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1、现代工业自动化专题题目名称 变频器在风机及泵类负载节能降耗中的作用学院自动化学院专业年级学号学生姓名授课教师2023 年 6月 25 日变频器在风机及泵类负载节能降耗中的作用前提：节能减排作为扩大内需、稳定增长的重要结合点，政府已经实行措施支持扩大节能环保产品消费、加大节能环保领域投资力 度。首先在节能家电方面，政府出台的财政补贴政策估量拉动 4500 亿元的节能家电消费需求，形成 1170 万吨标准煤的年节能力量；其次，在能源和可再生能源方面，财政部将加大支持力度，显著提高能源与可再生能源在中国能源消费中的比重，并且重点支持煤层 气、页岩气等格外规油气资源进展，争取尽早实现产业化；第三，能源
2、汽车也是今年财政政策关注的重点领域。固然，工业领域作为能耗的大户无疑是节能减排的重点，在供配电系统、变电设备、照明系统及电气设备中实行节能措施都是常见的做法，其中电气设备，尤以提高功率因数，削减无功损耗等方面为重。”摘要: 从理论上分析了风机、泵类负载的流量、转速、扬程与功率之间的关系, 举例证明白应用变频调速器来转变风机流量比调整风门开度转变流量的方法节能降耗效果更显著。关键词: 风机; 水泵; 变频调速; 节能降耗; 效果风机、水泵是工矿企业用量大、耗电多的通用机械, 其用电量约占企业用电总量的 40%以上。风机、泵类负载多是依据满负荷工作量来选型, 实际应用中大局部时间并非工作于满负荷状
3、态。据统计 , 风机、泵类负载运行效率常常在 50%70%。当生产工艺要求流量变化时, 常用调整风门、闸门开度的方式来调整流量大小, 以适应生产工矿要。大量电能消耗在挡板上, 运行效率低, 能源铺张严峻。在工矿企业建和改扩建工程中, 如何应用技术降低风机、泵类负载运行中的能量损耗,做好节能、节电工作, 是科技人员的重要责任。理论1 节能分析风机、泵类具有相像的负载特性, 均属于二次方转矩负载, 从理论上讲具有以下特点:Q2/Q1=N2/N1H2/H1 =(N2/N1)2P2/P1 =(N2/N1)3 式中: Q1、Q2 流量, m3/s; N1、N2 转速, r/min; P1、P2 功率,
4、kW; H1、H2 扬程, m。从这三个公式中可以看出, 风机、泵类负载的流量与转速成正比, 扬程与转速的二次方成正比, 功率与转速的三次方成正比。当流量需要转变时, 只转变风门或闸门的开度, 而电机保持恒速运转, 所需功率降幅很小, 工作效率低。如通过调整转速来掌握, 则所需功率以近似流量的三次方大幅度下降。下面以风机为例进展分析, 图1 所示为风机压力风量特性曲线, 其中曲线 1 为风机在额定转速(N1)下的自然工作特性, 曲线 2 为风机在转速(N2)下的工作特性; 曲线 3 为自然压力风量特性曲线, 曲线4 为转变风门开度来调整流量时的压力风量特性曲线。曲线 1 与曲线 3 的交点 A
5、 为自然工作点, 设 A 点的风量 QA 为 100%,此时所需功率 PA=HAQA。图 1 风机压力风量特性曲线当生产工艺要求风量减小时, 调整风门开45煤炭加工与综合利用COALPROCESSING&COMPREHENSIVEUTILIZATIONNo13, 2023 度, 电机转速保持不变, 风道压力增加, 当流量减小到 Q2(80%QA)时, 风道压力增大到 112HA,风机工作特性由曲线 3 过渡到曲线 4, 系统由自然工作点A 变到工作点 B, 此时所需功率 PB=HBQ2=112HA018QA=0196PA。可见风机输出轴功率随风量的削减仅降低了 4%, 大量能量损失在风门挡板上
6、, 风门也极易损坏, 同时由于风道承受的压力加大, 使机械设备简洁损坏, 产生跑漏风现象。假设承受变频调速, 当风量减小时, 调整电机转速到 N2, 风机工作特性由曲线 1 过渡到曲线 2, 系统由自然工作点 A 变到工作点C, 此时所需功率 PC=HCQ2=017HA 018QA=0156PA, 降低了44%。可见当风量下降 20%时, 风机输出轴功率下降了 44%, 同时, 随着转速的降低, 风道压力降低到 017HA, 系统运行性能稳定, 安全高效, 节能效果显著。图 2 所示为功率随风量变化的曲线, 其中 PD 为调整风门开度掌握流量的功率曲线, PZ 为变频调速掌握流量的功率曲线,
7、由图2 可以看出, 在所需风量一样的状况下 , 转速掌握比风门掌握消耗功率低 , 节电率高, 以风量降低到 80%QA 为例,转速掌握比风门掌握增大的节电率为:(PB- PC) /PB 100% = ( 0196PA-0156PAPC) /0196PA 100%=41%由此可见, 变频调速是风机、泵类负载节能降耗的最正确选择。图 2 功率随风量变化曲线2 经济效益分析变频调速装置在国内各行业广泛应用, 如城市给排水、冶金、石化、煤炭等, 节约了大量资源, 降低了生产本钱。例如, 某煤矿主扇风机承受GAF3515- 2111- 1FB 型轴流式通风机, 其配套主电机为沟通异步电动机 , 额定电压
