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變頻調(diào)速能帶來(lái)什么？變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造的效益分析

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2018-10-08 03:10

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

1 電機(jī)系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能背景

采用變頻調(diào)速技術(shù)是節(jié)能降耗的重要途徑。當(dāng)水泵、風(fēng)機(jī)等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不進(jìn)行調(diào)速時(shí)，當(dāng)需要改變流量時(shí)，只能通過(guò)機(jī)械調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)整閥門的開啟角度。雖然流量下降，但水泵或風(fēng)機(jī)的出口壓力增加，功率下降并不明顯。近似于恒功率負(fù)載，導(dǎo)致功率利用率極低（要克服調(diào)節(jié)器的阻力）。使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量需求減少，可降低泵或風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以滿足要求。泵或風(fēng)扇的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，功率將迅速下降。

大部分風(fēng)機(jī)和泵的負(fù)荷設(shè)計(jì)都有較大的余量，部分設(shè)備還考慮了擴(kuò)容。容量選定后，閥門并非常年全開，另一部分設(shè)備要根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)閥門控制流量；還有一部分設(shè)備在降速過(guò)程中不斷變化，電機(jī)沒(méi)有調(diào)整好。上述設(shè)備的耗電量長(zhǎng)期維持在較高水平，浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。

在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)都留有一定的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)余量。電機(jī)不能滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。除動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，過(guò)大的轉(zhuǎn)矩會(huì)增加有功功率的消耗，造成電能浪費(fèi)。當(dāng)壓力較高時(shí)，可降低電機(jī)的運(yùn)行速度，使其處于恒壓狀態(tài)。節(jié)約能源。

2 電機(jī)系統(tǒng)變頻調(diào)速的節(jié)能原理

根據(jù)流體力學(xué)基本定律，風(fēng)機(jī)和水泵是變力矩負(fù)載。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到立方體節(jié)能效果。這就是變頻電機(jī)控制對(duì)電機(jī)容量預(yù)留和生產(chǎn)負(fù)荷相位調(diào)整的節(jié)能原理。

變頻器開啟后，其控制的電機(jī)系統(tǒng)的功率因數(shù)可以提高，配電系統(tǒng)的網(wǎng)損可以降低。

因此，采用可靠的高、低壓變頻節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)廠區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，以變頻器為主要節(jié)能手段，通過(guò)對(duì)上述各類高、低壓電機(jī)帶動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮 機(jī)等負(fù)載進(jìn)行變頻控制和改造，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，保證電機(jī)變頻節(jié)能改造項(xiàng)目的投資，達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)性。

3 電機(jī)系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能

下面通過(guò)對(duì)各種高、低壓電機(jī)變頻改造方案的數(shù)據(jù)分析和效果舉例，直觀了解改造后的經(jīng)濟(jì)效益。

1800kW 高溫風(fēng)機(jī)

10kV1800kW 高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)：電機(jī)改造前實(shí)際運(yùn)行電流為 116A，當(dāng)前耗電量為 1.732×10.5×116×0.85=1793KW，原系統(tǒng)采用液力偶合器調(diào)速，調(diào)速78.5%，變頻折算功率0.7853×1800/0.96=908KW，節(jié)電1793-908=885KW，液力偶合器歷來(lái)用于需要調(diào)速的流體機(jī)械（如風(fēng)機(jī)、水泵等），節(jié)電效果相當(dāng)可觀。率可達(dá) 25%。因此，變頻實(shí)際節(jié)電約為 437KW，變頻可節(jié)電 25%。年運(yùn)行 7200 小時(shí)，電費(fèi) 0.50 元，年節(jié)電費(fèi)用為 437× 7200× 0.50=157 萬(wàn)元，按目前國(guó)內(nèi)變頻器價(jià)格計(jì)算，2 年可回收變頻器投資。

改造方法： 計(jì)劃將變頻器配置為變頻功能，風(fēng)門由 DCS 給定頻率全開。

鍋爐鼓風(fēng)機(jī)（355KW）

變頻節(jié)能計(jì)算： 由于風(fēng)門的平均開度為 50%，因此實(shí)際流量約為額定流量的 70%。由上表曲線可知，采用變頻調(diào)速時(shí)額定功率消耗的 36%，額定功率消耗的葉片調(diào)節(jié)。64%，兩者相比，變頻調(diào)節(jié)可節(jié)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(fèi)0.50元，年節(jié)能94.4kw×7200×0.50=34萬(wàn)元，按目前國(guó)內(nèi)變頻器價(jià)格計(jì)算，1年半可回收變頻器投資。

改造方法： 計(jì)劃將變頻器配置為變頻功能，風(fēng)門全開由 DCS 給定頻率。

給水泵（90KW）

運(yùn)行條件：電機(jī)實(shí)際電流 147A，管道出口壓力 5kg

變頻節(jié)能計(jì)算：電機(jī)當(dāng)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(jù)公式計(jì)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(jié)電 85.5 千瓦-61.56 千瓦=23.94 度

每年節(jié)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(jì)劃配置 2 臺(tái)變頻器，具有 "變頻切換 "和恒壓控制功能。

通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到最大值時(shí)，空壓機(jī)減壓卸載的方法是：關(guān)閉進(jìn)氣閥，使空壓機(jī)不需要壓縮氣體做功，但空壓機(jī)的電機(jī)仍驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)運(yùn)動(dòng)。據(jù)估計(jì)，空壓機(jī)在卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)全部運(yùn)行能耗的 10%-15%。在卸載期間，空壓機(jī)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(diào)節(jié)方式也造成了能源的極大浪費(fèi)。

改造方法： 計(jì)劃配置變頻器。壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送入 PID 調(diào)節(jié)器與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)差值大小按照既定的 PID 控制模式進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)。運(yùn)行中產(chǎn)生控制信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使實(shí)際壓力始終保持在給定壓力。變頻改造后，空壓機(jī)大部分時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)空載現(xiàn)象。此外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)可通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)從靜態(tài)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)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(duì)空壓機(jī)的機(jī)械沖擊，見(jiàn)圖 4。

變頻節(jié)能計(jì)算： 根據(jù)電流表，電機(jī)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(dāng)前卸載時(shí)間估算，節(jié)電率約為 29%。

年節(jié)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(jī)系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能的其他效果

4.1 變頻改造后，功率因數(shù)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(qiáng)度，提高工藝水平。

4.3 變頻改造后，電機(jī)軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)、機(jī)械無(wú)任何影響，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

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

5 結(jié)論

由上可知，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以變頻器為主要節(jié)能手段對(duì)相關(guān)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)保證電機(jī)變頻節(jié)能改造項(xiàng)目的投資達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)性，一般在投入使用后2年內(nèi)。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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