变频调速节能量的计算方法.doc

--------------------校验:_____________--------------------日期:_____________变频调速节能量的计算方法变频调速节能量的计算方法据统计,全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、安全系统等原因,高效的电动机经常在低效状态下运行,采用变频器对交流异步电动机进行调速控制,可使电动机重新回到高效的运行状态,这样可节省大量的电能。生产机械中电动机的负载种类千差万别,为便于分析研究,将负载分为平方转矩﹑恒转矩和恒功率等几类机械特性,本文仅对平方转矩﹑恒转矩负载的节能进行估算。所谓估算,即在变频器投运前,对使用了变频器后的节能效果进行的计算预测。变频器一旦投运后,用电工仪表测量系统的节能量更为准确。现假定,电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同,且变频器的效率为95%。在设计过程中过多考虑建设前,后长期工艺要求的差异,使裕量过大。如火电设计规程SDJ-79规定,燃煤锅炉的鼓风机,引风机的风量裕度分别为5%和5~10%,风压裕度为10%和10%~15%,设计过程中很难计算管网的阻力,并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题,通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据,但风机的系列是有限的,往往选不到合适的风机型号就往上靠,大20%~30%的比较常见。生产中实际操作时,对于离心风机﹑泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节,则增加了管路系统的阻尼,造成电能的浪费;对于恒转矩负载常用电磁调速器﹑液力耦合器进行调节,这两种调速方式效率较低,而且,转速越低,效率也越低。由于电机的电流的大小随负载的轻重而改变,也即电机消耗的功率也是随负载的大小而改变,因此要想精确地计算系统的节能是困难的,在一定程度上影响了变频调速节能的实施。本文介绍用以下的公式来进行节能的估算。二、节能的估算 1﹑风机﹑泵类平方转矩负载的变频调速节能风机﹑泵类通用设备的用电占电动机用电的50%左右,那就意味着占全国用电量的30%。采用电动机变频调速来调节流量,比用挡板﹑阀门之类来调节,可节电20%~50%,如果平均按30%计算,节省的电量为全国总用电量的9%,这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中,对风机﹑水泵常用阀门、挡板进行节流调节,增加了管路的阻尼,电机仍旧以额定速度运行,这时能量消耗较大。如果用变频器对风机﹑泵类设备进行调速控制,不需要再用阀门、挡板进行节流调节,将阀门、挡板开到最大,管路阻尼最小,能耗也大为减少。节能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式,即: 对风机、泵类,采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的关系的三次方成正比,即,再与采用挡板调节流量对应电机输入功率PL相减后再除以节省的功率与系统调速前后的速差成正比,速差越大,节能越显著。恒转矩负载变频调速一般都用于满足工艺需要的调速,不用变频调速就得采用其他方式调速,如调压调速﹑电磁调速﹑绕线式电机转子串电阻调速等。由于这些调速是耗能的低效调速方式,使用高效调速方式的变频调速后,可节省因调速消耗的转差功率,节能率也是很可观的。 3、电磁调速系统电磁调速系统由鼠笼异步电机、转差离合器、测速电机和控制装置组成,通过改变转差离合器的激磁电流来实现调速。转差离合器的本身的损耗是由主动部分的风阻､磨擦损耗及从动部分的机械磨擦损所产生的。如果考虑这些损耗与转差离合器的激磁功率相平衡,且忽略不计的话,转差离合器的输入､输出功率可由下式计算: 电动机轴输出功率式中:T2—转差离合器的输出转矩 n2–-转差离合器的输出轴转速电动机的输出功率,即为转差离合器的输入功率。对于恒转矩负载,T=T1=T2=常数,所以,转差离合器的效率: 电磁调速电机为鼠笼式电机,由于输入功率和转矩均保持不变,鼠笼式电机的功率保持不变。损耗以有功的形式表达出来,损耗功率通过转差离合器涡流发热并由电枢上的风叶散发出去。由损耗功率公式(10)可以清楚看到,电磁调速电机的转速越低,浪费能源越大,然而生产机械的转速通常不在最大转速下运行,变频调速是一种改变旋转磁场同步速度的方法,是不耗能的高效调速方式,因此改用变频调速的方式会有非常好的节能效果,节省的能量直接可用(10)式计算。 4､液力偶合器调速系统液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化,来传递电动机能量,电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮,对工作油进行加速,被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮,把能量传递到输出轴和负载。液力偶合器有调速型和限矩型之分,前者用于电气传动的调速,后者用于电机的起动,系统中的液力偶合器在电机起动时起缓冲作用。由于液力偶合器的结构与电磁转差离合器类似,仿照电磁调速器效率的计算方法,可得: 同样,用(12)式