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变频器节能环保方案

更新:2014-10-21 11:54:21      点击:
产品介绍

在当前世界上充满着“能源紧缺”的时刻,“节能”问题已成为世界各国最关心的首要问题,也是我国政府和研究部门广大科学工作者探讨中最注重的一环各国政府都积极地颁布“节能”的法令、法规,已把“节能”问题列八考察监定和衡量一个企业优劣的首要标准之一很多人认为,节约能源不关企业的事,但当企业老板在核算生产成本的时候,往往就会为居高不下的能耗伤尽脑筋。

变频器产生的最初用途是速度控制,但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国,能源利用率很低,而能源储备不足。在2003年的中国电力消耗中,60-70%为动力电,而在总容量为5.8亿千瓦的电动机总容量中,只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据中国工控网的市场研究报告分析,在中国,带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦。随着改革开放,人民生活水平不断提高。人们用空调要求越来越高(节能,舒适),空调用电量将占整个动力用电60%。应用和推广变频器让有限的能源发挥最大作用,对我国工业发展有着举足轻轻重的意义。因此国家大力提倡节能措施,并着重推荐了变频调速技术。

应用变频调速,可以大大提高电机转速的控制精度,使电机在最节能的转速下运行。以水泵为例,根据流体力学原理,轴功率与转速的三次方成正比。当所需水量减少,水泵转速降低时,其功率按转速的三次方下降。因此,精确调速的节电效果非常可观。与此类似,许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量,故设计余量偏大。而在实际运行中,轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速,可大大提高轻载运行时的工作效率。因此,变动负载的节能潜力巨大。

交流异步电动机的节电措施,就采用不同方式的调速节能,一般较为常用的调速方法有液力耦台器调速、串级调速、电磁调速和变额调速四种。相比而言,变频调速节电效果显著,近年来应用较为广泛,尤其在风机、水泵方面。

一、调节水泵转速的节电原理 

根据水泵所耗功率与转速的三次方成正比的原理。

P  =  Kn31     

式中:P———功率,W

K———比例系数

n———电机转速,r/min 

   若所需要的流量减少20%III相应的电机转速应降低20,实际转速为80,则(0.8351%。水泵节能可达50。如降低一半转速,则(0.53≈13%.可望节电87%。基于这一原理,经可行性调研,    采用交流变频技术控制水泵的运行,这在节电上是行之有效的方法。

   下图绘出了阀门控制调节和变频调速控制两种状态的水泵功率消耗——流量关系曲线。 

 

上图显示了变频器控制和阀门控制水泵所消耗的不同功率,从上图总我们可以清楚的看出在水泵流量为额定的60%时,变频器控制与阀门控制相比,功率下降了60%;所以水泵仅仅依靠阀门控制是远远不够的,进行变频器控制的节能改造是十分必要的。 
    
对于水泵来说,流量Q与转速N成正比,扬程H与转速N的二次方成正比,而轴功率与P与转速N的三次方成正比,下表列出了它们之间的关系变化而轴功率与P与转速N的三次方成正比,下表列出了它们之间的关系变化:   
   
水泵转速N%    运行频率F(Hz)   水泵扬程H%     轴功率P   节电率% 
        100                     50                      100                 100                0  
        90                       45                       81                 72.9             27.1  
        80                       40                       64                 51.2             48.8  
        70                      35                       49                 34.3             65.7  
        60                       30                       36                 21.6             78.4 

    
从上表中可见用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的,当所需流量减少,水泵转速降低时,其电动机的所需功率按转速的三次方下降; 
    
当水泵转速下降到额定转速的10%F=45Hz时,其电动机轴功率下降了27.1%,水泵节电率为27.1%; 
    
当水泵转速下降到额定转速的20%F=40Hz时,其电动机轴功率下降了48.8%,水泵节电率为48.8%; 
    
当水泵转速下降到额定转速的30%F=35Hz时,其电动机轴功率下降了65.7%,水泵节电率为65.7%; 
    
当水泵转速下降到额定转速的60%F=30Hz时,其电动机轴功率下降了78.4%,水泵节电率为78.4%  
二、冷冻和冷却水泵节电率的计算: 
 
计算公式:冷冻和冷却水泵节电率=[1-(变频器运行频率÷50Hz3]×100%  
    
例如:水泵转速降低30%,即变频器运行频率=35Hz 
         
水泵节电率=[1-(35Hz÷50Hz3]×100%65.7 
      
水泵转速降低20%,即变频器运行频率=40Hz 
      
水泵节电率=[1-(40Hz÷50Hz3]×100%48.8

 

下面以钢厂轧钢车间的加热炉鼓风机电动机为例,计算变频器节能效果。

    钢厂轧钢车间的加热炉鼓风机电动机的数据是:P=55KWN=980r/min,在输出风量相同的前提下,配用变频器前后的实测数据是:⑴配用变频器前(用风门调节风量)U1=380VI1=82AP1=48KW

