变频器在节能方面的应用和节能原理

变频器在节能方面的应用和节能原理作者：赵文玲【摘要】变频器应用在电动机中的工作原理及节能原理进行了简要阐述。【关键词】变频调速节能流量扬程效率特性曲线前言变频调速器是优秀的交流电动机调速装置，若我们正确地应用变频器，它则能显著地节省电力，在节能领域里得到广泛地应用。1、变频器在节能方面的应用交流电动机变频调速是利用交流电机的同步转速随频率变化的特性，通过改变交流电机的供电频率进行调速的方法，是一门新兴的技术，自1964年问世以来，因其先进的调速方式和显著的节能效果，在主要工业化国家得到了广泛应用。90年代初，变频器引入中国，经过十余年的推广使用，低压变频器已得到广泛的认可，现正在向大功率高电压方向发展。在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用广泛，其电能消耗和诸如阀门，档板相关设备的节流损失，以及维护维修的费用占到生产成本的7%~25%，通过变频器和交流电机相结合，实现对生产机械的传动控制，具有综合性的技术优势，应用到不同场合，可体现出不同的功能达到不同的目的，收到令人满意的效果。如在风机、水泵中应用，可提高控制性能，减小节流损失，延长设备使用寿命，降低维修费用。2、风机变频调速节能原理风机典型的风量、压力、功率与转速的特性：风机的风量与转速成正比，风机的风压与转速的平方成正比，风机的功率与转速的立方成正比。通常调节风机的风量和压力的方法有两种：1）控制输出或输入端的风门。用此种方法管路的节流阻力改变时，可以得到所需的送风特性。采用这种方式的优点是：初投资少、控制简单。缺点是：风机必须满功率运行，白白消耗掉大量的无用功，造成电力的严重浪费。2）用变频器控制风机旋转速度。采用变频装置容易操作，无需附加设备。变频器根据风机系统的消耗功率按转速的立方比衰减，这样大大节省了电能，节能比相当可观。比如：当转速减为额定转速的1/2时，变频器风机系统的消耗功率仅为满功率的1/8,节电率达87.5％.3.泵变频调速节能的基本原理供水泵站的基本任务是满足管网中对流量、扬程的要求.传统调节流量的方法采用阀门控制法,即通过关小或开大阀门来调节流量,而转速则保持不变.这样运行的结果是水泵的工作效率低,浪费了大量的动力能.而转速控制法的原理如下:比例定律:qV,1/qV,2=n1/n2(1)H1/H2=(n1/n2)2(2)式中:n1、n2为水泵的转速,r/min;qV,1、qV,2分别为转速为n1、n2时所对应的泵流量,m3/s;H1、H2分别为转速为n1、n2时所对应的泵扬程,m.由式(1,2)可见,通过调节泵转速能很方便地实现改变泵的流量、扬程,从而达到满足供水的要求.水泵变频调速是指通过改变异步电动机定子端输入电源的频率来改变电动机的转速,从而达到改变水泵转速的目的.异步电动机的转速为n=60f(1-s)/p(3)式中:f为电源频率,Hz;s为转差率;p为电动机磁极对数.从式(3)可以看出,要改变转速,采取的措施有:1)改变转差率s;2)改变电机的极对数;3)改变定子供电频率f.然而,一旦泵的配套电动机选定,如变频恒压供水的基本原理如图1所示.对于不调速运行的泵,其工作点只能在n=n0对应的一条曲线上移动.当用户所需流量从qV,0减小为qV,2时,阀门控制法只能通过关小阀门来实现.由于阀门摩擦阻力变大,管阻特性曲线从曲线1变到曲线2,而扬程特性仍为n=n0时的曲线,因此供水系统的工作点由A点移到A2点.这时流量减小,扬程却增加了A2B2段的扬程.转速控制法通过自动调节泵的转速,可使管网的某一参数点的水压始终保持恒定.例如:当计算点取在泵出口,且流量分别为qV,0、qV,1和qV,2时,将泵转速分别调在n0、n1和n2,则泵出水口的压力保持恒定(工作点分别为A、B1、B2),这种供水方式称为“恒压供水”.如果计算点远离泵出水口,当流量分别为qV,0、qV,1和qV,2时,泵转速应分别调在n0、n2和n4(工作点分别为A、C1、C2),这样考虑管网损失后,计算点上的水压基本是恒定的.可见,当计算点远离泵出水口时,为了保证计算点的水压恒定,泵的出口水压将变动,这种供水方式称为“变压供水”.由图2泵的效率曲线中的曲线1可以看出,当流量qV=qV,2时,其效率将降至B点.可见,随着流量的减小,水泵运行效率的显著降低而在转速控制方式下,其效率曲线因转速而变化,在n2时的效率曲线为图2的曲线2.当流量qV=qV,2时,效率为C点之值,和qV=qV,1时的效率(A点)基本相等.即采用转速控制可使水泵的效率总处于最佳状态.图2水泵的流量2效率曲线4.结论1)采用变频调速的转速控制法在调节水泵部分负载运行状态时,能改变泵的性能曲线,使泵始终运行在高效区,提高水泵的运行效率,在节能方面大大优于阀门控制法.2)大型泵机组启动时,往往会引起很大的冲击电流,影响电网的正常运行.变频调速则可以通过变频改善启动特性,减少电网冲击.通过变频可使控制无附加转差损耗,效率高且调速范围宽.3)采用变频控制还可减小机械振动和磨损,提高运行的可靠性.4)变频器设有过流、过压、欠压,变压器过载,防人身触电等保护,因此其防误性和安全性高,特别适用于运行起停频繁的泵站.结束语在工业领域中有大量的机械设备，在这些设备中恒转矩装置在普遍应用中，若广泛采用变频调速器可大量节电。大力推广变频调速器将会带来很好的经济效益和社会效益。