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变频调速技术的节能原理与负载关系

2018-08-03 12:48:14 阅读()

       据统计,全国每年的发电量有一半消耗在电动机上,其中绝大部分电动机为结构简单、方便实用、维修量很少的鼠笼型电动机,如啤酒厂各种泵的电动机、制冷压缩机电动机、罐装线上传送带电动机等。由于技术上的原因,在20世纪80年代前,对较大功率的鼠笼式电动机(几千瓦以上)进行调速控制一直是人们的梦想,在需要进行调速变换的场合往往采用直流电动机或绕线式异步电动机,对环境要求较高。最近20年来,随着电力电子器件的发展与自动控制理论的进步,采用变频调速技术的通用型变频调速装置(VVVF)价格大幅下降,在大部分的工厂用变频调速装置对鼠笼式电动机进行调速控制已成为现实。
       并不是所有情况下用变频调速装置对鼠笼式电动机进行调速控制都可以取得很好的节能效果,这与电动机的负载性质有很大关系。一般将电动机负载分成三类,见表。
       电动机负载分类
转矩特性M 轴功率特性P 电动设备举例
恒转矩负载M=常数 轴功率正比于转速Pn 罗茨风机、压缩机
恒功率负载转矩反比于转速Mn-1 轴功率不变p=常数 机床、卷绕机
离心风机、水泵类负载转矩
与转速二次方成正比Mn2
轴功率正比于转速三次方Pn3 离心泵、离心风机

       一、恒转矩类负载的节能分析
       为了分析简便,假定电动机的输入功率等于这类装置的轴功率,即不考虑装置效率影响。由于这类负载的轴功率正比于电动机转速,有Pn,理论上这类负载调速所节省的能量与调速范围成正比。即转速降到原来的一半,则比原来节省50%的功耗。制冷压缩机即为这类负载,其功率转速关系如图4 - 11所示。
                             
       二、离心风机、水泵类负载的节能分析
       根据流体力学理论,在理论上改变离心泵转速时,泵特性有如下关系
                                  
 式中      Q一一流量;
              H一一扬程;
              P——泵轴功率;
              n一一泵转速;
 下标1、2一一泵的两种不同转速。
        从式(4 - 8)可以看出,当流量从100%降至80%时,功率从100%降至51. 2%,可以节省48.8%的功耗,效果非常显著。各类管道输送泵、锅炉上的送、引风机均属这类负载。
 

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