变频节能技术应用研究

变频节能技术应用研究（精选十篇）

变频节能技术应用研究 篇1

1 变频电动机的设计特点

1．1电磁设计

变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下：

(1) 尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增。

(2) 为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

(3) 变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

1．2结构设计

在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：

(1) 绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

(2) 对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。

(3) 冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

(4) 防止轴电流措施，对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。

(5) 对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。

2 抽油机专用变频器工作原理

根据抽油机是交变工作载荷的特点，抽油机专用变频器内置了专用的运动控制程序。抽油机专用变频器，可以根据油井的实际情况，由操作设置油井工作参数和工作方式，经过运算处理后，变频器自行调整抽油井工作制度，改变抽油机的冲程频次，达到上、下冲程间的平稳过渡。变频器本身具有抽油机所需的各种保护功能及相应的放电回馈电路，而且风机可以有温度自动控制，也节约相应的能源消耗。

针对抽油机载荷的特殊性和野外工作特点，按照严格的工业标准设计把制动电路、回馈电路、无线滤波器、线路电抗器和防雷击装置集成到专用变频器中，增强整机的可靠性。

3 抽油机专用变频器改进后的功能介绍

一种改进后的抽油机专用变频节能控制装置，其主要作用是将抽油机所急需的6个方面的重要功能有机结合为一体，再附之以常规的电机保护功能，不仅功能完善，而且可以有效的降低成本。这6个方面的功能包括：

(1)负载动态跟踪优化控制，节电效果显著。针对抽油机"大马拉小车"而带来的功率因数和效率很低的问题，通过实时检测抽油机的负载状况和特定的动态跟踪优化控制算法，改善电机的工作状态，提高工作效率，实现抽油机节能的动态跟踪控制。

(2)上、下冲程自动变频切换和恒频设定两种模式选择，增产效果明显。为了提高采收率，根据现场的实际需要，既可以采用抽油机上、下冲程速度的变频独立控制自动切换模式，实现抽油机光杆的快提慢放或者慢提快放，也可以通过键盘设定选择普通的恒频设定控制模式。

(3)不平衡馈能处理简捷可靠。吸收抽油机电机在倒发电期间所产生的不平衡馈能，抑制和防止这部分电能被馈入电网，从而避免对电网的扰动冲击影响。

(4)抽油机的软启停控制。实现抽油机电机的软起动和软停止控制，既可以减小起动电流，又能加大起到转矩，降低抽油机对驱动电机额定容量的较高要求。

(5)提高抽油机的网侧功率因数。

(6)方便灵活的变频/工频运行方式的自动和手动切换控制功能。

4 结语

变频器具有软起、停功能，减少了对抽油机杆的机械冲击，保护了电机及机械设备，减少维修量，变频器对过压、欠压、过载、短路及电路失速都能可靠地保护。总之，变频控制技术在抽油机上应用，对抽油生产设备来说是一个很大进步，它从根本上改变了抽油机的运动特性和动力特性，使抽油机—抽油杆—抽油泵达到动态协调，使有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调。抽油机应用变频器，即可以提高工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备，其应用前景是十分广泛的。在能源日益紧张的今天，相信变频器在抽油机这方面可以大有作为的。

参考文献

[1]周佳胜.变频调速器在油田设备上的应用[J].变频器世界, 2003.

中央空调变频节能技术 篇2

由于中央空调主要设备是风机水泵，所以节能最佳方法就是采用变频器，目前大多数中间空调还采用以往旧的控制方式，即：通过改变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调节温度的目的。

