变频器在风机、水泵上的应用

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变频器在风机 、 水泵上的应用
张宝 涛 － 刘 洋
（ 、 宁高科 节 能 热 电设 计研 究 院 ， 宁 沈 阳 ｌ０２ ２ 辽 宁 省轻 工设 计 院 ， 宁 沈 阳 ｌ０ ３ ） １辽 辽 １０ １ 、 辽 １０６
摘 要： 介绍 了风机 、 水泵的运行特性 ， 变频调速的基本概念及 其优 良的节电性 能， 对使用效果和存在 问题进行 了分析 ， 并提 出了改进 建议。 关键 词 ： 频 器 ； 速 ； 能 ； 用 变 调 节 应 动 ，电压下降的幅度将取决于启 动电机 的功率 电缆 、 控制线路 、 切换开关等设施 ， 总投资 ４ ０ ７． ８ 随着变频技 术的 日益成 熟 ， 在风机 、 水泵 大小和配电网的容量。电压下降将会导致 同一 万元 ， 其中 ２台变频器 ３ 万元。 ８ ４２经济分析 ． ． 上采用变频器技术 ， 不仅便 于实现低速启动 ， 无 供电网络 中的电压敏感设备故障跳闸或工作异 级变速调节，更能实现节能降耗 ， 对于安全运 常 ， 如咒机 、 传感器 、 接近开关和接触器 等均会 辽源市冬季采暖室 内设计温度 ｔ １℃， ． ８ 室 ＝ 外采 暖设计 温度 ｔ 一 ２ ｗ ２ ℃，采暖期平 均温 度 ＝ 行， 延长设备寿命都有着重要意义。 动 作 出错 。 据有关资料介 绍 ， 国风机 、 我 水泵类 负载 ２３电机将 在低 于额 定转 速 的状 态下 运 ｔ＝ ８ ￣ ，实际供暖时间为 ｌ 月 １日至 ３ － 一 ．Ｃ ５ １ 月 １日共 １ １ （６ ４小 时 ） ５ 天 ３２ 。 占全 国工业用 电量的 ４ ％一 Ｏ 在锅炉房供热 行 ， Ｏ ５ ％； 可以减少磨损 ， 降低噪音 ， 有利于延 长电机 ３ 工程 中 ， 风机 、 泵用 电量 占全部用 电的 ８ ％ 和风机的使用 寿命 。 水 ０ 减少 了噪音对环境的影响。 （） 、 １鼓 引风机按额定工况 运行 ， 电量 年耗 按 式计算 ） 以上 ； 在全年空调的现代化旅游饭店 、 高级宾馆 ２ Ａ具有过载 、 过压、 过流 、 欠压 、 电源缺相 Ｅ及 电费 Ａ为（ １ 以及办公大楼中 ，风机和水泵设备的用电量 占 等 自动保护功能 。 Ｅ‘ Ｉ 【 离 ＋ 勰 争ｈ 一 整个建筑用电量的 ３ ％－０ 约 占整个动力用 ０ ． ％， － ４ ２５ 转状态灵活多样 ，可手动控制也可 ．运 【９ ． ７ ． １ ２ ９ １ １ ■ ・ １ ９●＋ １３ ３ ， １ ０ Ｔ ｘ６１ １ ｔ ｈ 电（ 即除照明以外 的用电 ） ４ ％～ ５ 的 ０ ５ ％。 完全实现 自 动控制 ， 可与锅炉其他 自 且 控装置 辽源市 电费 为 ０ ． ｌ ｈ ５元， ｗ・ ，则 电费 Ａ （ ＝ ８１ ７ Ｏ ５ ４ ０ ０ ． １风机 、 水泵 的运行特性 进行电气连锁 ，实现锅炉 的自动保护及计算机 ９ ０１ ｘ ． ＝ ９ ５ ８ ５兀 由于风机和水泵 的电力及运行 特性极其 控制 ， 不会 因事故影响生产 。 （） 、 ２鼓 引风机采用变频调速运行 ， 由于低 类似 ， 此处以风机为例来讨论它的特性。 ２ ． ６节能效果显著。 由于最终的能耗是与 负荷下运行 ， 风机及锅炉效率均有所 降低 ， 此处 １１ ． 