8、 6kV, 额定功率3200kW。通过调整风叶角度调整风量大小。通风技术参数为: 通风简洁时期风量 450145m3/s, 负压 2540Pa, 风机轴功率 1754kW, 扇叶安装角度为 0 度; 通风困难时期风量 450145m3/s, 负压 4122Pa, 风机轴功率 2542kW, 扇叶安装角度为 10 度; 风机 24h 运行, 年运行约365d, 生产周期 10a, 其中通风简洁时期约 7a, 通风困难时期约 3a。对系统进展改造, 承受变频调速掌握风量, 目前国外进口6kV 等级变频调速设备约 1300 元/kW, 一套投资 416 万元。依据的通风参数对主扇风机承受变频调速的节
9、能效果进展估算:(1)通风简洁期最大轴功率 1742kW, 依据风量负压可算出定速时风机效率为 0165, 承受变频调速可将风机的效率调至 80%, 则风机轴功率为: (4501552540) 1000018=1430(kW)。比调整扇叶角度掌握季节能 1742- 1430=312(kW), 年节电 31224365=2733120(kWh)。假设电价按 015 元/kWh 计算, 每年节约电费 137 万元。按静态投资分析法, 在通风简洁期一套进口产品投资回收期为 416137=3a。(2)通风困难期最大轴功率 2542kW, 依据风量负压可算出定速时风机效率为 0176, 承受变频调速可将
10、风机的效率调至 80%, 则风机轴功率为: (4501554122) 1000018=2321(kW)。比调整扇叶角度掌握季节能 2542- 2321=221(kW), 年节电量2218760=1937065(kWh), 年节约电费 97 万元。(3)在生产周期 10a 内, 共节约电费 1377+973=1250(万元)。变频调速节能装置的节能原理1、变频节能由流体力学可知，P功率=Q流量H压力，流量 Q 与转速N 的一次方成正比，压力H 与转速N 的平方成正比，功率P 与转速 N 的立方成正比，假设水泵的效率肯定，当要求调整流量下降时，转速N 可成比例的下降，而此时轴输出功率P 成立方关系
11、下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为 55KW，当转速下降到原转速的 4/5 时，其耗电量为28.16KW，省电 48.8，当转速下降到原转速的 1/2 时，其耗电量为 6.875KW，省电 87.5。2、功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，铺张严峻，由公式 P=SCOS，Q=SSIN，其中 S视在功率，P有功功率，Q无功功率，COS功率因数，可 知 COS越大，有功功率 P 越大，一般水泵电机的功率因数在 0.6-0.7 之间，使用变频调速装置
12、后，由于变频器内部滤波电容的作用，COS 1，从而削减了无功损耗，增加了电网的有功功率。3、软启动节能由于电机为直接启动或 Y/D 启动，启动电流等于-7倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严峻的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震惊时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。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头，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。节约了设备的维护费用。完毕语随着科学技术的进展 , 变频器调速技术被广泛应用于各工业生产领域, 尤其是对于要求流量不断变化的
13、风机、泵类负载。承受变频器调速掌握流量, 从根本上抑制了调整风门、闸门开度掌握流量的弊端, 系统运行效率高, 节电节能效果显著, 同时变频器可实现电动机的软启软停, 避开了电机启动时的冲击, 事故率少, 维护费用低, 延长了设备使用寿命, 提高了企业经济效益和竞争力, 为企业节能降耗发挥了巨大作用。附图参考文献1 中国航空工业规划设计争论院，工业与民用配电设计手册(第三版)，北京:中国电力出版社，2023.2 编写组，工厂常用电气设备手册(其次版).北京:中国电力出版社，1997.3 杨岳，电气安全，北京:机械工业出版社，2023.4 雍静，供配电系统，北京:机械工业出版社，2023.5 GB
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