该调节方式缺点集中表现为如下几点：

●设备长时间全开或全闭，轮流运行，浪费电能惊人。

●电机直接工频启动，冲击电流大，严重影响设备使用寿命。

●温控效果不佳。当环境或冷热负荷发生变化时，只能通过增减冷热水泵的数量或使用挡风板来调节室内温度，温度波动大，舒适感差。

中央空调采用变频器后有如下优点：

●变频器可软启动电机，大大减小冲击电流，降低电机轴承磨损，延长轴承寿命。

●调节水泵风机流量、压力可直接通过更改变频器的运行频率来完

成，可减少或取消挡板、阀门。

●系统耗电大大下降，噪声减小。

●若采用温度闭环控制方式，系统可通过检测环境温度，自动调节风量，随天气、热负荷的变化自动调节，温度变化小，调节迅速。

●系统可通过现场总线与中央控制室联网，实现集中远程监控。

二、供水系统变频节能改造

无论是溴化锂机组或电制冷(氟利昂)机组的中央空调系统，主机自身的能量消耗有机组控制，机外的电力消耗组不能控制，而这部分的成本是相当高的，却通常被人忽视了。尤其是溴化锂机组，在额定状态制冷运用行时，机外水泵、冷却塔的电机耗电量约占总体能源消耗成本的30%(以每公斤油2元、每度电1元计算)。无论从环境保护角度还是用户切身利益角度，都应将中央空调系统设计成最节能的系统。采用变频器来控制机外水泵电机、冷却塔电机是最简单、最有效的节能措施。一般情况节电20%~50%，每年可节省机组及系统总运行费用的12%~20%，十分惊人。

1、冷却水泵变频控制

中央空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。从我公司对中央空调的变频节能改造得出以下的数据，其冷却水泵、冷温水泵在低流量运行时，可以大幅度节省电力，尤其针对直燃机冷却水流量曲线的特点，采用变频控制，意义更大，从远大BZ型直燃机中央空调系统采用海利普变频器控制水泵测试数据为例：

当制冷量75%时，机组所需冷却水流量34%，水泵电耗约20%;

当制冷量50%时，机组所需冷却水流量22%，水泵电耗约15%。

2、冷温水泵变频控制

中央空调的冷媒水泵的功率是根据空调满负荷工作设计的，当宾馆、酒店、大厦需要的冷量或热量没有达到空调的满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷媒水的循环速度，使冷量和热量得到充分利用，从而达到节能目的。如果制冷、采暖共用一台水泵，则冬季水泵流量只需50%，自然可大大节省电力;即使是冬夏分泵运行，也可在低负荷季节适当降低流量，如90%流量时，电耗约75%。

3、冷却塔风机变频控制

风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制能极大地有助于冷却水恒温，这对于机组制冷恒温极为关键;且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度的节省燃料。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围的影响。

4、采用变频器的其他益处

由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网的冲击。并可避免电机因过载而引起的故障。

由于电机经常处于低负荷运行，能大幅度延长电机及水泵、风机的寿命，同时因没有启动、停止的冲击，加上流量的减少，管路承压及所受冲击力减小，故对管道、阀门、末端设备也起到了保护作用。另一方面，设备噪音、震动均减小，保护了环境。

5、中央空调机组外变频器的控制方式

●根据冷却水出/入口的温度改变水泵转速，调整流量;

●根据冷却水入口温度改变冷却塔风机转速，调整水温;

●根据冷温水出/入口的温差改变水泵转速，调整流量;

●根据冷却水出水的温度改变水泵转速，调整流量;

●根据冷媒水的回水温度改变水泵转速，调节税流量;

三、中央空调末端设备—变风量机组变频控制

变风量机组也是中央空调系统重要的组成部分，其性能指标(风量、冷量、噪音、用电量)的优劣，除了变风量机组本身的性能外，更重要的还取决于控制的模式、控制器的性能、品质。

随着中央空调的不断普及，变风量机组调节控制器已经经历了三个发展阶段：

第一阶段：风阀调节。能起到调节风量的作用，但电能量消耗大、噪音大。

第二阶段：可控硅调压调速。能起到调节风量、冷量、节能的作用，对变风量机组的噪音有一定的改良作用，其缺点是体积大、可靠性稳定性低、故障率高。

第三阶段：变频调节。能最大限度的满足变风量机组对风量、冷量、噪音的调节要求，节能效果更明显，体积小，可靠性稳定性高。

目前，变频控制器以其特有的优势，正被中央空调业内人士所青睐。

中央空调调节冷冻/冷却泵转速的节电原理：

采用交流变频技术控制冷冻/冷却泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的有效途经之一。

泵的负载功率与转速成3次方比例关系，即P∝N3，其中P为功率，N为转速;可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。例如：

