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1、 目 录1 变频调速节能3 1.1 变频调速 31.1.1 变频调速的基本原理31.1.2 电动机调速与节能的关系31.1.3 电机在不同频率下运行的节电效果41.2 变频调速技术节省能源41.2.1 应用变频器调速的其它好处41.2.2 变频器输出谐波的影响41.3 节能分析51.3.1节能计算51.3.2 节能分析71.4 节能分析结论72 拖动系统功率的确定92.1 变频调速的基础知识92.2 电机容量的确定92.2.1 恒转矩负载92.2.2 平方律负载 102.3 功率裕量的考虑 102.3.1 电机的冷却方式112.3.2 变频器输出谐波的影响11 2.3.3 超额定转速的运行 1
2、12.3.1 特殊应用场合112.4节 变频器容量的确定123. 谐波的产生机理、危害以及抑制措施 133.1 谐波产生机理133.2 谐波的危害143.3 谐波的抑制措施143.4 一种有效的谐波抑制方案154 变频调速技术在水处理工艺不同流程应用174.1 工艺流程174.2 变频器选择要注意的问题 194.3 变频器在工程应用中要注意的问题21结束语23参考文献24致 谢251 变频调速节能探讨1.1 变频调速1.1.1 变频调速的基本原理 在变频调速中使用最多的变频调速器是电压型变频调速器,由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成。在其工作时首先将三相交流电经桥式整流装置整为直流电,脉动的
3、直流电压经平滑滤波后在微处理器的调控下,用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源,输出到需要调速的电动机上。由电工原理可知电机的转速与电源频率成正比, 通过变频器可任意改变电源输出频率从而任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。1.1.2 电动机调速与节能的关系 风机和水泵都是流体机械，流体机械的转速变化与其流量、压力和功率之间的变化有如下的关系Q1/Q2=n1/n2 （1-1）H1/H2=(n1/n2)2 （1-2）P1/P2=(n1/n2)3 （1-3）上述式子中Q1、H1、P1分别代表转运n1时的流量、压力、功率。Q2、H2、P2、分别代表转速n2时的流量、压力、功率。即流量与
4、转速的一次方成正比：压力与转速的平方成正比；功率与转速的三次方成正比。 由此可见，当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所消耗的功率将降低很多。例如：当转速降到80%时，流量减少到80%，而轴功率却下降到额定功率的(80%)351%；若流量需减少到40%，则转速相应减少到40%，此时轴功率下降到额定功率的(40%)36.4%。 风机(水泵)调节流量，可行的方式有两种： 第一种方式是保持电机转速不变，通过调节风阀来调节流量。此时风机的对H-Q特性曲线不变。而风阀开度发生变化，即管路的阻力特性发生了变化，即管路阻力增加。 第二种方式是管路的阻力特性保持不变(即风门不变)，通过调节电机的转速来调
5、节流量。 这种方法所消耗的功率相对于第一种要小得多。调速是控制风机、水泵节能的相当有效的措施。 风机、水泵一方面由于在生产中具有面广、量大、耗电多的特点，另一方面由于节能潜力大的特点，故此类电机的节能具有广阔的前景，且意义重大。1.1.3 电机在不同频率下运行的节电效果：P=N3 ( 仅供参考) （1） 频率下降10%情况下的节电率：1-(1-10%)3=27.1%； （2） 频率下降15%情况下的节电率：1-(1-15%)3=38.6%； （3） 频率下降20%情况下的节电率：1-(1-20%)3=48.8%； （4） 频率下降25%情况下的节电率：1-(1-25%)3=57.8%； （5）
6、 频率下降30%情况下的节电率：1-(1-30%)3=65.7%；如果电机运行频率长期稳定在30%以下，且远期负载无扩展趋势，建议更换电机拖动系统，经济上更合算。 1.2 变频调速技术节省能源1.2.1应用变频器调速的其它好处传统的控制流量的办法是用阀门控制，而用阀门控制流量从100流量减到 70流量时能量只减少2。而用变频调速控制以后，同样的降到70流量，能量下降了52，从而使系统的效率大为提高。国外资料表明：当工作点位于最大流量的80%时，使用风阀将消耗电机能量的93%，导流叶片消耗为70%，涡流联轴器消耗67%，而变频器消耗51%，差不多是风阀的一半；当气流量降至50%时，变频器只消耗1
