變頻調速(VariableVelocityVariableFrequency節能技術是一項集現代先進電力電子技術和計算機技術于一體的高效節能技術。自80年代世界各國將其投入工業應用以來,它顯示出了強勁的競爭力,其應用領域也在迅速擴展。現在凡是可變轉速的拖動電機,只要采用該項技術就能取得非常顯著的節能效果。國家科委十分重視這一技術的推廣工作,已在1995年將其列入國家級重點推廣的科技成果項目。
隨著我國工業生產的迅速發展,電力工業雖然有了長足進步,但能源的浪費卻是相當驚人的。據有關資料報導,我國風機、水泵、空氣壓縮機總量約4200萬臺,裝機容量約1.1億千瓦。但系統實際運行效率僅為30~40%,其損耗電能占總發電量的38%以上。這是由于許多風機、水泵的拖動電機處于恒速運轉狀態,而生產中的風、水流量要求處于變工況運行;還有許多企業在進行系統設計時,容量選擇得較大,系統匹配不合理,往往是“大馬拉小車”,造成大量的能源浪費。因此,搞好風機、水泵的節能工作,對國民經濟的發展具有重要意義。
1水泵調速運行的節能原理
圖1為水泵調速時的全揚程特性(H-Q)曲線。用閥門控制時,當流量要求從Q減小到Q1,必須關小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大,阻力曲線從R移到R′,揚程則從H0上升到H1,運行工況點從A點移到B點。
用調速控制時,當流量要求從Q減小到Q1,由于阻力曲線R不變,泵的特性取決于轉速。如果把速度從N100降到N80,運行工況點則從A點移到C點,揚程從H0下降到H2。
根據離心泵的特性曲線公式:
P=QHr/102η1
式中:P——水泵使用工況軸功率(kW
Q——使用工況點的水壓或流量(m3/s;
H——使用工況點的揚程(m);
r——輸出介質單位體積重量(kg/m3;
η——使用工況點的泵效率(%)。
可求出運行在B點泵的軸功率和C點泵的軸功率分別為:
PB=Q1H1r/102η2
PC=Q1H2r/102η3
兩者之差為:
Δρ=PB-PC=Q1H1-H2r/102η4
也就是說,用閥門控制流量時,有ΔP功率被損耗浪費掉了,且隨著閥門不斷關小,這個損耗還要增加。而用轉速控制時,根據流量Q、揚程H、功率P和轉速N之間的關系,有:
由(5)式可知,流量Q與轉速N的一次方成正比;揚程H與轉速N的平方成正比;軸功率P與轉速N的立方成正比,即功率與轉速成3次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方法,而是把電機轉速降下來,那么在轉運同樣流量的情況下,原來消耗在閥門的功率就可以全避免,從而獲得圖1中BC區域大小的節能效果,這就是水泵調速節能原理。
變頻調速的基本原理是根據交流電動機工作原理中的轉速關系:
N=60f1-s/p6
式中:f——水泵電機的電源頻率(Hz);
p——電機的極對數;
由(6)式可知,均勻改變電動機定子繞組的電源頻率f,就可以平滑地改變電動機的同步轉速。電動機轉速變慢,軸功率就相應減少,電動機輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調速的節能作用。
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