變頻調(diào)速技術的風機與泵類 | 如何節(jié)能應用
在企業(yè)的生產(chǎn)過程中,對泵類和風機設備的應用非常廣泛,而這類設備的電能消耗非常大,其耗能占企業(yè)總耗能比重很大。當前,我國正深化市場經(jīng)濟體制改革,市場競爭已可以用“慘烈”這個詞來形容,因此,企業(yè)為了增強自身的競爭力,必須優(yōu)化生產(chǎn)技術和工藝,降低生產(chǎn)過程中的能耗,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品的價格競爭力。
在實現(xiàn)電機控制中經(jīng)常會用到的設備是變頻器,該設備實現(xiàn)對電機控制的方式是改變電源輸出的頻率。在企業(yè)生產(chǎn)過程中,必須追求對電機的更好控制,而實現(xiàn)對整個電機的更好控制,就必須使用變頻器,通過該設備來實現(xiàn)被控交流電機的過電流電壓保護、過載保護以及變頻調(diào)速,同時整個系統(tǒng)的電能綜合利用率以及工作效率也由變頻器來負責調(diào)節(jié)。
2.1 開關方式不同下的變頻器分類
開關不同,則變頻器的種類也不同,按照開關分類,變頻器可分為四種:第一,SPWM控制變頻器;第二,PAM控制變頻器;第三,SVPWM控制變頻器;第四,PWM變頻器。在這四種不同類型的變頻器中,PAM控制是脈沖幅度調(diào)制,它通過改變脈沖列脈沖的幅度,實現(xiàn)對波形和輸出量值的調(diào)制,從而實現(xiàn)變頻器的變頻功能;和PAM控制不同,PWM控制是脈沖寬度調(diào)制控制,也就是在調(diào)節(jié)波形和輸出量時,它能用改變脈沖的寬度的方式,從而實現(xiàn)變頻器的變頻功能;在PWM的基礎上,改變調(diào)制脈沖后便是SPWM控制,為了做到正弦波輸出,需要遵循正弦規(guī)律,排列出適當?shù)拿}沖寬度來過濾并輸出波形,經(jīng)常在生產(chǎn)中運用到支流交流逆變器;而SVPWM控制則是空間矢量脈寬調(diào)制,作為PWM技術調(diào)制的一種方法,將PWM插入電機三相定子繞組中,促進旋轉(zhuǎn)磁場在定子中的產(chǎn)生,從而帶動電機旋轉(zhuǎn)。
2.2 按照工作原理對變頻器進行分類
按照工作原理進行分裂,變頻器可以分為三種:第一種是矢量控制變頻器,第二種是V/f控制變頻器,第三種是轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器。V/f控制變頻器可以保證頻率與輸出電壓成正相關,這樣就可以實現(xiàn)電動機磁通的一致性,有效地避免了弱磁和、磁飽和問題的產(chǎn)生;所謂轉(zhuǎn)差調(diào)速就是在調(diào)速時采用改變異步電動機滑差的方式,速度決定滑差要求,通過轉(zhuǎn)差頻率控制技術,在一定程度上能夠?qū)ο到y(tǒng)的動態(tài)性能和靜態(tài)性能進行改善;矢量控制變頻器最主要的一個特點就是直流電動機調(diào)速控制,按照矢量變化的方法分解異步電動機定子繞組電流,可以實現(xiàn)直流電動機的磁場電流分量。
風機、泵類變頻要實現(xiàn)節(jié)能,有兩種途徑:一種是軟啟動節(jié)能,一種是變頻節(jié)能。筆者下面具體介紹這兩種節(jié)能方式的節(jié)能原理:
3.1 關于軟啟動節(jié)能
由于電機為Y/D啟動或者是直接啟動,額定電流的4~7倍就是啟動電流,這樣就會對供電電網(wǎng)和機電設備產(chǎn)生巨大的沖擊,如果對供電容量要求很高,在啟動時就會產(chǎn)生很大的損害性,比如閥門和擋板遭到電流和震動的損害,從而縮短設備的使用壽命等。安裝變頻節(jié)能裝置以后,變頻器的軟啟動功能能夠?qū)㈤_始時的啟動電流自動調(diào)節(jié)為0,這樣就不用擔心產(chǎn)生的電流會超過額定電流,在一定程度上減輕了對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊,起到了延長閥門和設備使用壽命的作用,從而可以節(jié)省變頻器維護的相關費用。
