變頻器的節(jié)能原理

10變頻調(diào)速節(jié)能裝置的節(jié)能原理1、變頻節(jié)能由流體力學(xué)可知，P〔功率〕Q〔流量〕╳H〔壓力〕，流量Q與轉(zhuǎn)速NH與轉(zhuǎn)速NP與轉(zhuǎn)速N降時(shí)，轉(zhuǎn)速NP降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺(tái)水泵電機(jī)功率為55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5為28.16KW48.8%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時(shí)，其耗電量6.875KW87.5%.2、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，鋪張嚴(yán)峻，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，SPQCOSФ－功率因數(shù)，可知COSФ越大，有功功率P0.6-0.7COSФ≈1，從而削減了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。3、軟啟動(dòng)節(jié)能由于電機(jī)為直接啟動(dòng)或流，這樣會(huì)對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)峻的沖擊，而且還會(huì)對電設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)約了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。占整個(gè)用電設(shè)備能耗的40%50%。這是由于：一方面，設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)，通常都留有肯定的余市場經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展和自動(dòng)化，智能化程度的提高，承受高壓 變頻器對泵類負(fù)載進(jìn)展速度掌握，不但對改進(jìn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量有好處，又是節(jié)能和設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，是可持續(xù)進(jìn)展的必定趨勢。對泵類負(fù)載進(jìn)展調(diào)速掌握的好處甚多。從應(yīng)用實(shí)例看，大多已取得了較30%-40%)本錢，提高了自動(dòng)化程度，且有利于泵機(jī)和管網(wǎng)的降壓運(yùn)行，削減了滲漏、爆管，可延長設(shè)備使用壽命。泵類負(fù)載的流量調(diào)整方法及原理承受閥門掌握和轉(zhuǎn)速掌握兩種方法。閥門掌握一種相沿已久的機(jī)械方法。閥門掌握的實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)變管道中流體阻力的大小來轉(zhuǎn)變流量。由于泵的轉(zhuǎn)速不變，其揚(yáng)程特性曲線 H－Q保持不變，如圖1所示。由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)承受了電感元件而得名，其優(yōu)點(diǎn)是具有四象限運(yùn)行力量，能很便利地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動(dòng)功能。缺點(diǎn)是需要對逆變橋進(jìn)展強(qiáng)迫換流，裝置構(gòu)造簡單，調(diào)整較為困難。另外，由于電網(wǎng)側(cè)承受可控硅移相整流，故輸入電流諧波較大，容量大時(shí)對電網(wǎng)會(huì)有肯定的影響。R1－QH－QA，流量為Qa，泵出口壓頭為Ha。假設(shè)關(guān)小閥門，管阻特性曲線R2－Q，它與揚(yáng)程特性曲線H－QB，此時(shí)流量為Qb，泵出口壓頭上升到Hb。則壓頭的上升量為：ΔHb=Hb-Ha產(chǎn)生了陰線局部所示的能量損失：ΔPb=ΔHb×Qb。轉(zhuǎn)速掌握電子掌握方法。轉(zhuǎn)速掌握的實(shí)質(zhì)是通過轉(zhuǎn)變所輸送液體的能量來轉(zhuǎn)變流量。由于只是轉(zhuǎn)速變化，閥門的開度不變，如圖2所示，管阻特性曲線R1－Q也就維持不變。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程特性曲線Ha－Q相交于點(diǎn)A，流量為Qa，出口揚(yáng)程為Ha。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，揚(yáng)程特性曲線變?yōu)?Hc－Q，它與管阻特性曲線R1－Q的交點(diǎn)將下移到C，流變?yōu)闉镼c。此時(shí)，假設(shè)將流量Qc掌握為閥門掌握方式下的流量Qb則泵的出口壓頭將降低到Hc因此與閥門掌握方式相比壓頭降低了：ΔHc=Ha-Hc。據(jù)此可節(jié)約能量為：ΔPc=ΔHc×Qb。與閥門掌握方式相比，其節(jié)約的能量為：P=ΔPb+ΔPc=(ΔHb－ΔHc)×Qb。了閥門掌握下因壓頭的上升和管阻增大所帶來的能量損失。在流量減小時(shí)，轉(zhuǎn)速掌握使壓頭反而大幅度降低，所以它只需要一個(gè)比閥門掌握小得多的，得以充分利用的功率損耗。泵機(jī)在變速下的效率分析速掌握方式在低速小流量時(shí)，仍可使泵機(jī)高效率運(yùn)行。在變頻狀態(tài)下供水方式的爭論掌握，以便與管網(wǎng)系統(tǒng)適配，到達(dá)更好的系統(tǒng)性能指標(biāo)，這可以分為恒壓供水、變壓供水和分時(shí)段變壓供水。