電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能解決方案——變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)
據(jù)統(tǒng)計，全世界的用電量中約有60%是通過電動機(jī)來消耗的。由于考慮起動、過載、系統(tǒng)安全等原因，高效的電動機(jī)經(jīng)常在低效狀態(tài)下運(yùn)行。在這些電機(jī)中，有相當(dāng)一部分通過采用變頻器對其進(jìn)行調(diào)速控制，有可能使電動機(jī)重新回到高效的運(yùn)行狀態(tài)，這樣可節(jié)省大量的電能。
變頻調(diào)速原理
根據(jù)三相異步電動機(jī)的原理，三相異步電動機(jī)的軸轉(zhuǎn)速與供電電源的頻率之間有如下關(guān)系：
(1)
n——電機(jī)轉(zhuǎn)速
f——電源頻率
s——轉(zhuǎn)差率
p——電機(jī)極對數(shù)
考慮到轉(zhuǎn)差率s一般<<1，所以當(dāng)電機(jī)的極對數(shù)一定時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)供電電源的頻率成正比關(guān)系，因此可以通過調(diào)整供電電源的頻率來控制三相異步電動機(jī)的軸轉(zhuǎn)速。
負(fù)載類型
在實(shí)際的生產(chǎn)機(jī)械中，電動機(jī)的負(fù)載種類千差萬別，但我們可以將這些負(fù)載種類歸結(jié)到平方轉(zhuǎn)矩﹑恒轉(zhuǎn)矩、恒功率和粘滯性負(fù)載等幾類特性。而平方轉(zhuǎn)矩和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性占了全部負(fù)載中的絕大多數(shù)，我們只討論這兩種負(fù)載。
平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載
平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性為：電機(jī)的軸功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成正比關(guān)系，即
(2)
式中ne、Ne—水泵的額定轉(zhuǎn)速和額定軸功率
n、N—水泵運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速和功率
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性為負(fù)載的轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化而變化，電機(jī)的軸功率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，即
(3)
式中n--三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速
N--三相異步電機(jī)運(yùn)行在n轉(zhuǎn)速的軸功率
k--傳動系數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩一定時，k為常數(shù)
變頻調(diào)速節(jié)能原理
變頻調(diào)速節(jié)能原理從以上二種負(fù)載類型來說明：
平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載節(jié)電原理
典型的平方轉(zhuǎn)矩類型負(fù)載是風(fēng)機(jī)和水泵。從流體力學(xué)的原理來說，風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量或水泵輸出的水流量∝風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)壓或水泵輸出的揚(yáng)程∝風(fēng)機(jī)或水泵轉(zhuǎn)速的2次方，風(fēng)機(jī)或水泵的軸功率∝風(fēng)機(jī)或水泵轉(zhuǎn)速的3次方。因此若轉(zhuǎn)速下降20%，則功率可下降48.8% ;若轉(zhuǎn)速下降50%，則軸功率可下降87.5% ，即使考慮調(diào)速裝置本身的損耗等因素，節(jié)電也是相當(dāng)可觀的。
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載節(jié)能原理
對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載有
(4)
式中NL--負(fù)載軸功率
TL--負(fù)載轉(zhuǎn)矩
n--負(fù)載轉(zhuǎn)速
由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定，所以軸功率和負(fù)載轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)速的變化不影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量時，應(yīng)盡可能的降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能的目的。
變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)適用范圍
許多行業(yè)、如鋼鐵、有色、石油、石化、化工、紡織、機(jī)械、電力、建材、醫(yī)藥、煤炭、造紙、卷煙、酒店、自來水等行業(yè)都在許多設(shè)備中采用交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，產(chǎn)生節(jié)電、提高產(chǎn)品質(zhì)量及增產(chǎn)的效果。
節(jié)能潛力
變頻器要節(jié)電是有一定條件的。在不影響使用的條件下，適當(dāng)改變工況參數(shù)后，把不合理運(yùn)行參數(shù)所消耗電能節(jié)省下來，就可做到從一般運(yùn)行轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
要節(jié)能一定要降低頻率，頻率下降值越大，節(jié)電越多。不降低頻率，變頻器原則上是不能節(jié)電的。
與電動機(jī)負(fù)載率有關(guān)。負(fù)載率在10%～90%時，節(jié)電率最多約8%～10%，負(fù)載率低相應(yīng)節(jié)電率高些。但無功節(jié)電率大約40%～50%，是不計電費(fèi)的。
與原來的運(yùn)行的工況參數(shù)值的合理程度有關(guān)。例如，與壓力、流量、轉(zhuǎn)速等可調(diào)節(jié)的量值大小有關(guān)，可調(diào)整量大，則節(jié)電率就高，否則相反。
與原來采用的調(diào)整方式有關(guān)。采用進(jìn)口或出口閥門方式來調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的，很不經(jīng)濟(jì)，若改為變頻器調(diào)速，則經(jīng)濟(jì)合理。使用變頻器調(diào)速后，比用人工閥門調(diào)整運(yùn)行方法，能多節(jié)電達(dá)20%～30%。
與原來采用的調(diào)速方式有關(guān)。例如，原來用滑差電動機(jī)調(diào)速，因調(diào)速效率低，尤其在中、低速時，效率只有50%以下，很不經(jīng)濟(jì)，改為變頻器調(diào)速后，把這部分電能節(jié)省下來了。目前輕工、紡織、造紙、印染、塑料、橡膠等行業(yè)中，大多還在使用滑差電動機(jī)，故使用變頻器來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，技術(shù)改造工作是當(dāng)務(wù)之急的事。
與電動機(jī)工作方式有關(guān)。例如，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、短時運(yùn)轉(zhuǎn)、間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的節(jié)電量是不同的。
與電動機(jī)開動時間長短有關(guān)。例如，一天開機(jī)24h，一年開365天的節(jié)電量就大，反之則小。
與電動機(jī)本身功率大小有關(guān)。同樣節(jié)電率下，功率大的節(jié)電量值大，經(jīng)濟(jì)效益就大，哪怕節(jié)電率相對小功率電動機(jī)低些，但實(shí)際收益較大。
與本單位生產(chǎn)工藝設(shè)備重要性有關(guān)。首先要選產(chǎn)品電耗大的、產(chǎn)品成本高的、現(xiàn)用的調(diào)速方式是不夠經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)各加以改造，改用變頻器后就能有立竿見影、事半功倍的效果。
在選用變頻器調(diào)速或節(jié)能時，應(yīng)該遵守以上10條原則，作為決定方案的前提。當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)價格高的，在同樣節(jié)電量時，經(jīng)濟(jì)收益就更大，這也是必然要考慮的事。
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