变频调速节能分析
变频调速应用于锅炉系统的风机和水泵等电机的自动控制中,其节能效果明显。本节将以风机节能为例,详细分析其节能效果。水泵的节能分析类似,限于篇幅,不再赘述。 由流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速。与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n, H∝n2, P∝n3;即流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。
图1给出了风机中风门调节和变频调速二种控制方式下风路的压力-风量(H-Q)关系及功率一风量(P一Q)关系。其中,曲线1是风机在额定转速下的H-Q曲线,曲线2是风机在某一较低速度下的H-Q曲线,曲线3是风门开度最大时的H-Q曲线,曲线4是风机在某一较小开度下的H-Q曲线。可以看出,当实际工况风量由Qi下降到Qz时,如果在风机以额定转速运转的条件调节风门开度,则工况点沿曲线1由A点移到B点;如果在风门开度最大的条件下用变频器调节风机的转速,则工况点沿曲线3由A点移到C点。显然,B点与C点的风量相同,但C点的压力要比B点压力小得多。因此,风机在变频调速运行方式下,风机转速可大大降低,节能效果明显。 曲线5为变频控制方式下的p-Q曲线,曲线6为风门调节方式下的p-Q曲线。可以看出,在相同的风量下,变频控制方式比风门调节方式能耗更小,二者之差可由下述经验公式[}n]表示: ΔP=[0.4 0.6Q/Qe-(Q/Qe)3]Pe 其中Q为风机运行时实际风量; Qe为风门开度为最大,且电机运行在额定转速时的风量; Pe为风门开度为最大,且电机运行在额定转速时的功率。 假设有一台10t/h的热水锅炉: 引风机:55kW,鼓风机:22kW,共77kW 则由变频调节与风门调节相比较可知: 80%风量时每小时节能 ΔP=[0.4 0.6Q /Qe-(Q/Qe)3]Pe=28.336kW 60%风量时每小时节能 ΔP=[0.4 0.6Q /Qe-(Q/Qe)3]Pe = 41.888kW 如果按全年运行7000小时计算,其中80%风量运行5000小时;60%风量运行2000小时,则全年节能 5000 x 28.336 2000 x 41.888=225456 kW·h 由此可见,其节能效果非常显着。 目前,变频调速技术己逐渐为许多企业所认识和接受,随着这项技术的不断发展和完善,它必将得到更加广泛的应用,也必将为认识和接受它的企业带来可观的经济效益。 变频调速在风机水泵上应用节能原理 理论上风机风量(Q),风压(H)与电机转速(N),电机的功率(P)成以下关系: Q1/Q2=N1/N2;H1/H2=(N1/N2)2,P1/P2=(N1/N2)3 当风量减少电机转速下降时,其电机输入功率迅速降低。如风量下降到80%,电机转速也下降到80%,其电机的轴功率则下降到额定功率的51%;若风量下降到50%,则电机轴功率则为实际功率的14%左右。因此节电潜力是很大的。这个道理同样适合于供水的循环水泵。因此对风量流量调节范围很大的风机水泵,采用调速控制取代风门,阀门调节,是实现节能的有效途径。 速度控制的方法很多,其中变频调速近些年来越来越广泛的在该领域得到应用:①效率高,没有因调速带来的附加转差损耗;②调速范围大,精度高,无级调速;③带多种模拟量输入输出控制接口,容易实现协调控制和闭环控制;④由于采用V/F模式,特别适合于普通的鼠笼式电机配套使用,因此用此方法对旧设备改造,既保持了原电机的结构简单,可靠耐用,维护方便的优点,又能达到节能显着的效果,是风机水泵交流调速节电的较理想方法。 |