恒壓供水使泵站出口壓頭維持不變，是該系統(tǒng)掌握的目標(biāo)。在圖4給定出口壓頭為Hg。QH1－Q泵的工作點(diǎn)將在H=Hg〔A、B、C、D〕。這雖然滿足了流量的要求，但由于管阻特性R網(wǎng)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，具有肯定的通用性，和有用性，所以目前有些裝備調(diào)速泵機(jī)的自來水廠樂于承受此法，在恒壓掌握方式下，因泵站出口處的壓頭維持不變，使泵并聯(lián)特性與負(fù)載的實(shí)際特性之間有肯定的差距，節(jié)能效果不如變壓供水系統(tǒng)。變壓供水方式為了節(jié)約能量，應(yīng)盡量使出口壓頭隨著流量的減小而降低(至少變壓供水”方式，如圖5所示。在圖中，因轉(zhuǎn)速下降時(shí)揚(yáng)程特性下移，與管阻特性 R1－Q相交于點(diǎn)CC，流量從Qa減小到Qc〔設(shè)流量Qc與恒壓掌握時(shí)的QB相等〕。變壓掌握形成了較大的壓差H=Hac，因而可節(jié)約如圖5陰線局部所示的能量。變壓供水因出口壓頭降低，抑制了管阻特性變化所贊成的損耗及水泵的附加損耗，節(jié)能效果顯著。3總結(jié)方式進(jìn)展優(yōu)化的，已到達(dá)更好的節(jié)電效果?？偨Y(jié)：1、變頻不是處處可以省電，有不少場合用變頻并不肯定能省電。2、作為電子電路，變頻器本身也要耗電〔約額定功率的3-5%〕。一1.520-30W,相當(dāng)于一盞長明燈.3、變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：第一,大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載；其次，裝置本身具有節(jié)電功能〔軟能，就是夸大或是商業(yè)炒作。知道了原委，你會(huì)奇異的利用他為你效勞?？隙ㄒ粢馐褂脠龊虾褪褂脳l件才好正確應(yīng)用，否則就是盲從、輕信而“受騙上當(dāng)”。變頻調(diào)速節(jié)能量的計(jì)算方法變頻調(diào)速節(jié)能量的計(jì)算方法一、概述據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界的用電量中約有60%是通過電動(dòng)機(jī)來消耗的。由于考慮起動(dòng)、過載、安全系統(tǒng)等緣由，高效的電動(dòng)機(jī)常常在低效狀態(tài)下運(yùn)行，承受變頻器對溝通異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)展調(diào)速掌握，可使電動(dòng)機(jī)重回到高效的運(yùn)行狀態(tài)，這樣可節(jié)約大量的電能。生產(chǎn)機(jī)械中電動(dòng)機(jī)的負(fù)載﹑恒轉(zhuǎn)矩和恒功﹑恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的節(jié)能進(jìn)展估算。95%。在設(shè)計(jì)過程中過多考慮建設(shè)前，后長期工藝要求的差異，使裕量SDJ-79計(jì)算管網(wǎng)的阻力，并考慮長期運(yùn)行過程中可能發(fā)生的各種問題，通?？?0%～30%的比較常見。生產(chǎn)中實(shí)際操作時(shí)，對于離心風(fēng)機(jī)﹑泵類負(fù)載常用閥門、擋板進(jìn)展節(jié)流調(diào)整，則增加了管路系統(tǒng)的阻尼，造成電能的鋪張；對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載常用電磁調(diào)速器﹑液力耦合器進(jìn)展調(diào)整，這兩種調(diào)速方式效率較低，而且，轉(zhuǎn)速機(jī)消耗的功率也是隨負(fù)載的大小而轉(zhuǎn)變，因此要想準(zhǔn)確地計(jì)算系統(tǒng)的節(jié)能是困難的，在肯定程度上影響了變頻調(diào)速節(jié)能的實(shí)施。本文介紹用以下的公式來進(jìn)展節(jié)能的估算。二、節(jié)能的估算5030%。承受電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速來調(diào)整流量，比用擋板﹑閥門之類來調(diào)整，可節(jié)電20%～50%，30%9%，這將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)中，對風(fēng)機(jī)﹑水泵常用閥門、擋板進(jìn)展節(jié)流調(diào)整，增加了管路的阻尼，電機(jī)照舊以額定速度運(yùn)行，這時(shí)能量消耗流調(diào)整，增加了管路的阻尼，電機(jī)照舊以額定速度運(yùn)行，這時(shí)能量消耗﹑擋板進(jìn)展節(jié)流調(diào)整，將閥門、擋板開到最大，管路阻尼最小，能耗也大為削減。節(jié)能量可用GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)視指南中的計(jì)算公式，即：也應(yīng)先計(jì)算原系統(tǒng)節(jié)流調(diào)整時(shí)消耗的電能，再與系統(tǒng)變頻調(diào)速后消節(jié)能，還需使用〔1〕式計(jì)算系統(tǒng)節(jié)流調(diào)整時(shí)消耗的電能。2、恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載的調(diào)速節(jié)能﹑電磁調(diào)速﹑繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串3、電磁調(diào)速系統(tǒng)?磨擦損耗及從動(dòng)局部的機(jī)械磨擦損所產(chǎn)的話，轉(zhuǎn)差離合器的輸入?輸出功率可由下式計(jì)算：轉(zhuǎn)差離合器渦流發(fā)熱并由電樞上的風(fēng)葉散發(fā)出去。