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变频器与节能

jnzhlf  发表于 2008/11/13 22:35:04      663 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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毫无疑问变频器本身不节能,由变频器构成的系统中节能仅仅是一个特点。从变频器产生的历史来看,变频器最开始设计出来并不是为了节能。变频技术最大优点是实现提高电机的控制品质,实现电机运转的高精度、高特性。变频器控制的对象主要有两种电机,交流感应电机及直流永磁电机(BLDC)。在低功率条件下(1000W以下),通常定频交流感应电机的效率普遍在30%-50%,采用变频技术效率提高的很细微,但采用变频技术后控制品质得到了极大的提高。直流永磁电机不太可能采用传统的定频技术进行控制,必须采用变频技术,相对于交流感应电机不需要提供转子的励磁,通常BLDC变频系统效率70%-95%。当然我上述提到的测试是有条件的,交流感应电机相对直流永磁铁的节能测试是在5千瓦以下,在10千万以上的应用差异很小,而且10千万以上的直流永磁电机制作工艺有难度。交流感应电机随输出功率的增加的效率也随之增加。中国普通百姓对变频技术=节能的误解最先起源于海尔变频冰箱广告的宣传,在广告中夸大了变频技术的节能作用,实际应用中交流感应电机应用变频技术节能效果不理想,而直流永磁电机采用变频技术节能效果非常可观(节能30%-40%),当然前提条件是中低功率的应用中。同时直流永磁电机只能采用变频技术控制器来驱动。 
变频技术的核心是提高控制的品质。例如所谓的冰箱保鲜实际就是要求温度控制在很窄的范围内,定频控制无法做到±0.5度的控制精度,而变频技术很容易做到。从节能角度,现在采用交流感应电机的空调实打实的测试能效比能做到2.6的还真不多,采用直流永磁电机如果能效比低于4那只能是设计控制器的软件工程师写错了软件。当然永磁电机的价钱确实不便宜,在大功率的应用中有缺陷。
交流感应电机的功率提高是有空间的,关键是电机制作技术的提高。我所知道的一款EBM公司的特制电机在特定的变频器驱动下实验室测试效率高达61.4%。

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,如果水泵的效率一定,当要求调节流量下降时,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,浪费严重,由公式P=S╳COSФ,Q=S╳SINФ,其中S-视在功率,P-有功功率,Q-无功功率,COSФ-功率因数,可知COSФ越大,有功功率P越大,普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,COSФ≈1,从而减少了无功损耗,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(4-7)倍额定电流,这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动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始,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。节省了设备的维护费用。


变频器可以省电这是不可磨灭的事实,在某些情况下可以节电40%以上,但是某些情况还会比不接变频器浪费!
变频器是通过轻负载降压实现节能的,拖动转距负载由于转速没有多大变化,即便是降低电压,也不会很多,所以节能很微弱,但是用在风机环境就不同了,当需要较小的风量时刻,电机会降低速度,我们知道风机的耗能跟转速的1.7次方成正比,所以电机的转距会急剧下降,节能效果明显。如果我们用在油井上,就会因为在返程使用制动电阻白白浪费很多电能反而更废电。

当然,如果环境要求必须调速,变频器节能效果还是比较明显的。不调速的场合变频器不会省电,只能改善功率因数。

1、如果两个一模一样的电机都工作在50HZ的工频状态下,一个使用变频器,一个没有,同时转速和扭矩都在电机的额定状态下,那么变频器还能省电吗?能省多少呢?
答:对于这种情况,变频器只能改善功率因数,并不能节省电力。
2、如果这两个电机的扭矩没有达到电机的额定扭矩状态下工作(频率,转速还是一样50HZ),有变频器的那个能省多少电?
答:如果使用了自动节能运行,这个时刻变频器能降压运行,可以节省部分电能,但是节电不明显。
3、同样的条件,空载状态下能省多少,这三种状态下哪个省的更多?
答:拖动型负载空载状态也节省不了多大的电能。

变频器在风机水泵上的应用
   一般使用的风机、水泵设备额定的风量、流量、通常都超过实际需要的风量流量,又因为工艺要求需要在运行中变更风量、流量,而目前,采用挡板或阀门来调节风量和流量的调节方式较为普遍,虽然方法简单,但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的,这种节流调节方法浪费大量电能,回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。
   当风量减少风机转速下降时,其电动机输入功率迅速降低,例如风量下降到80%,转速(n)也下降到80%时,其轴功率则下降到额定功率的51%;若风量下降到50%,轴功率将下降到额定功率的13%,其节电潜力非常大。
   上述的原理也基本适用于水泵,因此对风量流量调节范围较大的风机水泵,采用调速控制来代替风门或阀门调节,是实现节能的有效途径。
   驱动风机、水泵,大多数为交流异步电机(大功率的多数为同步电机),异步电动机或同步电动机的转速与电源的频率f成正比,改变定子供电频率就改变了电动机的转速,变频调速装置,是将电网50Hz的交流电,变成频率可调电压可调的交流电去驱动交流电动机实现调节器速的。
   变频调速的特点是效率高,没有因调速带来的附加转差损耗,调速的范围大、精度高、无级调速。容易实现直辖市控制和闭环控制,由于可以利用原鼠笼式电动机,所以特别适合于对旧设备的技术改造,它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点,又能达到节电的显著效果,是风机水泵节能的较理想的方法

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