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變頻調速能帶來(lái)什么？變頻調速電機系統節能改造的效益分析

發(fā)布時(shí)間：

2018-10-08 03:10

來(lái)源：

隨著(zhù)政府提出建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )的政策，近年來(lái)，國家和地方政府頒布實(shí)施了一系列旨在推廣節能技術(shù)、提高能源利用效率、促進(jìn)節能降耗和污染治理的政策法規。減少排放。電機系統節能是國家啟動(dòng)的十大重點(diǎn)節能工程之一。國家發(fā)展規劃要求應推廣變頻調速節能技術(shù)，即風(fēng)機、水泵、壓縮機等通用機械系統采用變頻調速節能措施。交流電動(dòng)機變頻過(guò)程調速技術(shù)。在 "十一五 "期間，我國將提高電機系統運行效率 2 個(gè)百分點(diǎn)，形成年節能能力 200 億千瓦時(shí)的目標。

1 電機系統變頻調速節能背景

采用變頻調速技術(shù)是節能降耗的重要途徑。當水泵、風(fēng)機等恒轉矩負載不進(jìn)行調速時(shí)，當需要改變流量時(shí)，只能通過(guò)機械調節來(lái)調整閥門(mén)的開(kāi)啟角度。雖然流量下降，但水泵或風(fēng)機的出口壓力增加，功率下降并不明顯。近似于恒功率負載，導致功率利用率極低（要克服調節器的阻力）。使用變頻調速時(shí)，如果流量需求減少，可降低泵或風(fēng)扇的轉速以滿(mǎn)足要求。泵或風(fēng)扇的功率與轉速的立方成正比。當轉速降低時(shí)，功率將迅速下降。

大部分風(fēng)機和泵的負荷設計都有較大的余量，部分設備還考慮了擴容。容量選定后，閥門(mén)并非常年全開(kāi)，另一部分設備要根據生產(chǎn)情況調節閥門(mén)控制流量；還有一部分設備在降速過(guò)程中不斷變化，電機沒(méi)有調整好。上述設備的耗電量長(cháng)期維持在較高水平，浪費現象嚴重。

在實(shí)際生產(chǎn)現場(chǎng)，為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)設備在設計時(shí)都留有一定的動(dòng)力驅動(dòng)余量。電機不能滿(mǎn)負荷運轉。除動(dòng)力驅動(dòng)要求外，過(guò)大的轉矩會(huì )增加有功功率的消耗，造成電能浪費。當壓力較高時(shí)，可降低電機的運行速度，使其處于恒壓狀態(tài)。節約能源。

2 電機系統變頻調速的節能原理

根據流體力學(xué)基本定律，風(fēng)機和水泵是變力矩負載。轉速 n 與流量 q、壓力 p 和軸功率 P 成正比。在比例上，軸功率與轉速的立方成正比。

Q1/Q2 = n1/n2=f1/f2

H1/H2 = (n1/n2)2

P1/P2 = (n1/n2)3

可見(jiàn)，降低電機轉速可以達到立方體節能效果。這就是變頻電機控制對電機容量預留和生產(chǎn)負荷相位調整的節能原理。

變頻器開(kāi)啟后，其控制的電機系統的功率因數可以提高，配電系統的網(wǎng)損可以降低。

因此，采用可靠的高、低壓變頻節能技術(shù)和產(chǎn)品對廠(chǎng)區現有生產(chǎn)系統進(jìn)行技術(shù)改造，以變頻器為主要節能手段，通過(guò)對上述各類(lèi)高、低壓電機帶動(dòng)的風(fēng)機、水泵、空氣壓縮 機等負載進(jìn)行變頻控制和改造，從而實(shí)現節能減排，保證電機變頻節能改造項目的投資，達到預期的經(jīng)濟性。

3 電機系統變頻調速節能

下面通過(guò)對各種高、低壓電機變頻改造方案的數據分析和效果舉例，直觀(guān)了解改造后的經(jīng)濟效益。

1800kW 高溫風(fēng)機

10kV1800kW 高溫風(fēng)機運行狀態(tài)：電機改造前實(shí)際運行電流為 116A，當前耗電量為 1.732×10.5×116×0.85=1793KW，原系統采用液力偶合器調速，調速78.5%，變頻折算功率0.7853×1800/0.96=908KW，節電1793-908=885KW，液力偶合器歷來(lái)用于需要調速的流體機械（如風(fēng)機、水泵等），節電效果相當可觀(guān)。率可達 25%。因此，變頻實(shí)際節電約為 437KW，變頻可節電 25%。年運行 7200 小時(shí)，電費 0.50 元，年節電費用為 437× 7200× 0.50=157 萬(wàn)元，按目前國內變頻器價(jià)格計算，2 年可回收變頻器投資。

