一、概述:
目前,企業(yè)之間的競爭日益加劇,生產(chǎn)成本的高低決定了企業(yè)在市場競爭中的地位。而能耗占生產(chǎn)成本的很大一部分,因此,降低生產(chǎn)過程中電能的浪費就可以有效的降低成本。
風機、水泵在國民經(jīng)濟各個部門的用電設備中占有重要地位,生產(chǎn)過程中,風機、水泵被大量的用于工藝流程上。風機、水泵的耗電量非常大,年耗電量約占全國用電總量的1/3,占工業(yè)用電總量的45%左右。傳統(tǒng)啟動方式啟動電流高,電流沖擊大,維護成本高;同時,用閥門、擋風板等裝置來調(diào)節(jié)壓力、流量,功率因數(shù)低,造成了電能的大量浪費。可見:提高風機、水泵系統(tǒng)的效率對我國經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要意義。
隨著電力、電子技術的發(fā)展,變頻技術日趨成熟,變頻器被越來越多的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域。尤其被廣泛用于調(diào)節(jié)風機、水泵的壓力和流量,不僅能很好的滿足生產(chǎn)工藝要求,減少電流沖擊,提高功率因數(shù);并且具有顯著的節(jié)能效果。因此:變頻器成為風機、水泵類負載節(jié)能降耗的最佳、首選的電氣傳動方案。
二、變頻節(jié)能原理
由流體力學知識我們知道:風機、水泵類設備屬于平方轉矩負載,其流量Q、揚程H、功率P與轉速N之間存在如下關系:
即:流量與轉速成正比,壓力與轉速的平方成正比,軸功率與轉速的立方成正比。
因此,只要調(diào)節(jié)轉速,就可以實現(xiàn)控制流量和壓力的目的。由于功率和轉速是三次方關系,轉速的降低可以引起功率的減小,從而達到節(jié)能降耗的目的。例如:當電機在額定轉速的80%運行時,理論上其消耗的功率為額定功率的51.2%,去除機械損耗、電機銅損、鐵損以及變頻器自身的損耗等影響,節(jié)電效率也接近40%。同時由于電機運行速度降低,機械轉動噪音也因此變小。
變頻調(diào)速系統(tǒng)以輸出壓力/流量作為控制對象,由變頻器、壓力傳感器、電機構成的閉環(huán)恒壓控制系統(tǒng),工作壓力值可由操作面板直接設置,現(xiàn)場壓力由壓力傳感器檢測,轉換成電信號后反饋給變頻器。變頻器通過其內(nèi)置PID進行比較計算,從而調(diào)節(jié)其輸出頻率,達到恒壓供水和節(jié)能的目的。
三、應用案例
例一:某電廠一臺75kW風機,原由風門控制風量。晝夜運行,每年運行時間約8000小時,其中4000小時需風量85%,另4000小時需風量60%。現(xiàn)進行節(jié)能改造,即將所有風門全開,由變頻器調(diào)節(jié)風機的轉速,從而調(diào)節(jié)風量。節(jié)能效果計算如下:
1.風門控制總能耗
= 75kW(85%流量) ×91%×4000小時+75kW(60%流量) ×76%×4000小時
= 273,000+228,000 kWh
= 501,000 kWh
2.使用變頻器調(diào)節(jié)風機轉速時電動機的耗電量
= 75kW×(85%流量)×61%×4000小時+75kW×(60%流量)×22%×4000小時
= 183,000+66,000
= 249,000 kWh
1年節(jié)能千瓦時= 501,000-249,000= 252,000 kWh
直接經(jīng)濟效益= 252,000×0.65=163,800元(電費按0.65元/小時計算)
例二:某鋼廠一臺水泵,其額定功率是30kW,額定輸出流量為300GPM,額定轉速是2950轉,求出在輸出250GPM時,使用變頻調(diào)節(jié)比使用閥門調(diào)節(jié),每年節(jié)省的電費。(假如按這個流量每年運行2000小時,泵的效率為0.75,每度電價格為0.8元。)
1.閥門控制:
軸功率:30 ×0.75=22.5kW
每年消耗軸功率為:22.5 ×2000=45,000kWh
每年投入電費:45,000 ×0.8=36,000元
2.變頻控制:
軸功率:30 ×(250/300)3× 0.75=10.85kW
每年消耗軸功率為:10.85 ×2000=21,700kWh
投入電費:21,700 ×0.8=17,360元
直接經(jīng)濟效益:36,000-17,360=18,640元
間接經(jīng)濟效益:
(1)啟動電流小,對電網(wǎng)無沖擊;
(2)變頻器可以使電機軟啟動,加載時電流平緩上升,沖擊很小,且可使電機實現(xiàn)軟停機,避免反生電勢造成的危害,有利于延長設備的使用壽命。
(3)輸出壓力穩(wěn)定
變頻調(diào)速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象,裝在管網(wǎng)中的壓力傳感器將管網(wǎng)的壓力轉變?yōu)殡娦盘査徒o變頻器進行PID運算,與壓力給定值進行比較,并根據(jù)差值的大小,產(chǎn)生控制信號去調(diào)節(jié)變頻器的輸出電壓和逆變頻率,調(diào)整電動機的轉速,從而使實際壓力始終維持在給定壓力。
(4)設備維護量小
變頻啟動電流小,小于2倍額定電流,流量閥無需反復動作。變頻器根據(jù)設定的目標壓力/流量自動調(diào)節(jié)電機轉速,提高了設備的自動化程度,運行頻率低,轉速慢,軸承磨損小,延長了設備的使用壽命,維護工作量變小。
四、變頻器特點
1.全新的空間矢量技術
優(yōu)秀的矢量算法保證在最低開關損耗前提下實現(xiàn)低頻大轉矩,高效率電網(wǎng)電壓利用率及優(yōu)化的正弦波輸出,使電機工作噪音降低、發(fā)熱減少。
2.特有的軟件死區(qū)補償
死區(qū)時間是變頻器低頻脈動轉矩產(chǎn)生的罪魁禍首.RNB1000獨特的軟件死區(qū)補償最大限度地保證低頻極速條件下的平穩(wěn)轉矩特性 。
3.優(yōu)秀的無速度傳感器轉速跟蹤自啟動
能夠啟動正在運轉中的電機,保證用戶設備平穩(wěn)繼續(xù)運行, RNB1000能夠自動識別轉速實現(xiàn)平穩(wěn)轉速跟蹤。
4.自動節(jié)能運行
獨特的軟件功率因數(shù)調(diào)節(jié),根據(jù)負載的變化,動態(tài)調(diào)節(jié)功率因數(shù).節(jié)省更多的能源。
5.電壓波動抑制
動態(tài)自動電壓控制(AVC)功能,確保輸入電壓波動±20%時.輸出電壓波動小于±5%。
6.完善的保護功能
具有過壓、過流、欠壓、IGBT短路、反時限過載等保護設計,另外在負載短路、接地情況下能安全保護。
7.直流電源供電
節(jié)省保安電源投資。
8.內(nèi)置柔性PWM能耗制動
用戶選擇適當?shù)闹苿与娮杩煞奖銓崿F(xiàn)能耗制動
9.友好的人機界面靈活的輸入輸出接口
LCD中英文顯示,提供8路數(shù)字輸入,2路模擬輸入,3路數(shù)字輸出,2路模擬輸出;八段用戶可編程運行,電動電位器設定模式。
10.智能溫度檢測:智能風機管理
11.直流制動
12.無電跨越