7、5%，而联轴器消耗为29%，导流叶片消耗为49%，风阀为73%。这显示出在输送相同气流量情况下，风阀消耗的能量几乎是变频器的4倍。1.2.2 应用变频器调速的其它好处：(1)、减少噪音，对风机来说降低转速的同时，噪音大幅度降低。风机噪声抑制公式：(dB)551og(速度1/速度2),速度从100降到50的噪声降低量为：551og(1500/750)=550.30=16.5dB噪音电平降低了16.5分贝,这是一个很显著效果。(2)、设备软启动，消除了起动冲击。感应交流电动机的启动电流可以达到满载电流的7倍多，即便是采用Y-起动也会达到4.5倍。所有启动方式都必需考虑到接通电源瞬间对电网的冲击，电
8、机越大冲击越大，这就不得不加大相应供电设备的供电能力来承受冲击。而使用了变频器后则不然，它没有了启动冲击，起动电流由零开始随着负荷增加而逐步上升，不管什么时候它都不会超过满载电流，而且起动时间还可人为设置，平稳地达到预设速度。(3)、高功率因数：供电局对用户功率因数有严格要求。当低于90时用户必需采取补偿措施，否则将罚款，反之则可受奖。而使用变频器后功率因数可接近1，免除了功率因数的补偿。(4)、改善机械性能：减小机械磨损。起动时间和停车时间均可设置，使运行平稳。消除了启动时的皮带打滑尖叫损坏皮带。延长了机械的使用寿命。(5)、变频器有完善的保护：由于变频器普遍使用了智能控制，所以保护十分完善
9、。电气上的常规保护全都包括，而且还有许多例如：电机/电源缺相；相间短路；接地故障；过/欠电压；变频器/电机过热；过速/低速报警；过载/空载报警等等保护。(6)、操作简捷直观：变频器设有显示屏，可迅速而简单地进行所需要的调试，编程及查询工作，显示器能提供有关变频器，电机和操作状态的信息。其中包括转速、频率、负载、千瓦小时、运行时间、报警状态等等。(7)、变频器具有通讯功能：现在不少变频器都具有工业网络通讯功能。例如标准的RS-485通讯。这就可方便地纳入BAS等网络的集散控制系统。1.3 节能分析1.3.1 节能计算 对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：(1
10、)根据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。 以一台IS150-125-400型离心泵为例，额定流量200.16m3/h，扬程50m；配备Y225M-4型电动机，额定功率45kW。根据运行要求，水泵连续24小时运行，其中每天11小时运行在90%负荷，13小时运行在50%负荷；全年运行时间在300天。则每年的节电量为：W1=4511(100%69%)300=46035kWh W2=4513(95%20%)300 =131625kWh W = W1W2=46035131625=177660kWh 每度电按0.5元计算，则每年可节约电费8.883万元。 (
11、2)根据风机、泵类平方转矩负载关系式：P / P0=(n / n0)3计算，式中为P0额定转速n0时的功率；P为转速n时的功率。 以一台工业锅炉使用的22 kW鼓风机为例。运行工况仍以 24小时连续运行，其中每天11小时运行在90%负荷(频率按46Hz计算,挡板调节时电机功耗按98%计算)，13小时运行在50%负荷(频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计算)；全年运行时间在300天为计算依据。 则变频调速时每年的节电量为：W1=22111(46/50)3300=16067kWh W2=22131(20/50)3300=80309kWh Wb = W1W2=1606780309=963
12、76 kWh 挡板开度时的节电量为：W1=22(198%)11300=1452kWh W2=22(170%)11300=21780kWh Wd = W1W2=145221780=23232 kWh 相比较节电量为：W= WbWd=9637623232=73144 kWh 每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年可节约电费3.657万元。 1.3.2 实例分析某工厂离心式水泵参数为：离心泵型号6SA-8，额定流量53. 5 L/s，扬程50m；所配电机Y200L2-2型37 kW。对水泵进行阀门节流控制和电机调速控制情况下的实测数据记录如下： 流 量时 间消耗电网输出的电能(kWh)L/s(h)阀门节流调节电机变频调速47233.22=66.428.392=56.8408308=24021.168=169.3304274=10813.884=55.5201023.910=2399.6710=96.7合计24653.4378.3相比之下，在一天内变频调速可比阀
