变频节能计算01.doc

一﹑概述　　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　　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）式可计算将液力耦合器调速改造为变频调速后的节能量。　　5　　 绕线式电机最常用改变转子电路的串接电阻的方法调速，随着转子串接电阻的增大，不但可以方便地改变电机的正向转速，在位能负载时，还可使电机反向旋转和改变电