变频节能技术应用

变频节能技术应用

桑占兵李晓东

桑占兵李晓东（河南新能光伏有限公司）

摘要：目前，我公司的风机、水（油）泵在运行中普遍存在电网负荷率偏低，设备寿命低，震动噪声大等问题。究其原因：风机、水泵等设备传统调速往往采用阀门节流、排空、旁通回流等控制方式，这些方式都造成大量的能量损失。由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％。变频调速节能装置的节能原理主要是：变频节能、功率因数补偿节能、软启动节能等。

关键词：变频器调速装置风机水泵

经测算，当机泵的流量由100%降到50%时，若分别采用出口和入口阀门的节流调节方式，则此时电机的输入功率分别为额定功率的84%和60%，而此时机泵的轴功率仅为12.5%，即损失功率分别为71.5%和47.5%。改变这种状况的最好方法是采用目前国际上己广泛运用于风机节能和恒压供水领域的先进变频调速技术和智能控制技术变频器。

1变频调速节能装置的节能原理

1.1变频节能由流体力学可知：风量Q与转速的一次方成正比例，压力H与转速的平方成正比，功率P与转速的立方成正比。即：Q=K1nH=K2n2P=K3n3，因此，如果风机的效率一定，当要求调节流量下降时，转速可成正比例下降，此时风机的轴输出功率是成立方关系下降的。

1.2功率因数补偿节能无功功率会增加线损和设备的发热，且功率因数的降低会导致电网有功功率的降低。由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ-功率因数，可知COSФ越大，P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

1.3软启动节能由于电机为直接启动或Y/△启动，启动电流等于(４-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，瞬间产生的震动对挡板和阀门的损害极大，影响设备寿命。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命，节省了设备的维护费用。由于变频器每千瓦的成本随着其功率增大而减少，变频调速装置的经济性也随着电机功率的增大而提高。变频调速装置投资回收期为一年左右，使用寿命约10年。

2节能效果计算

现有鼓风机一台，配用18.5KW风机。风量在80%-30%之间变化，设电机全速供风量为Qn空载损耗为0.1(Y0≈cosnt)每天总供风量为60%Qn，则全速Pp=(18.5-18.5×0.1)kw=16.65kw

2.1变频时：

Pm2=(1.85+(60%)3)×16.65kw=5.45kw

节约的功率：Pj=(16.65-5.45)kw=11.2kw

2.2如果电费按0.7元/kwh计算，每年节约的电费：

11.2kw×24h×365×0.7元/kwh=68678元=6.86万元

艾默生EV2000变频器在恒压供水、供油系统中的应用案例介绍

压力变送器输出4-20mA信号，变频器选用：EV2000-4T0110P，电机参数：电压380V，额定电流24.8A，转速970r/min，6极。泵电机采用双电源供电，工频和变频靠转换开关切换。主回路是三相动力线由ZK空气开关引出后，一路进变频器R.S.T端子，U.V.W引出端经交流接触器1KM后接到电机上，另一路径交流接触器2KM后连到电机上，转换开关SK执2，ZK合→按起动按钮→JS线圈通电→JS1闭合自锁、JS2闭合、JS3闭合→1KM主令开关合→1KM辅助触点闭合→变频FWD与COM接通变频运行，指标灯亮。按停止按钮→JS失电→JS2断开变频减速运行，JS4延时断开→1KM失电变频停运。

变频频率控制：当转换开关执自动位置，1-2、3-4接通，P24→压力变送器（+）→压力变送器（-）→CCI→GND→COM形成4-20mADC输入回路，经内置PID调节，自动控制频率。当转换开关执手动位置，5-6、7-8接通，从CCI端子输入0-10VDC电压，靠电位计手动调节频率。（自动/手动转换时需改变频率设定信号参数）。

说明：

①JS1、JS2、JS3是时间继电器JS辅助常开触点，JS4是延时断开的常开触点。②1-2、3-4、5-6、7-8是转换开关的四对触点，1-2、3-4通，5-6、7-8开，变频器自动调节频率，1-2、3-4开5-6、7-8通靠电位计手动调节频率。③1HA、1TA安装在变频控制柜面板上的起动、停止按钮、2HA、2TA安装在泵房隔爆操作柱上的起动、停止按钮。

总之，变频节能控制相比传统限流、限压有着诸多优点：①节能降耗，增加工厂盈利。②平滑起动，带来更大的生产力并改进最后的产品质量。③可以免去机械设备(例如阀门、挡板等)的投资，补偿安装调速系统所需的投资。并且维护工作量和维护费用少。④提高设备利用率，延长系统使用寿命。⑤在工厂布局和操作上有更多灵活性，便于实现过程控制以及系统的集成和自动化。⑥系统低噪声运行，没有环境噪声污染问题。

大量实际应用的例子证明：交流变频调速技术，具有十分显著的经济效益和社会效益，应用变频调速技术不仅是当前推进企业节能降耗的重要技术手段，也是实现经济增长方式转变的重要途径。