   ⑵配用变频器后 U1=380VI1=42AP1=27KW

   所测数据均为电源侧的数据。今就其节能效果计算如下:

   1.电动机节能计算

   ⑴配用变频器前的年消耗电能 (按 每天工作24h、每年工作250天计)

   W1=48*24*250KW·h=288000KW·h

  

   W2=27*24*250 KW·h=162000KW·h

   年节约电能

   W=288000-162000KW·h=126000KW·h

   2.线路损耗的节能 该厂从一级电站到轧钢车间鼓风机房的线路总长为L=1.5Km,铜导线截面为S=100mm平方,配用变频器前后线路损耗的计算如下:

   ⑴单根导线的电阻

   r=0.017*1500/100Ω=0.255Ω

   式中0.017是铜的电阻率,单位是Ω·mm平方/m

   ⑵配用变频器前的线路损耗

   P1=3*82平方*0.255/1000KW=5.14KW

   W1=15.14*24*250KW·h=30840KW·h

   ⑶配用变频器后的线路损耗

   P2=3*42平方*0.255/1000KW=1.35KW

   W2=1.35*24*250=8100KW·h

   ⑷年节约的线路损耗

   W=30840-8100=22740KW·h

  

   3.年节能总计

   W=126000+22740KW·h=1487400KW·h

   如每千瓦小时电能的电费按0.5元计算,则年节约电费

   △¥=0.5*148740=74370

   一年节约的资金超过了一台55KW变频器的价格,即用不了一年,因采用了变频调速技术所需的投资费用即可收回。

目前,酒店供水系统设计时电动机功率偏大,酒店供水有一定的时间特点,白天用水量较少,晚上的用水量相对多一些,凌晨是用水低谷,所以既要实现节能,还要保证用水高峰时的供水量,由于水泵不能调速,所以水泵只能以额定功率运行,在大部分的时间电能只好白白浪费。在采取变频器控制的方式下,控制系统采集水压值或者流量值,根据所要求的水压或者水流量进行PID智能控制,实现恒压供水或者恒流量供水,或者根据不同时间段用水量的多少设定频率曲线,使水泵在一天内自动改变运行频率,实现智能供水。

贵公司一台55KW的水泵,如果工频直接启动变频器,耗电参数:

一天内

000600

6001800

18002400

阀门开度

30%

70%

90%

耗能/工频耗能

80%

90%

95%

耗电功率(KW

55*80%*6=264

55*90%*9=445.5

55*95%*9=470.25

总耗电量(KWH

264+445.5+470.25=1179.5

 

 

使用变频器后, 耗电参数:

 

一天内

000600

6001800

18002400

工作频率

30HZ

40HZ

45HZ

耗能/工频耗能

21.6%

51.2%

72.9%

耗电功率(KW

55*21.6%*6=71.28

55*51.2%*9=253.44

55*72.9%*9=360.86

总耗电(KWH

71.28+253.44+360.86=685.15

一天内节电量:1179.5-685.15=494.35

计算可得一年内,可节约能源

      365*494.35=180437.75KWH

每度电按0.5计算,一年内共可节约费用

      180437.75*0.5=90218.88(元)

由此可以得出:不需一年即可收回成本。

 

水泵节能改造的必要性.

    由于设计时,供水系统必须按负荷最大时设计,并且留10-20%设计余量,然而实际上绝大部分时间是不会运行在满负荷状态下,存在较大的富余,所以节能的潜力就较大。 水泵 水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成,因此,不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象,不仅大量浪费电能,而且还造成最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。 再因水泵采用的是Y-△起动方式,电机的起动电流均为其额定电流的34倍,一台55KW的电动机其起动电流将达到300A,在如此大的电流冲击下,接触器、电机的使用寿命大大下降,同时,起动时的机械冲击和停泵时水锤现象,容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏,从而增加维修工作量和备品、备件费用。 综上,为了节约能源和费用,需对水泵系统进行改造,经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现,以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。 这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速,在满足系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节,以达到节能目的。水泵电机转速下降,电机从电网吸收的电能就会大大减少。 再因变频器是软启动方式,采用变频器控制电机后,电机在起动时及运转过程中均无冲击电流,而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接的因素,同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象,因此可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命

总的来讲,采用变频器控制风机有如下优点:

1)节电效果明显

2)降低空调机组噪声

3)减轻操作人员的劳动强度

4)变频器软启动和调速平稳,所减少对电网冲击

变频器应用于水泵进行无级调速。一方面可节电,另一方面创造一个舒适环境,提高工作效率。是企业技术改造和产品更新换代的理想设备。

台达变频器集计算机技术,电工技术和控制技术为一体的高新技术产品,广泛应用于风机、泵类压缩机、破碎机、纺织机、空调机、内燃机车、以及工矿电动车辆等需要电动机调速的各种用电设备。采用这一技术可获得2070%的节电效益。

 

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