数字技术与应用
.应用研究·
变频技术在风机、泵类设备中的节能应用
孟祥璃
(青岛热电集团有限公司
山东青岛266034)
摘要：在工业生产中，风机，泵奏设各应用范圈广泛，其电能消耗是一笔不小的生产费用开支。随着市场竞予的不断加剧节能降耗已成为降低生产成本，提高产品质量的重要手疫之一。
节能风机泵奏计算
关键词：变频器
中图分类号：T-1
文献标识码：A
1.引言
通常在工业生产中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、冷却系统、通风系统等场合，，根据生产需要对炉胆压力、风速.风量，温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。若按照传统的调节风门，挡板开度的大小来调整受控对象，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备寿命缩短，维护维修费用增加。同理泵类设备在生产领域中同样有着广阔的应用空间.提水泵站，工业水(油)循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵等设备。而且，根据不间的生产需求往往采用调整阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仪造成大量的能源浪费，管路，阀门等密封性能的破坏，还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备，影响生产
风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大，机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现象损坏同时电机也被烧毁的现象。
2、变频器的结构和基本工作原理变频调速器(简称变频器)按其作用可理解为改变电动机电源频率值及电压值的自动化装置，它一般具有免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点，因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。现今发展起来的变频器一般主要有由电力电了器件(IGBT模块)、电子器件(集成电路、开关电源.电阻、电容)、微处理器(CPU)等组成，目前，变频器大部分是基于采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于··身的综合性电气产品。
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输人频率成正比的关系：n =60f(1-s)/p,(式中n,f、s、p分别表示转速、
文章编号：1007-9416(2011)02-0064-01
输人频率、电机转差率、电机磁极对数)，从上式可以看出，只要改变f、s.P，任意一项即可以改变电动机转速，改变p调速是极的，即选用多极电动机，但多极电动机绕组比较复杂，而改变s调速又是不经济的，对鼠笼型异步电动机只有改变其频率，才是既经济义现实的调速方式，所以通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的，被称为变频调速，而变频器就是主要依靠这个起作用的装置
3.节能分析与计算
通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q αn,Hαn",Pαn，即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，得知，各种风机，泵类变频调速后的节能率如表1：
实际上，在负载.工况不变的条件下，使用工频50Hz电源与变频50Hz电源向电动机供电，消耗的功率也是不同的，由于使用变频器后，其效率较高，约96—98%，损耗较小，提高了系统效率，另一方面，使用变频器后使电动机的功率因数提高，无功损耗减小，因此，有这两方面原因共同作用结果，使变频器在50Hz工作时，还略有节能效果，经实测，使用变频器后，相同的50Hz供电电源，比工频直接运行省电约在10%左右。
变频器之所以应用如此广泛，一个重要的原因就是我们许多企业或公司采用的风机、泵类不是恒压恒定给风、给水的，因此，在某些时候采用变压变量给风.给水可以做到使节能降耗降低到零，而在变频恒压变量给风给水系统设备)方面的压力可调，在设计上允许降低给风、给水压力的计算精度，在使用上可以适应不同的压力要求，这都具有最佳的节能效果，
案例分析：一供热公司换热站配备台格兰富水泵进行供热运行，水泵为TP80-33 0/2，额定流量101.8m/h，扬程27.4m，配套电机MMG160MA-2-42FF300E2型电
表1
流量Q(%) 转速n%) 频率/Hz
轴功率P(%) 节电率N(%) 压力H(%)
64
100 100 50 100 0 100
数字落本与应用方方数据
90 90 45 73 27 81
80 80 40 51 49 64
70 70 35 34 66 49
60 60 30 22 8 36
Digital technology and application
50 50 25 13 87 25
40 40 20 6.5 93.5 16
动机，额定功率11kW根据天气变化情况，进行热负荷调节供热，-供热季运行140天，其中水象供热实际46Hz的负荷运行了98 天，35Hz的负荷运行了42天，满足了整个供热季的热负荷要求，分析一下整个供热季本台水泵的节能情况。
根据风机.泵类平方转矩负载关系式：P/P0=(n/n0)计算，式中为P0额定转速n0时的功率，P为转速n时的功率。水泵总耗电能 W0为：W1=11kW×(46/50)×24小时×9 8天=20146kW·h
W2=11kWx(35/50×24小时×42天 =3803kW-h
W0= W1+W2=23949 kW-h
若不增加变频器，依靠阀门开度进行供热调节运行，则省电在10%左右，则耗电能 W0为：W0=11kW×24小时×140天×(11 0%)=33264kW-h，总耗电差额为W0-W0 =9315kW-h
工业用电按青岛当地电价0.8213元/k W·h计算，则一台11KW水泵采用变频调速后每年可节约电费7650元。
4、结语
风机.象类等负载在我国是量大面广的设备，各行各业应用相当普遇，采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点。推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。实践证明，变频器用于风机，泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果(一般年节约电能在31-56.3%之间)，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并H因此面大大减少了设备维护、维修费用。直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在7个月到12个月的生产中全部收回。
参考文献
[1]张选正，张全选《变频器应用经验》中国电力出版社，2007年4月，
[2]杜全城《电气变频调速设计技术中国电力出版社,2002年
[3]李方园基于变频控制的离心脱水机控制系统)机械工业出版社,2003年5 月，
[4]张宾（变频调速应用实戏》机械工
业出版社2001年