变频调速的节能意义.docx

变频调速的节能意义风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中 大部分时间并非工作于满负荷状态，由于交流电机调速很困难常用 挡风板、回流阀或开/停机时间，来调节风量或流量，同时大电机在 工频状态下频繁开/停比较困难，电力冲击较大，势必造成电能损耗 和开/停机时的电流冲击采用变频器直接控制风机、泵类负载是一 种最科学的控制方法，当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消 耗的功率为额定功率的（80%） 3,即51.2%,去除机械损耗电机铜、 铁损等影响节能效率也接近40%,同时也可以实现闭环恒压控制， 节能效率将进一步提高由于变频器可实现大的电动机的软停、软起, 避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时 也降低了对电网的容量要求和无功损耗为达到节能目的推广使用变 频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点一、工业锅炉燃烧过程的变频调速系统工业锅炉根据采用的燃料不同，通常分为燃煤、燃油和燃气三种 这三种锅炉的燃烧过程控制系统基本相同，只是燃料量的调节手段有 所区别.在各种民用、工业锅炉热工自动控制过程中，锅炉燃烧过程 的自动控制是一项重要的控制内容传统的控制方式中，鼓、引风机 的风量一般采用风门挡板控制，炉排电机及给粉机采用滑差调速，其 弊端是调节不及时，操作复杂，不能确保锅炉的最佳运行状态，浪费 能源。

对工业锅炉燃烧过程实现变频器调速主要是通过变频器调节送 风机的送风量、引风机的引风量和燃料进给.图2阀门位置与压力流量关系图二、 阀门特性及变频调速节能原理阀门的开启角度与管网压力，流量的关系示意图如图当电机以额 定转速nO运行，阀门角度以aO （全开）,a, al变化时管道压力与 流量只能是沿A, B, C,点变化即若想减小管道流量到Q1,则必须 减小阀门开度到al,这使得阀前压力由原来的P0提高到Pq,实现调 速控制后，阀后压力由原来的P0降到Ph阀前阀后存在一个较大的 压差△ P=Pq-Pho如果让阀门全开（开度为aO）,采用变频调速，使 风机转速至nl,且流量等于Q1,压力等于Ph,那么在工艺上则与阀门 调节一样，达到燃烧控制的要求而在电机的功耗上则大不一样风 机水泵的轴功率与流量和扬程或压力的成绩成正比在流量为Q1,用 阀门节流时,令电动机的功率为Nf=KPhQlo 用变频调速比阀门节流节省的电能为：Nj-Nf=K （Pq-Ph） Q1=Q1APO由图可见，流量越低，阀门前后以来差越大，也就是说用变频调速在 流量小，转速低时，节能效果更好目前绝大多数锅炉燃烧控制系统 中的风量调节都是通过调节风门挡板实现的，这种风量调节方式不但 使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板上。

为了节约电能, 提高锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用变频调速系统取代低效 高能耗的风门挡板，已成为各锅炉使用单位节能改造的重点三、 节能效果计算一、 锅炉现有鼓风机一台，配用160kw电机，风量在80%—30%之间 变化，，设电机全速供水量为Qn空载损耗为0. l(YORcosnt)每天总 供风量为60%Qn 则全速Pp= (160-160X0. l)kw=144kw1、 变频时：每天只需功率P m 2= (16+(60%)3 X144)kw=47kw节约的功率:Pj= (144—47)kw=97kw2、 如果电费按0.7元/kw小时计算，每年节约的电费：97kwX24hX365X0. 7 元/kwh=594804 元=59 万元二、 锅炉现有引风机一台，配用185kw电机，风量在90%—70%之间 变化，，设电机全速供水量为Qn空载损耗为0. l(YORcosnt)每天总供风量为80%Qn 则全速Pp= (185-185X0. l)kw=166. 5kw1、 变频时：每天只需功率P m 2= (18. 5+ (80%) 3 X 166. 5) kw=103. 748kw节约的功率:Pj=(166. 5-103. 748)kw=63kw2、 如果电费按0.7元/kw小时计算、每年节约的电费：63kwX24hX365X0. 7 元/kwh=386316 元二38 万元三、 每年总节约的电费：59 + 38=97万元由以上估算情况可知，半年内轻易可收回投资四、 新的锅炉燃烧控制系统新的锅炉燃烧控制系统只是将原系统的阀门开度控制信号转接到变 频器上，改造的工程量很小，但带来的好处是多方面的。