A. 当水泵流量下降10%(跟踪输出频率为45Hz)

则电动机轴功率P′=(0.9)3P=0.729P即节电率27.1%

B.当水泵流量下降30%(跟踪输出频率为35Hz)

则电动机轴功率P′=(0.7)3P=0.343即节电率65.7%

当冷水机负荷下降时，所需的水流量减少，通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少水的流量，泵的轴功率相应减少，电动机的输入功率也随之减少。当用冷量增加，冷机负荷量增大，冷凝器进出水温差增大，变频器运行频率增加，水泵转速加快，水流量增加，从而维持温差恒定。反之亦然。从而达到理想的节能效果。

三晶变频器在中央空调上的应用

在我国经济快速发展的大背景下，由于房地产的快速发展需求，中央空调的市场需求呈现强劲的增长趋势。在市场容量不断增大的吸引下，越来越多的厂家加入到商用中央空调的领域。节能技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。

中央空调是现代大厦物业、宾馆、商场不可缺少的设施，它能带给人们四季如春，温馨舒适的每一天，由于中央空调功率大，耗能大，加上设计上存在“大马拉小车”的现象，支付中央空调所用电费是用户一项巨大的开支。因为季节的变化、昼夜的变化、宾馆酒楼客人入住率的变化、娱乐场所开放时间的变化等等，从而导致中央空调系统对室内热源吸收量的变化，再加之工艺设计上电机功率设计有相当的富裕量，因此，存在明显的节电空间。将变频技术引入中央空调系统，保持室内恒温，对其进行的节能改造是降本增效的一条捷径。

中央空调系统

图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：

●冷冻水循环系统

该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成，

从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道(出水)，进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器(回水)。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。

●冷却水循环部分

该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔(出水)，使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器(回水)。

●主机

主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒(制冷剂)等组成，其工作循环过程如下：

首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。

节能理论

●中央空调节能改造前的工况

在中央空调系统设计时，冷冻泵、冷却泵的电机容量是根据建筑物的最大设计热负荷选定的，都留有一定设计余量。由于四季气候及昼夜温差变化，中央空调工作时的热负荷总是不断变化。下图2为一民用建筑物的平均热负荷情况：

如上图所示，该中央空调一年中负荷率在50%以下的时间超过了全部运行时间的50%。通常冷却水管路的设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这说明制冷所需的冷冻水、冷却水流量通常都低于设计流量，这样就形成了中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。

在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。

中央空调水泵电机的耗电量约占中央空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。

●节能理论根据

由流体力学理论可知，离心式流体传输设备(如离心式水泵、风机等)的输出流量Q与其转速n成正比;输出压力P(扬程)与其转速n的平方成正比;输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：

Q=K1 × nP=K2 × n2

N=Q × P=K3 × n3(K1、K2、K3为比例常数)

由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3=0.512。

实践证明，在中央空调系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节及回流方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30%以上。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。

节能方案分析

中央空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。

●冷冻水循环系统

冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。

●冷却水循环系统

冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度;相应的，温差小则减小冷却泵转速。

●方案结构示意图根据上述分析，可得出整个节能工程结构示意图如图3所示：

由上图，该节能方案的基本思路为：

分别在主机蒸发器回水处、冷凝器出水及回水处安装温度传感器，实时检测管网的温度，以模拟信号(0~10V或者4~20mA)反馈给变频器，通过变频器内置的PID运算输出相应的频率指令后自动调节水泵转速，从而调节各循环水的热交换速度，最终实现对室内恒温度的控制。需要特别说明的是，变频器内部在设计上集成了温差反馈处理功能，系统无须另配专用控制模块。

●电路控制方案

某公司LG中央空调机组数据如下表：

机组

机型

常用数量

备用数量

总计数量

中央

空调

冷冻泵电机

45KW(380V)

2台

1台

3台

冷却泵电机

75KW(380V)