改造方法： 計劃將變頻器配置為變頻功能，風(fēng)門(mén)由 DCS 給定頻率全開(kāi)。

鍋爐鼓風(fēng)機（355KW）

變頻節能計算： 由于風(fēng)門(mén)的平均開(kāi)度為 50%，因此實(shí)際流量約為額定流量的 70%。由上表曲線(xiàn)可知，采用變頻調速時(shí)額定功率消耗的 36%，額定功率消耗的葉片調節。64%，兩者相比，變頻調節可節省額定功率消耗的 28%。變頻時(shí)每小時(shí)355×；0.95×28%=94.4kw，每年7200小時(shí)，電費0.50元，年節能94.4kw×7200×0.50=34萬(wàn)元，按目前國內變頻器價(jià)格計算，1年半可回收變頻器投資。

改造方法： 計劃將變頻器配置為變頻功能，風(fēng)門(mén)全開(kāi)由 DCS 給定頻率。

給水泵（90KW）

運行條件：電機實(shí)際電流 147A，管道出口壓力 5kg

變頻節能計算：電機當前實(shí)際耗電量 1.732×380V×

147A×0.88=85.5KW

變頻后恒定供水壓力約為3.95kg，根據公式計算變頻后實(shí)際耗電量；

(3.95/5) 1.5×85.5kw/0.98=61.56kw

每小時(shí)節電 85.5 千瓦-61.56 千瓦=23.94 度

每年節能：23.94 度 & 次；8000 小時(shí) = 192,000 度

可回收逆變器投資一年半。

改造方法： 計劃配置 2 臺變頻器，具有 "變頻切換 "和恒壓控制功能。

通常情況下，當壓力達到最大值時(shí)，空壓機減壓卸載的方法是：關(guān)閉進(jìn)氣閥，使空壓機不需要壓縮氣體做功，但空壓機的電機仍驅動(dòng)空壓機運動(dòng)。據估計，空壓機在卸載時(shí)的能耗約占空壓機全部運行能耗的 10%-15%。在卸載期間，空壓機無(wú)所事事，白白消耗能源。同時(shí)，分離罐中多余的壓縮空氣通過(guò)排氣閥排空，這種調節方式也造成了能源的極大浪費。

改造方法： 計劃配置變頻器。壓力變送器將儲氣罐的壓力信號轉換成電信號，送入 PID 調節器與壓力設定值進(jìn)行比較，根據差值大小按照既定的 PID 控制模式進(jìn)行 PID 調節。運行中產(chǎn)生控制信號，控制變頻器的輸出頻率，自動(dòng)調節電機轉速，使實(shí)際壓力始終保持在給定壓力。變頻改造后，空壓機大部分時(shí)間不會(huì )出現空載現象。此外，采用該方案后，空壓機電機可通過(guò)變頻器實(shí)現從靜態(tài)到穩定轉速的軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)時(shí)的大電流和啟動(dòng)時(shí)對空壓機的機械沖擊，見(jiàn)圖 4。

變頻節能計算： 根據電流表，電機的實(shí)際功耗為 225KW。變頻改造后大部分時(shí)間不會(huì )卸載。按當前卸載時(shí)間估算，節電率約為 29%。

年節電：225KW×29%×7920 小時(shí)=5167 萬(wàn)度，1 年半可回收變頻器投資

4 電機系統變頻調速節能的其他效果

4.1 變頻改造后，功率因數提高。

4.2 變頻改造后，提高自動(dòng)化水平，降低工人勞動(dòng)強度，提高工藝水平。

4.3 變頻改造后，電機軟啟動(dòng)，對電網(wǎng)、電機、機械無(wú)任何影響，大大延長(cháng)了設備的使用壽命。

4.4 變頻器具有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、短路、開(kāi)路、缺相等多重保護功能，有效保護電機和電網(wǎng)，便于查找故障和維修。

5 結論

由上可知，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以變頻器為主要節能手段對相關(guān)電機系統進(jìn)行技術(shù)改造，可以實(shí)現節能減排，同時(shí)保證電機變頻節能改造項目的投資達到預期的經(jīng)濟性，一般在投入使用后2年內。即可收回投資。同時(shí)，經(jīng)過(guò)變頻改造后，耗電量將大大降低，企業(yè)的生產(chǎn)成本也將隨之降低，使企業(yè)走上良性循環(huán)的道路。

 

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