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变频节能技术在风机泵类负载中的应用

2019-03-12 10:17:09 阅读()

我国的工业在近年来发展迅速,其中分布广泛的风机和泵类在这方面做出了很大的贡献。一般情况下风机用来传输气体,泵用来传送液体,二者都由异步电动机来拖动负载,目前所使用的风机和泵类都采用定速驱动,风机利用风门开度大小来调节风量,泵类用阀门开度大小来调节流量,二者基本原理相同。但是在风机泵类负载运行过程中,有大约百分之三十到百分之五十的能量被风门调节器或流量调节器消耗,浪费了大量的能量。风机泵类采用变频调速技术实现了平滑无极调速,可以使得设备控制精度高,免于维护,改善了设备的运行工况,节约了电能。
一、电机调速几种方法的优缺点比较
1、变极调速
异步电动机的转速公式为:n = 60 f (1— S) / p,公式中,n为异步电动机的转速,f为输入电动机的频率,S为电机的转差率,p为电机的磁极对数。若想对电机进行调速,设法改变公式中的参数即可。
变极调速的原理是通过改变异步电动机定子绕组的极对数来改变电机的速度,从而达到调速的目的。这种调速方法的优点是控制简单,设备实现调速过程所需资金少且效率高,调速过程中转差率小,转差损耗小,维护方便。变极调速为有极调速,极差相对比较大,缺点是不能实现平滑调速,调速的电机限制为鼠笼型异步电动机,仅能适用在不要求平滑调速和频繁调速的场合。
2、串级调速
串极调速只能对绕线型异步电动机进行调速,适用于调速范围不大的场合。串级调速的基本原理是在绕线型异步电动机的转子电路中串入一个与电势频率相同、相位相反的附加电势。当转子电势所产生的转矩与负荷转矩相平衡时,电动机重新稳定运行在所要求的转速。
这种调速方法的优点是实现了平滑无极调速,控制方便,维护简单,具有较好的节能效果。串级调速的缺点是调速过程会产生高次谐波,会对电网产生污染,适用场合范围小。
3、变频调速
依据异步电动机转速公式 n = 60 f (1 — S) / p ,变频调速的基本原理是通过改变异步电动机输入端电源的频率来实现的。电源端输入频率的改变需要采用不同型号的变频器将工频50Hz的电源变换为调速需要的电源频率。变频调速的优点是可以实现平滑无极调速,转差率小,转差损耗小,调速范围大且调速的精度高,可用于鼠笼型异步电动机、绕线型异步电动机和同步电动机,适用范围广。特别值得一提的是采用变频调速在电机的启动过程和制动过程能耗小,可以节约大量电能。变频调速的缺点是前期投入大,工艺复杂,维护过程所需技术水平高,另外变频器对电机进行调速时会产生高次谐波,对被调速电机和电网都有一定的影响。
二、变频节能技术的原理
风机泵类负载的特点是转矩与转速的平方成正比(T∝n2),轴功率与电机转速的立方成正比(W = Tn ∝ n3)。传统风机之所以耗能大是因为设备在运行时风机都处于最高转速状态运行,系统是依靠调节风门的开度调节所需风量大小的。变频调速技术改变了输入端电源的频率,当系统所需风量减小时,所消耗的电能也随之减少,节能效果显著,下面就介绍一下变频器调速的原理。
目前变频器对电机进行调速的技术方案有两种,一种方案是电流源变频调速,这种变频器用直流电抗器完成储能和滤波作用,用的比较少。另一种方案是电压源变频调速,这种变频器调速过程中将电网提供的恒压恒频电源进行移相整流,然后再进行串联叠加,其中间直流环节采用大容量电容器作为滤波和储能元件,采用三电平变频技术电压合成级数为三级,因此输入、输出需加滤波器才能保证其电能质量,这种方式元器件数量较少,电路拓扑较为简单,使用广泛。电压型变频调速器先将输入的恒压恒频交流电源(380V,50Hz)通过整流桥整流为直流电,然后经过滤波系统进行平滑滤波,经过微处理器控制逆变器改变导通开关的频率即可改变交流电的频率,最后将改变后的频率输出到需要调速的电机上,达到对风机泵类调速的目的。
三、变频调速技术对风机泵类调速的优势
1、利用变频技术对风机泵类进行调速消除了启动冲击,实现了电机的软启动与软停运,使电机能够平稳地运行,减少了轴承的机械磨损,降低了设备的维护费用。由n = 60 f (1 — S) / p可以看出,电机的转速与电机输入电源频率成正比,所以变频器的使用可以实现对电动机转速的任意调节,且属于平滑无极调速,相比于传统的方法可以使设备运行稳定,节约电能。
2、变频器在对风机进行调速的同时还对风机具有缺相保护、短路保护相间短路保护等作用。变频调速技术可以在满足生产工艺的要求下维持较高的功率因数,有助于提高设备的工作效率。
四、结束语
目前,利用变频调速技术对风机和泵类等工业设备进行调速已经得到了广泛的使用,实践证明这种方法具有很好的节电效果,是一种很好的调速方案。但是在变频器的选择过程中要特别注意变频器的容量,依据实际情况选择合适的容量可以进一步降低能耗。这种调速方案虽然前期投入比较大,但是运行一段时间后,就可以靠节能将前期费用收回,是一种非常值得推广的调速方案。

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