压力 与 流 量 ６ 鼓风机 Ｔ ． 锅炉 １ ５ ｌ ７ ５ Ｉ ＝ 电机的转速成立方比， 所以采用变频后 ， 大大地 近似取引风机 ． ， Ｈ＝ （ 表示风 机全压 （ 括静风压 和动 节约了成本 ， Ｆ Ｑ） 包 投资回报更快 ， 用户也愿意接受。 Ｏ ５ ． 。采用 变频调速 ， ７ 风机按上述运行特性 ， 其 ３ 变 频 器 发 热及 解 决 方案 功率消耗近似等于冬季室 内外温差 比的 ３次方 风压 ） 与风量 的关系。 风机轴上的功率 Ｐ 变频器 在运行过 程中产生热 量致使设备 关 系 ， 年 耗 电 Ｅ 和 电 费 Ａ 为 ： 其 Ｐ面 ｔ茹 （ ） 的温度很高 ，由于变频器本身选用的元件耐温 １ 式中 Ｑ 风量 ， ３ ｉ； 一 ｍ／ ｎ ｍ 为 １５ 因此设备本身可 以耐受 ， ０ ℃， 但周 围环境 Ｈ 全 压 ．ａ 一 Ｐ； 温度升高 ，对 同置一室的其他 电器设备威胁甚 ３ ２ ×【 ６４ 】 ’ ｒ 风机效率。 大 。配 电室 的温度夏季最高可达 ６ ℃左右 ， ０ 特 １ ． 机 的转 矩 ２风 别是对安装在开关柜上的微机保护装置影 响很 风机的转矩与转速的平方成正 比 大， 轻者可造成误动 ， 重者可致设备损坏 。 因此 ， ＝ １ ５ １ ７× ２ ０ ０ ￣ ９ ０． ９ ８＝３ ６ ５ ｋ ・ｈ ０ ３ ７＇ Ｗ 通常 Ｍ ＝ ＝。＝ －詈 （） （） 要 了解一 台变频器的发热量大概是多少 。 ， ２ 式 中 ｎ 额定转速 ，ｒ Ｐｍ； 变频器安装在控制柜中， 可以用以下公式估算 ： （ ） 电率及年节 电费 ３节 Ｐ 额定转速时的轴功率 ，Ｗ； ｋ 发热量的近似值＝ 变频器容量 （ ｗ）５ （ ； Ｋ × ５ ｗ）因 节 电 率 ＝ Ｅ— ／ ＝ ９ １１ ３ ６ ５ ） （ Ｅ ） （８ ０ ７— ０ ３ ７， Ｅ Ｍ，额定转速时的转矩。 为各变频器厂家的硬件都差不多 ，所以上式可 ９ １ ７ ８７ ％ ： ８ ０１ ＝６ ．７ 当风机的转速由 Ｉ 变化到 Ｉ时 ， ｌ ｅ ＇ 风量 Ｑ、 以针对各品牌的产 品。 １ 为此 ， 在设计过程中 建议 年 节 约 电费＝ Ａ ＝ ９５ ８５ １３７ ．＝ Ａ— ４０ ０ ．— ５ １８ ５ 风压 Ｈ、 功率 Ｐ的变化与转速的关 系为 ： 对变频器发热问题做充分考虑，在炎热地区配 ３ ７ ３ ３ ３ ０元 。 Ｑ Ｑ（／ ＝ ｅｎｎ） 电室内最好同时配置空调和轴流风机 ，以保证 （） ４ 回收 年 限 Ｈ ｝ｅｌ ＝Ｉ Ｉ ） （／ （ ） 室 内的温度 ， ３ 不影响其它设备正常运行。 回收 期 ＝总 投 资 额 ， 年 节约 的 电 费 ＝ 每 ４ ２ ０ １３ ３ ０ １４年 ７ ８０３ ７ ３＝ ． Ｐ （ ） ＿ ｒ ４变频器节能分析 由（） 可知 ， ３式 风量 与转 速 成 正 比 ， 压 与 风 辽 源 市某 公 司二 期 煤 矸 石 热 电 联 产 工 程 。 由以上实际运行数据可 以看 出： 电机变频 转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正 锅炉总额定耗电功率 ５ ０ Ｗ， ６ Ｋ 与锅炉匹配 的引 运行不仅满足 了工艺要求 ，同时能节约大量 电 比。 