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变频革速在稳压送水时的环保化运作

   2011-11-01 中国节能网3290
核心提示:  国外的变频器早已有许多专用型,如电梯、车床、造纸机和化纤生产线等。近20年来我国对变频器应用的一大贡献就是把通用变频器通过一些智
  国外的变频器早已有许多专用型,如电梯、车床、造纸机和化纤生产线等。近20年来我国对变频器应用的一大贡献就是把通用变频器通过一些智能控制单元,廉价的用到转炉、起重机、机床、纺丝机、造纸生产线、印染设备及高架旅运车上。近年来又出现了专用变频器,如注塑机和抽油机,以及潜油电泵专用变频系列等产品,填补了国际上的空白。

  交流电动机调速技术不但被工矿企业接受,而且成为电气传动的中枢,达到节电、优质、增产和降耗的目的,节电在10%~70%之间。变频器可以从四个方面节电:

  1)软起动。一般交流电动机的起动电流为电动机标定电流的6~7倍,变频调速起动电流不超过电动机的标定电流;2)节省设计冗余。一般都按照使用时的极端条件设计,因而都留有设计冗余,有的余量很大,形成大马拉小车,变频调速则可把这部份冗余节省下来;3)调速节电。按流体力学原理,轴功率正比速度、转速下降,轴功率变小,这是变频调速的主要节电原理;4)功率因数高。一般在0. 95以上,节省无功功率,减轻了变压器的负担。

  变频调速恒压供水的基本原理

  变频恒压供水,一般由压力变送器采样水压信号与系统设定压力值比较后产生输出信号,再经变频器控制水泵电机转速,实现恒压供水。水泵转动的越快,产生的水压越高,才能将水输送到远处或较高的楼层。

  常用的恒压供水的方法

  交流变频器为水泵转速的平滑连续调节提供了方便。变频调速加压供水,既省掉了高层蓄水池建筑,又减小了水泵容量,从而节约了电能。交流变频器是改变交流电源频率的电力电子设备。输入三相工频交流电后,可以输出频率平滑变化的三相交流电。变频器的一个模拟输入通道用于频率设定输入,接收速度给定信号,控制输出频率,调节电机转速。变频调速技术具有调速方便、节能、运行可靠的优点。

  恒压供水泵站一般需设多台水泵及电机,这比设单台水泵及电机节能又可靠。配单台电机及水泵时,其功率必须足够大,在用水量少时开一台大电机肯定是浪费的,电机选小了用水量大时供水会不足。而且水泵与电机都有维修的时候,备用泵是必要的。恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定,水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化,这就要用变频器为水泵电机供电。这也有两种配置方案,一是为每台水泵电机配一台变频器,电机与变频器间不须切换,但购变频器的费用较高。另一种方案是数台电机配一台变频器,变频器与电机间可以切换,供水运行时,一台水泵变频运行,其余水泵工频运行,以满足不同用水量的需求。

  变频调速的节能作用

  1)水泵是自来水行业的主要用电设备。作为缺水耗电的行业,采用变频调速技术将为自来水行业节电节水带来了生机。

  建筑给水泵绝大多数是用三相异步电动机驱动的,变频水泵就是通过变频供电的水泵。在额定工作点,逆变器供电下的异步电机效率比普通电机高2%~3% ,功率损失是最小的,故节能效果显著。变频调速技术的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系,交流电动机的同步转速N 1 = 60f 1 / P式中N 1为同步转速, f 1为定子频率, P为电机的磁对数。而异步电动机转速N = N 1( 1―s) = 60f 1 / P( 1―s)式中s为异步电机转差率, s= ( N 1 - N ) / N 1,一般小于3%.

  改变频率就可方便地改变电机运行速度。电动机转速变慢,轴功率就相应减少,这就是水泵变频调速的节能作用。

  2)经济效益分析

  变量泵的功率N 1,供水量Q 1与泵转速n 1三者的关系如下式N 1 / N = ( n 1 / n)3 Q 1 / Q = n 1 / n式中Q―额定流量, Q 1〈Q; N―额定流量Q时的轴功率, N 1〈N ; n―水泵的额定转速。

  在运行过程中其转速是由外供水量决定的,故系统在运行过程中可节约可观的电能,实践证明,使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20% ,从而大大降低能耗,节能效率可达20%~40%.其经济效益是十分明显的,最终达到节能的目的。

  3)因实现恒压自动控制不需要操作人员频繁操作,降低了劳动强度,节省了人力。

  4)由于变量泵工作在变频工况,其出口流量小于额定流量时,泵转速降低,减少了轴承的磨损和发热,延长泵和电动机的机械使用寿命。节省了设备的维护费用。

  5)功率因数补偿节能由公式P= S×cos , Q= S×sin ,可知cos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作用, cos≈1,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。

  6)由于其节能效果明显,所以系统收回投资快,产生的社会效益也是非常巨大。

  7)恒压供水技术因采用变频器改变电机电源频率而达到调节水泵转速改变水泵出口压力,与靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式相比,具有降低管道阻力和减少截流损失的效能。

  综上所述,变频调速技术,可使水泵运行的转速随流量的变化而变化,既可省掉高层蓄水池建筑,又减小了水泵容量,最终达到节能的目的。如果采用降低电机转速的方式进行控制,就避免了消耗在阀门的有功功率。这样,在转运同样流量的情况下,仅需要输入较低的功率,获得节能效果。

  发展

  变频调速恒压供水系统在逐步完善的发展过程中,由早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替。因为变频恒压供水节能的效果主要取决于用水流量的变化情况及水泵的合理选配,为了使变频恒压供水具有优良的节能效果,变频恒压供水宜采用多泵并联的供水模式。在变频恒压变量供水当中,变频泵的流量是变化的,当变频泵是各并联泵中最大时,即可保证多泵并联恒压供水,在设计上可做到在恒压条件下工频泵的效率不变(因工况不变) ,并使其处于高效率区工作,变频泵的流量是变化的,其工作效率随流量而改变。因为采用多泵并联恒压供水,变频泵的功率降低,从而可以降低系统的能耗,改善节能状况。

  多泵并联变频恒压变量供水的工作模式通常是这样的:当用水流量小于一台泵在工频恒压条件下的流量,由一台变频泵调速恒压供水;当用水流量增大,变频泵的转速自动上升;当变频泵的转速上升到工频转速,为用水流量进一步增大,由变频供水控制器控制,自动启动一台工频泵投入,该工频泵提供的流量是恒定的(工频转速恒压下的流量) ,其余各并联工频泵按相同的原理投入。在多泵并联变频恒压变量的供水情况下,当用水流量下降,变频调速泵的转速下降;当频率下降到零流量的时候,变频供水控制器发出一个指令,自动关闭一台工频泵使之超出并联供水。为了减少工频泵自动投入或超出时的冲击,水变频控制器控制。
 
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