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变频调速技术的风机与泵类节能应用

在企业的生产过程中,对泵类和风机设备的应用非常广泛,而这类设备的电能消耗非常大,其耗能占企业总耗能比重很大。当前,我国正深化市场经济体制改革,市场竞争已可以用“惨烈”这个词来形容,因此,企业为了增强自身的竞争力,必须优化生产技术和工艺,降低生产过程中的能耗,降低生产成本,提高产品的价格竞争力。

1 变频器的作用
  在实现电机控制中经常会用到的设备是变频器,该设备实现对电机控制的方式是改变电源输出的频率。在企业生产过程中,必须追求对电机的更好控制,而实现对整个电机的更好控制,就必须使用变频器,通过该设备来实现被控交流电机的过电流电压保护、过载保护以及变频调速,同时整个系统的电能综合利用率以及工作效率也由变频器来负责调节。

2 不同种类下的变频器

2.1开关方式不同下的变频器分类
  开关不同,则变频器的种类也不同,按照开关分类,变频器可分为四种:第一,SPWM控制变频器;第二,PAM控制变频器;第三,SVPWM控制变频器;第四,PWM变频器。在这四种不同类型的变频器中,PAM控制是脉冲幅度调制,它通过改变脉冲列脉冲的幅度,实现对波形和输出量值的调制,从而实现变频器的变频功能;和PAM控制不同,PWM控制是脉冲宽度调制控制,也就是在调节波形和输出量时,它能用改变脉冲的宽度的方式,从而实现变频器的变频功能;在PWM的基础上,改变调制脉冲后便是SPWM控制,为了做到正弦波输出,需要遵循正弦规律,排列出适当的脉冲宽度来过滤并输出波形,经常在生产中运用到支流交流逆变器;而SVPWM控制则是空间矢量脉宽调制,作为PWM技术调制的一种方法,将PWM插入电机三相定子绕组中,促进旋转磁场在定子中的产生,从而带动电机旋转。


2.2 按照工作原理对变频器进行分类
  按照工作原理进行分裂,变频器可以分为三种:第一种是矢量控制变频器,第二种是V/f控制变频器,第三种是转差频率控制变频器。V/f控制变频器可以保证频率与输出电压成正相关,这样就可以实现电动机磁通的一致性,有效地避免了弱磁和、磁饱和问题的产生;所谓转差调速就是在调速时采用改变异步电动机滑差的方式,速度决定滑差要求,通过转差频率控制技术,在一定程度上能够对系统的动态性能和静态性能进行改善;矢量控制变频器最主要的一个特点就是直流电动机调速控制,按照矢量变化的方法分解异步电动机定子绕组电流,可以实现直流电动机的磁场电流分量。

 3 风机、泵类变频节能的工作原理分析

风机、泵类变频要实现节能,有两种途径:一种是软启动节能,一种是变频节能。下面具体介绍这两种节能方式的节能原理:

3.1关于软启动节能
  由于电机为Y/D启动或者是直接启动,额定电流的4~7倍就是启动电流,这样就会对供电电网和机电设备产生巨大的冲击,如果对供电容量要求很高,在启动时就会产生很大的损害性,比如阀门和挡板遭到电流和震动的损害,从而缩短设备的使用寿命等。安装变频节能装置以后,变频器的软启动功能能够将开始时的启动电流自动调节为0,这样就不用担心产生的电流会超过额定电流,在一定程度上减轻了对电网产生的冲击,起到了延长阀门和设备使用寿命的作用,从而可以节省变频器维护的相关费用。

3.2关于变频节能
  流体力学上有一个公式,即P=H×Q,专业人士都知道,P、H和Q三者之间是存在一定的关系的,且都是正比例关系,只是大小有所不同。如果水泵的效率是一个固定值,那么,当降低调节流量时,转速N也会跟着下降,而输出功率P也会跟着下降,且是立方关系的下降。这也就是说,水泵的转速与水泵电机的耗电率是立方关系。

4 变频调速与风机、水泵节能
4.1 调节风机、水泵流量的方法
  调节风机、水泵流量的方法多种多样,每种方法各具优点,有三种是经常用到的:

(1)交流电动机变频调速;

(2)在对水泵、风机的转速进行调节时,采用电磁转差离合器的方式,但是电动机在这种情况下的运转是恒速的;

(3)在调节风机挡板时,如果采用传统的机械方法,则可使实现对水泵、导流器的阀门开启度的调节。在节电率百分比相同的情况下,装机容量和电节能会变成最大值,因此,在生产过程中,应广泛应用高压变频调速节能技术,而把变频调速应用到大容量压缩机、水泵和风机上,以达到节能的目的。


4.2 变频调速在风机、水泵节能中的应用
  将流体理论作为基本的出发点,可以用三次方函数来表示离心式风机、水泵的轴功率和转速的关系。在研究中表明,滑差后液力调速的效率会随着调速方案效率的变化而降低,当转速下降为50%时,变频调速器会呈现出较高的效率,这样一来,就会发现一切基本没有发生任何变化。所以变频调速是所有调速方案中节能效果最好的。用一个实际例子来说明,同一台水泵、风机的转速流量和轴功率都为100%时,将转速流量调到50%,轴功率也会降到50%。但如果滑差调到50%,则只需从电网中吸入25%左右的功率;假如通过变频的方式,将流量降到50%,则只需从电网中吸入10%左右的功率。因此,我们不难发现,变频调速具有无可比拟的优势。


5 变频调速与环境保护
  在企业电能总消耗中,电机驱动耗能占很大比例。我们有理由相信,天然气、燃煤、石油等燃料的枯竭,很大程度上要归咎于过度的电力消耗。二氧化氮和二氧化碳的过量排放,会造成严重的空气污染,会对大气臭氧层造成无法修补的严重破坏,对人类的生活造成极为不利的影响。当前,环境问题日益严重,已经影响到了人们的日常生活,但随着人们环保意识的不断提高,越来越多的人开始关注环境问题,并积极投身到环境保护中来。因此,在企业的生产过程中,企业理应广泛采用变频调速节能技术,这样不仅有效地节约了能源,还减少了污染的排放,起到了保护环境的作用。


6 结语
  综上所述,泵类、风机等设备的节能运行通过变频调速技术来实现,受到国家和政府的普遍重视。通过实践表明,在泵类和风机设备驱动控制中运用变频器能够收到明显的节能效果,是一种可广泛采用的调速控制方式。变频调速技术有许多优点,不仅能够提高设备的运转效率,而且能够最大限度满足企业对于高效率生产的需求。同时,它还可以切实减少设备的养护和维修费用,有效延长其寿命,可谓一举多得。在国内外,变频调速技术已经并将持续受到人们的关注,在我国的经济建设中,其也必会发挥重要作用。