鋪張能源越大，然而生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速通常不在最大轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，變頻調(diào)速是一種轉(zhuǎn)變旋轉(zhuǎn)磁場同步速度的方法，是不耗能的高效調(diào)速方式，因此改用變頻調(diào)速的方式會(huì)有格外好的節(jié)能效果，節(jié)約的能量直接可用〔10〕式計(jì)算。4、液力偶合器調(diào)速系統(tǒng)照電磁調(diào)速器效率的計(jì)算方法，可得：及到節(jié)能量的計(jì)算。變頻器未投運(yùn)之前，計(jì)算節(jié)能量是比較困難的，往往期望有一種簡潔有用的計(jì)算方法來進(jìn)展節(jié)能的推測，有了以上的計(jì)算式計(jì)算節(jié)能量，投入和收益也就一目了然了。三﹑變頻調(diào)速節(jié)能與系統(tǒng)功率因數(shù)的關(guān)系前已假定電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在使用變頻器調(diào)速前后的功率因數(shù)根本一樣變頻器調(diào)速前后的功率因數(shù)的變化呢？UIP功率，即：用電度表進(jìn)展計(jì)量檢測實(shí)際的節(jié)能量時(shí)，電度表測量的就是電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)消耗的有功功率。假設(shè)原電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，在使用變頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并沒有轉(zhuǎn)變，電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率和無功功率也沒有轉(zhuǎn)變。變頻器中的濾波電容與電動(dòng)機(jī)進(jìn)展無功能量交換，因此變頻器實(shí)際輸入電流減小，從而減小了電網(wǎng)與變頻器之間的線損和供電變壓器的銅耗，同時(shí)減小了無功電流上串電網(wǎng)。因此計(jì)算節(jié)能時(shí)，應(yīng)考慮提高功率因數(shù)后的節(jié)能。提高功率因數(shù)后，配電系統(tǒng)電流的下降率為：下面舉一個(gè)典型的事例。例2：有一臺(tái)壓料機(jī)，電機(jī)功率200kW，安裝在離配電房100多米的地方，計(jì)量儀表電壓表﹑電流表和有功電度表均在配電房。工頻時(shí)電356V，231A。由于負(fù)載較輕，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率和效率都較低。這時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可由下式計(jì)算：容進(jìn)展就地補(bǔ)償，但如果還要滿足工藝調(diào)速的需要，使用變頻器調(diào)速節(jié)能是最正確的節(jié)能方法，這時(shí)的節(jié)能量應(yīng)是線路上的能耗與變頻調(diào)速節(jié)能之和。假設(shè)原電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功率因數(shù)較高，變頻器投入后功率因數(shù)變化進(jìn)展計(jì)算節(jié)能。四、變頻調(diào)速節(jié)能計(jì)算時(shí)需考慮變頻器的效率GB12668136%，31%-32%，這樣的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際節(jié)能率更為接近。五、完畢語載，還是恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載，調(diào)速才能節(jié)能，不調(diào)速在工頻下運(yùn)行是沒有節(jié)能效果的。有時(shí)系統(tǒng)功率因數(shù)很低，使用變頻器后也有節(jié)能效果，這不是變頻調(diào)速節(jié)能，而是補(bǔ)償功率因數(shù)帶來的節(jié)能。本文所述的對變頻調(diào)速節(jié)能計(jì)算方法有極好的有用性。運(yùn)行的負(fù)荷變化狀況進(jìn)展計(jì)算。配備Y225M-4型電動(dòng)機(jī)，額定功率45kW。泵在閥門調(diào)整和轉(zhuǎn)速調(diào)整時(shí)的241190%負(fù)荷，13小時(shí)運(yùn)行在50%300W1=45×11〔100%－69%〕×300=46035kW·hW2=45×13×〔95%－20%〕×300=131625kW·h=W1＋W2=46035＋131625=177660kW·h4每度電按0.5元計(jì)算，則每年可節(jié)約電費(fèi)8.883萬元。n22kW2490〔46Hz98%計(jì)算13小時(shí)運(yùn)行在50%負(fù)荷〔頻率按20Hz計(jì)算，擋板調(diào)整時(shí)電機(jī)功耗按70計(jì)算；全年運(yùn)行時(shí)間在300天為計(jì)算依據(jù)。則變頻調(diào)速時(shí)每的節(jié)電量為： W1=22×11×[1－〔46/50〕3]×300=16067kW·hW2=22×13×[1－〔20/50〕3]×300=80309kW·hWb=W1＋W2=16067＋80309=96376kW·h擋板開度時(shí)的節(jié)電量為：W1=22×〔1－98%〕×11×300=1452kW·hW2=22×〔1－70%〕×11×300=21780kW·h?Wd=W1＋W2=1452＋21780=23232kW·h相比較節(jié)電量為：W=Wb－Wd=96376