首先是执行 机构，包括变频器、风机、电机的线性度大大改善了，因为变频器输 出的是频率，即速度控制信号，而风机的风量是与速度成正比的，其 次执行机构的反应时间比阀门要快，且是由变频器编程设定的，这两 点都有利于控制精度的提高和系统的稳定性系统的最大的优点正如 上面讨论的那样，大大节约了风机消耗的电能，降低了锅炉生产的成 本四、该方案优点：1. 采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障 率，节电效果显著；2. 采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用 寿命，避免了对电网的冲击；3. 电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；；4 .具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光 报警功能；5 ..本方案运转状态灵活多样，可完全实现自动控制，且可与锅炉 其它自控装置进行电气联锁，实现锅炉的自动保护及计算机控制不 会因事故影响生产6, 安装时可不破坏原有的配电设施及环境不影响生产7, 只需调节电位器旋钮即可调整风量，操作方便.图一、变频器安装接线图（带软启动备用电源）变频器原理介绍简介：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电 源变换为另一频率的电能控制装置。

我们现在使用的变频器主要 采用交一直一交方式（VVVF变频或矢量控制变频）,先把工频 交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成 频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机变频器的电路一 般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成整流部分 为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器， 且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功 功率变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换 为另一频率的电能控制装置o我们现在使用的变频器主要采用交 一直一交方式（VVVF变频或矢量控制变频）,先把工频交流电 源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、 电压均可控制的交流电源以供给电动机变频器的电路一般由整 流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成整流部分为三相 桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出 为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率变频器选型：变频器选型时要确定以下几点：1） 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等2） 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负 载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

3）变频器与负载的匹配问题；I. 电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的 额定电流相符对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能 参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力III. 转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可 能发生4） 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小, 高次谐波增加导致输出电流值增大因此用于高速电机的变频器 的选型，其容量要稍大于普通电机的选型5） 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电 缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况 下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗 器6） 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引 起变频器的降容，变频器容量要放大一挡变频器控制原理图设计：1）首先确认变频器的安装环境；I.工作温度变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工 作温度的影响，产品一般要求为0〜55°C,但为了保证工作安全、 可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40°C以下在控制 箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中 的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器 的底部安装。

II. 环境温度温度太高且温度变化较大时，变频器内部易 出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事 故必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器在水处理间，一 般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出III. 腐蚀性气体使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会 腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老 化，降低绝缘性能IV. 振动和冲击装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击 时，会引起电气接触不良淮安热电就出现这样的问题这时除 了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗 震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件设 备运行一段时间后，应对其进行检查和维护V. 电磁波干扰变频器在工作中由于整流和变频，周围产 生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有 一定的干扰因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳， 屏蔽变频器对仪表的干扰所有的元器件均应可靠接地，除此之 外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆， 且屏蔽层应接地如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无 法工作，导致控制单元失灵或损坏2）变频器和电机的距离确定电缆和布线方法；I.变频器和电机的距离应该尽量的短。

这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源II. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从 变频器到电机全部用穿线管屏蔽III. 电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为5 0 0 mmo同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才 能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰如果控制电 缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按9 0度角交叉与变频器 有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要 如此IV. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力 电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或 遵从变频器的用户手册3）变频器控制原理图；I.主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过 电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据 变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变 频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的 距离较远时，应该安装滤波器虽然变频器本身有各种保护功能, 但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保 护，选型时可按照变频器的容量进行选择可以用变频器本身的 过载保护代替热继电器。

II. 控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现 故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变 频要有互锁4）变频器的接地；变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手 段变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不 小于4mm,长度不超过5mo变频器的接地应和动力设备的接地点 分开，不能共地信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另 一端浮空变频器与控制柜之间电气相通变频器控制柜设计：变频器应该安装在控制柜内部，控制柜在设计时要注意以下 问题1）散热问题：变频器的发热是由内部的损耗产生的在变 频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%,控制电路占 2%o为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热我们 通常采用风扇散热；变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散 热带走，若。