3.2 關于變頻節(jié)能
流體力學上有一個公式,即P=H×Q,專業(yè)人士都知道,P、H和Q三者之間是存在一定的關系的,且都是正比例關系,只是大小有所不同。如果水泵的效率是一個固定值,那么,當降低調(diào)節(jié)流量時,轉(zhuǎn)速N也會跟著下降,而輸出功率P也會跟著下降,且是立方關系的下降。這也就是說,水泵的轉(zhuǎn)速與水泵電機的耗電率是立方關系。
4.1 調(diào)節(jié)風機、水泵流量的方法
調(diào)節(jié)風機、水泵流量的方法多種多樣,每種方法各具優(yōu)點,有三種是經(jīng)常用到的:(1)交流電動機變頻調(diào)速;(2)在對水泵、風機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)時,采用電磁轉(zhuǎn)差離合器的方式,但是電動機在這種情況下的運轉(zhuǎn)是恒速的;(3)在調(diào)節(jié)風機擋板時,如果采用傳統(tǒng)的機械方法,則可使實現(xiàn)對水泵、導流器的閥門開啟度的調(diào)節(jié)。在節(jié)電率百分比相同的情況下,裝機容量和電節(jié)能會變成最大值,因此,在生產(chǎn)過程中,應廣泛應用高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術,而把變頻調(diào)速應用到大容量壓縮機、水泵和風機上,以達到節(jié)能的目的。
4.2 變頻調(diào)速在風機、水泵節(jié)能中的應用
將流體理論作為基本的出發(fā)點,可以用三次方函數(shù)來表示離心式風機、水泵的軸功率和轉(zhuǎn)速的關系。在研究中表明,滑差后液力調(diào)速的效率會隨著調(diào)速方案效率的變化而降低,當轉(zhuǎn)速下降為50%時,變頻調(diào)速器會呈現(xiàn)出較高的效率,這樣一來,就會發(fā)現(xiàn)一切基本沒有發(fā)生任何變化。所以變頻調(diào)速是所有調(diào)速方案中節(jié)能效果最好的。用一個實際例子來說明,同一臺水泵、風機的轉(zhuǎn)速流量和軸功率都為100%時,將轉(zhuǎn)速流量調(diào)到50%,軸功率也會降到50%。但如果滑差調(diào)到50%,則只需從電網(wǎng)中吸入25%左右的功率;假如通過變頻的方式,將流量降到50%,則只需從電網(wǎng)中吸入10%左右的功率。因此,我們不難發(fā)現(xiàn),變頻調(diào)速具有無可比擬的優(yōu)勢。
在企業(yè)電能總消耗中,電機驅(qū)動耗能占很大比例。我們有理由相信,天然氣、燃煤、石油等燃料的枯竭,很大程度上要歸咎于過度的電力消耗。二氧化氮和二氧化碳的過量排放,會造成嚴重的空氣污染,會對大氣臭氧層造成無法修補的嚴重破壞,對人類的生活造成極為不利的影響。當前,環(huán)境問題日益嚴重,已經(jīng)影響到了人們的日常生活,但隨著人們環(huán)保意識的不斷提高,越來越多的人開始關注環(huán)境問題,并積極投身到環(huán)境保護中來。因此,在企業(yè)的生產(chǎn)過程中,企業(yè)理應廣泛采用變頻調(diào)速節(jié)能技術,這樣不僅有效地節(jié)約了能源,還減少了污染的排放,起到了保護環(huán)境的作用。
綜上所述,泵類、風機等設備的節(jié)能運行通過變頻調(diào)速技術來實現(xiàn),受到國家和政府的普遍重視。通過實踐表明,在泵類和風機設備驅(qū)動控制中運用變頻器能夠收到明顯的節(jié)能效果,是一種可廣泛采用的調(diào)速控制方式。變頻調(diào)速技術有許多優(yōu)點,不僅能夠提高設備的運轉(zhuǎn)效率,而且能夠最大限度滿足企業(yè)對于高效率生產(chǎn)的需求。同時,它還可以切實減少設備的養(yǎng)護和維修費用,有效延長其壽命,可謂一舉多得。在國內(nèi)外,變頻調(diào)速技術已經(jīng)并將持續(xù)受到人們的關注,在我國的經(jīng)濟建設中,其也必會發(fā)揮重要作用。