變頻調速在風機水泵上的應用
據(jù)不完全統(tǒng)計,全國風機、水泵、壓縮機就有1500萬臺電動機,用電量占全國總發(fā)電量的40%-50%,這些電動機大多在低的電能利用率下運行,只要將這些電動機電能利用率提高10%45%,全年可節(jié)電300億KW以上?,F(xiàn)有風機調節(jié)方式為風機運行時,只有靠調節(jié)風門或風道擋板的開度來滿足生產(chǎn)工藝對風量的要求。風機機械特性為平方轉矩特性,我們把這種方法稱為節(jié)流調節(jié)。在節(jié)流調節(jié)過程中,風機固有特性不變,僅僅靠關小風門或擋板的開度,人為地加管路的阻力,由此大管路系統(tǒng)的損失,不利于風機的節(jié)能運行。現(xiàn)談一談采用調速控制裝置,通過改變風機的轉速,從而改變風機風量以適應生產(chǎn)工藝的需要,這種調節(jié)方式稱為風機的調速控制。風機以調速控制方式運行能耗最省,綜合效益最高。交流電機的調速方式有多種、變頻調速是高效的最佳調速方案,它可以實現(xiàn)風機的無級調速,并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實現(xiàn)恒壓或恒流量的控制。
變頻器原理變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交一直一交方式:VVVF變頻或矢量控制變頻),先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源,然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器,逆變部分為IGBT三相橋式逆變器,且輸出為PWM波形,中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻調速的原理是根據(jù)異步電動機的轉速:轉差率。從上式可知改變供電頻率,即可改變電機的轉速。
在生產(chǎn)過程中所需要的風量是經(jīng)常隨工藝及操作的需要不同程度調節(jié)的,而傳統(tǒng)的調節(jié)方案是通過放風閥來調節(jié)的,用來帶動風機的電動機本身轉速是不可調節(jié)的,因此大量的風量通過放風法放掉,也就是說,造成電能的大量的浪費,根據(jù)鼓風機風量和轉速成正比關系。
鼓風機的風壓和轉速的平方成正比。
鼓風機所需的功率與轉速的立方成正比。
從上述關系可知,如果我們使用改變轉速來實現(xiàn)改變風量的方法,就不至于把大量的風量白白放掉,從而節(jié)約了大量的電能。同時還加設備的使用壽命,提高電動機功率因數(shù),改善了工人的操作條件,降低了環(huán)境噪音等。
2.1風機的變頻改造方案根據(jù)風機配置特作如下變頻改造方案:變頻調節(jié)是一種高效的調節(jié)方式。鼓風機采用變頻調節(jié),不會產(chǎn)生附加壓力損失,節(jié)能效果顯著,調節(jié)風量范圍0%-00%,適合調節(jié)范圍寬,且經(jīng)常處于低負荷下運行的場合。但是,當風機轉速下降,風量減小時,風壓將發(fā)生很大變化,由風機比例定律:可知,當其轉速降低到原額定轉速的一半時,對應工況點的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8,這就是變頻調節(jié)方式可以大幅度節(jié)電的原因。
3.1變頻調速節(jié)能系統(tǒng)特點3.1.1變頻器調速范圍寬,變頻器調速范圍能適應各種調速設備的要求,頻率范圍0.00~50.00Hz可調;3.1.2控制精度高,變頻器的數(shù)字設定分辨率為±。01%,模擬設定分辨率為。1%;3.1.3動態(tài)特性好,變頻器采用自關斷器件IGBT速度快,且采用SVPWM控制模式,負載電壓和頻率受控變頻器的CPU,故調節(jié)速度快,系統(tǒng)的動態(tài)性能好;3.1.4控制功能強,能滿足各種不同的控制系統(tǒng),通過端子可與各種頻率設定信號連接,如:0 10V,4-20mA.可通過端子控制正反轉等多種操作;3.1.5通過合理調整轉矩提升,轉矩限定功能,電流限幅功能參數(shù),可滿足大起動轉矩,運行中負載突化也不會引起跳閘等事故;3.1.6變頻器可與上位計算機或者可編程控制器PLC)通信,實現(xiàn)遠程設定或修改變頻器參數(shù),監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)等信息,從而組成工業(yè)以太網(wǎng),實現(xiàn)集中控制;3.1.7保護功能齊全,變頻器有25種保護功能,對過壓、欠壓、過流、過載、過熱均能通過計算機高速計算并給予保護,且能對發(fā)生故障的原因給予紀錄;3.1.8變頻器內部有電機防噪裝置,在線調節(jié)載波頻率,實時改變電機的運行噪聲。
4變頻調速在電動機及設備上的應用的優(yōu)勢電動機在啟動階段,往往采用自藕變壓器降壓啟動或星一三角)啟動方式,這兩種方式雖然能降低啟動電流對電動機的損害,但仍有高達額定電流5~6倍的啟動電流,嚴重危害著電動機、水泵、單向閥、管路系統(tǒng)的使用壽命電流一時間圖見)。
使用變頻調節(jié)以后,由于使用了SPWM技術,實現(xiàn)了真正意義上的軟啟動和緩沖停機,從根本上消除了啟動電流對電動機及其它設備的危害,大大延長了設備的使用壽命。另外,設備在全電壓啟動、運行、停止的過程中,由于無法進行及時有效的調節(jié),會產(chǎn)生嚴重的水錘、機械噪音加、震動加劇等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象都具有極大的破壞性,會引起管道破裂或癟塌、損壞閥門和固定件,并會加進線變壓器的負荷狀況。采用了變頻調節(jié)后,可以通過延長升、降速時間來延長起動或停機的過程,即使在運行過程中,也可以通過對工作頻率點的選擇,跳過容易引起設備共震的工作點,從而使水泵葉片、單向閥、管路系統(tǒng)承受的應力大為減小,軸承的磨損也大大減輕,設備的工作壽命將大大延長。
在風機、水泵、壓縮機等應用領域,引入變頻調速控制技術,能達到很好的節(jié)能效果,同時,也降低了電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊,提高了設備的功率因數(shù),延長了機械系統(tǒng)的使用壽命,提升了系統(tǒng)的可靠性,另外,因為變頻器強大的保護功能,對設備起到了很好的保護作用,有效降低了設備的維護成本。近幾年,隨著變頻調速技術的不斷推廣與應用,從實踐結果來看,得到了良好經(jīng)濟效應與社會效應,并且,也得到用戶的廣泛認同。
責任編輯:任江強
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