因此 ， 当风机 、 水泵需求 下降时 ， 调节转速可 风 机 为 Ｙ — ３ １型 １Ｄ 风 量 Ｑ＝ ９ ｌ４ ／ 能 ，节能效果显著 ；增加的投资短期 内即可收 ４ ７ 一Ｉ ８ １ ｘ Ｏｍ３ ｈ 节约大量能源。例如： 当需要风量下降到 ８％， （ １ ７ ／ ｎ ， 压 Ｈ＝ ６ ６ ａ 电机 ２ ０ Ｗ ， ０ ３ ６ｍ３ ）全 ｍｉ ２４ Ｐ ， ２ Ｋ 风 回。 可以采用 调速 的方法使转速 下降到 ８％， ０ 则风 机效 率 ＦＯ７ ；鼓 风机 为 Ｇ — ３ １ ＝． ０ ４ ７ — １型 １ Ｄ ４ 结束语 机的轴功率要下降到原值的（０ 即 ５ ． Ｑ ７ ６０ｈ（２ ３ ３ ｎ ， ２ ５ Ｐ ， 机 效 率 ８％） ， １ ％； ＝ ４０ ／ １４ ｍ／ ）Ｈ＝ ７ ７ ａ 风 ２ ｍｉ 风机 、 水泵耗 电是全 国用 电大户 ， 根据 其 去除机械损耗 、 电机铜 、 铁损等影 响。节能效率 产Ｏ８ ， ．０ 电机 ７ Ｋ ５ Ｗ。鼓 、 引风机耗电 ２ ５ Ｗ， 运行特性 ，变频调速是 目前最优 良的一种调节 ９Ｋ 也 接 近 ４ ％ 。如 采 用 传 统 的 挡 板 方 式 调 节 风 占该 锅 炉 总耗 电 的 ５ ．％。 锅 炉 鼓 、 风 机采 方法 。 ｏ ０ ７ 该 引 量， 虽然也可相应降低能源消耗， 但节约效果与 用 变频调速控制 ，０ ７ ２ ０ 年设计并施 工 ， ０ 年 ２ ８ ０ 工程实 测证 明， 风机 、 泵上应用变频 在 水 变频相比， 则有天壤之别。 冬季投入使用 。两年来的运行证明 ， 效果 良好 ， 器技术 可以低速启 动 ， 无级变速调节 ， 对安全 、 ２变频调速功能与特点 变频调速器工作稳定 ， 收到了很好的节 电、 节煤 节能 、 延长设备寿命都有着重要的意义 。 更为重 ２１ ．改善电机 的启动性能 。当电机通过工 效果 。下面把有关 睛况作一介绍。 要是它的节能效果取得了可观的经济效益 。 频直接启动时 ， 它将会产生 ７ ８ 的电机额 到 倍 ４１ ．设计方案及投资 参 考 文 献 定电流 。采用变频器启动时频率低 ， 转速也低 ， 在室外设置温度传感器 ， 其温度变化通过 ［】 １ 原魁 ， 刘伟强， 邹伟 等． 变频器基础及应用【 】 Ｍ． 启动 电流就小 ，避免工频启动时形成 的大 电流 变送 器 变 成 电的信 号 ， 入 鼓 、 机 的 变 频 调 第二 版 ． ： 金 出版 社 ，０４ 输 引风 北京 冶 ２０ ． 对电机 、 电缆 、 开关等设 备的冲击 ， 因此启动性 速器 ， 根据信号的变化改变风机转速 ， 控制锅炉 『］ ２－ １ ￣雪冰． 风机 、 水泵 变频调速及示范工程节能 能得到改善。 的炉膛温度和供水温度 ，对供热系统实行质调 分 析Ⅲ ． 变频世 界 ，０ ７ ２０ ． ２ ． ２降低 电力线路电压 波动。在电机 工频 节。变频调速器选用 日本三菱 Ｍ 一 ４Ａ ７ Ｋ ｆ】 Ｔ １０ 一 ５ ３杨诗 成 ， 王喜魁 ． 与风机 【 ． 泵 Ｍ】 第三版． 京： 北 启动时，电流剧增 的同时 ，电压也会大幅度 波 和 ＭＴ １０ 一 ２ Ｋ各 １台，并增设有控制柜 、 中国 电 力 出版 社 ， ０ ７ ２０． 一４Ａ ２０
引言
＝
【９ｘ ）Ｔ３ ｌ （．器 ４ｔ× １４ －． ｘ ９ （ ［．７×２【 ２７６３ ｆ １ ＋１６ｘ ４ ４
】 ，
一
Hale Waihona Puke ２２ —