时就可利用不同的频率改变上下行的速度，以上快下慢的运行方式来降低泵组空抽的情况提高效率。再如注水过程，同样可以对注水的量与压力进行实时化分析，以此来对变频器进行控制，从而调节泵组的工况，进而控制注水电机的速度，来达到降低能耗的目标。利用变频技术可以克服大转矩启动是造成的电流冲击，同时适应了电动机轻载时的工作频率，使其能耗适应轻载利用率。

3 结语

在工业生产中，电动机是最为重要也是应用最广的设备。而变频技术则是精细控制电动机的技术措施，变频柜则是其中一项较为重要的技术措施。其也成了工业生产控制技术的重要发展方向。变频柜的发展将向着多技术门类结合的方向迈进，将信息、数字、模糊控制、模块控制、计算机技术、调频技术、传感器技术等融合在一个控制设备中，形成灵活的变频柜功能，使之可以满足多种领域的需求。新技术将利用模糊控制理念，使得设备保持性对的平衡，即载荷与输出功率之间的平衡，从而保证电机的工作状态相对稳定，实现柔性控制。

参考文献

[1]陆涛，蓝蓝.油田抽油机智能节电器的研制及应用[J].才智，2012（17）.

[2]于学良.游梁式抽油机节能控制技术的研究与应用[J].科技信息，2009（17）.

[3]穆海军.基于PLC的抽油机变频控制柜的研究[J].科学技术与工程，2010（22）.

变频调速节能技术 篇12

关键词：风机、泵,变频调速,节能降耗

1 综述

通常在工业生产、产品加工制造业中, 风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合, 根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样, 不论生产需求的大小, 风机都要全速运转, 根据运行情况的变化, 使得能量以风门、挡板的节流损失掉了。在生产过程中, 不仅控制精度受到限制, 而且还造成大量的能源浪费和设备损耗, 从而导致生产成本增加, 设备使用寿命缩短, 设备维护、维修费用高居不下。风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行, 存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命, 而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备, 时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。

近年来, 出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求, 采用变频调速器 (简称变频器) 易操作、免维护、控制精度高, 并可以实现高功能化等特点, 而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:n=60f (1-s) /p, (式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数) ;通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术, 电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

2 节能分析

通过流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载, 其转速n与流量Q, 压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n, H∝n2, P∝n3;即, 流量与转速成正比, 压力与转速的平方成正比, 轴功率与转速的立方成正比。以一台水泵为例, 它的出口压头为H0 (出口压头即泵入口和管路出口的静压力差) , 额定转速为n0, 阀门全开时的管阻特性为r0, 额定工况下与之对应的压力为H1, 出口流量为Q1。

在现场控制中, 通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量。当流量从Q1减小50%至Q2时, 阀门开度减小使管网阻力特性由r0变为r1, 系统工作点沿方向I由原来的A点移至B点;受其节流作用压力H1变为H2.水泵轴功率实际值 (kW) 可由公式:P=Q.H/ (ηc.ηb) ×10-3得出。其中, P、Q、H、ηc、ηb分别表示功率、流量、压力、水泵效率、传动装置效率, 直接传动为1.假设总效率 (ηc.ηb) 为1, 则水泵由A点移至B点工作时, 电机节省的功耗为AQ1OH1和BQ2OH2的面积差。如果采用调速手段改变水泵的转速n, 当流量从Q1减小50%至Q2时, 那么管网阻力特性为同一曲线r0, 系统工作点将沿方向II由原来的A点移至C点, 水泵的运行也更趋合理。在阀门全开, 只有管网阻力的情况下, 系统满足现场的流量要求, 能耗势必降低。此时, 电机节省的功耗为AQ1OH1和CQ2OH3的面积差。比较采用阀门开度调节和水泵转速控制, 显然使用水泵转速控制更为有效合理, 具有显著的节能效果。

另外, 阀门调节时将使系统压力H升高, 这将对管路和阀门的密封性能形成威胁和破坏;而转速调节时, 系统压力H将随泵转速n的降低而降低, 因此不会对系统产生不良影响。

从上面的比较不难得出:当现场对水泵流量的需求从100%降至50%时, 采用转速调节将比原来的阀门调节节省BCH3H2所对应的功率大小, 节能率在75%以上。与此相类似的, 如果采用变频调速技术改变泵类、风机类设备转速来控制现场压力、温度、水位等其它过程控制参量, 即, 采用变频调速技术改变电机转速的方法, 要比采用阀门、挡板调节更为节能经济, 设备运行工况也将得到明显改善。

3 节能计算

对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果, 通常采用以下两种方式进行计算:

根据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量现场运行的负荷变化情况进行计算。

以一台IS150-125-400型离心泵为例, 额定流量200.16m3/h, 扬程50m;配备Y225M-4型电动机, 额定功率45kW.泵在阀门调节和转速调节时的流量。根据运行要求, 水泵连续24小时运行, 其中每天11小时运行在90%负荷, 13小时运行在50%负荷;全年运行时间在300天。

则每年的节电量为:W1=45×11× (100%-69%) ×300=46035kW.h

W2=45×13× (95%-20%) ×300=131625kW.h

W=W1+W2=46035+131625=177660kW.h

每度电按0.5元计算, 则每年可节约电费8.883万元。

根据风机、泵类平方转矩负载关系式:P/P0= (n/n0) 3计算, 式中为P0额定转速n0时的功率;P为转速n时的功率。

以一台工业锅炉使用的22 k W鼓风机为例。运行工况仍以24小时连续运行, 其中每天11小时运行在90%负荷 (频率按46Hz计算, 挡板调节时电机功耗按98%计算) , 13小时运行在50%负荷 (频率按20Hz计算, 挡板调节时电机功耗按70%计算) ;全年运行时间在300天为计算依据。

则变频调速时每年的节电量为:W1=22×11×[1- (46/50) 3]×300=16067kW.h

W2=22×13×[1- (20/50) 3]×300=80309kW.h

Wb=W1+W2=16067+80309=96376 kW.h

挡板开度时的节电量为:W1=22× (1-98%) ×11×300=1452kW.h

W2=22× (1-70%) ×11×300=21780kW.h

Wd=W1+W2=1452+21780=23232 kW.h

相比较节电量为:W=Wb-Wd=96376-23232=73144 kW.h

结束语