2台

1台

3台

三台水泵中，春秋季节只用一台，备用两台;夏季高峰时常用两台，一台备用。

要求：一台变频运行，且可以通过人工方式进行切换，其他可通过人工方式直接启动到工频运行。

设计：3台水泵电机选配1台变频器。工作时可选择任意一台水泵做主泵、由变频器直接拖动并且变频运行(由内置PID进行闭环控制);其余两台水泵做辅泵、由人工依据制冷特点相应进行启停控制，使电机工频运行。如下图所示：

该方案使用SAJ8000系列通用变频器，“市电”“节电”旁路需要另配电控柜及电气配件。

图为LG中央空调机组

●变频节能系统特点

1、变频器界面为LED显示，监控参数丰富;键盘布局简洁、操作方便;

2、变频器有过流、过载、过压、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保护供水系统的正常运作;

3、加装变频器后，电机具有软启动及无极调速功能，可使水泵和电机的机械磨损大为降低，延长管组寿命;

4、变频器内部装有大容量滤波电容，可有效提高用电设备的功率因数;

5、该系统实现了对温度的PID闭环调节，室内温度变化平稳，人体感觉舒适。

总结

煤矿机电设备变频节能技术研究 篇3

【关键词】变频;煤矿机电;应用

变频技术具有良好的节能效果和平缓的机械调节功能，在我国矿山机电设备中得到了越来越广泛的应用。本文简单介绍了变频技术的发展情况，并通过变频器在机械动力负荷设备中的应用实例，介绍了变频技术在我国煤矿大型机电设备中的应用，最后就变频技术在煤矿机电设备中的应用做了应用展望。

１．变频技术的发展情况

随着电力电子技术和控制理论的进步，变频技术在理论和应用方面取得了较快的发展。在功率器件方面，经过了GTR、IGBT的更替，并进一步发展为智能功率模块（IPM）；在控制理论方面，压频比（U1/f）控制方式得到很大改进，矢量控制和转矩直接控制方式在实际变频器中广泛应用，模糊自优化控制、人工神经网络等控制方法成为新技术的研发方向；调速系统的集成度越来越高，从单片机开始，先后产生了数字信号处理器（DPS），精简指令集计算机（RISC），出现的高级专用集成电路（ASIC）；在功能方面，变频器的综合化越来越高，除了能完成基本的调速功能外，具有内置的可编程序、参数辨识及通信等功能。

2.变频调速原理

利用电力半导体器件的通断作用把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的电能控制装置称作“变频器”。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。变频器主要采用交—直—交方式，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（脉冲宽度调制）波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。

3.交流四象限变频器在煤矿机电设备中的应用

采掘设备的大坡度工作环境，提升机、输送机、电铲等机电设备的频繁调速、起停，要求变频器能四象限工作。四象限变频器将整流电路由原来的全波整流桥改为由IPM（智能功率模块）构成的可控整流桥，当电机处于电动状态时，四象限变频器的控制与两象限变频器的工作是完全一样的，当电机处于发电状态时，四象限变频器中原来的逆变电路将作为整流电路工作，而原来的整流电路则作为逆变电路工作，达到将电机产生的电量回馈到电网的目的。

3.1在采煤机中的应用

目前，采煤机变频调速系统已从“一拖二”发展到“一拖一”，我国能量回馈型四象限运行的交流变频调速采煤技术处于世界领先水平，国产电牵引采煤机行走功率最大2×110KW，变频器电压380V，能够实现额定转速下恒定转矩调速，额定转速以上恒定功率调速及两台变频器之间的主从控制和转矩平衡。太原矿山机器集团生产的MGTY300/730-1.1D电牵引采煤机使用了回馈制动的四象限变频器，在开滦集团范各庄矿进行了应用，采区的倾角为12°～18°，局部达到25°～30°，从现场运行情况来看，四象限变频器调速电牵引采煤机对大倾角工作面能较大范围内调节制动力矩，维持牵引速度基本不变，机器没有发生下滑跑车的现象，结构简单、控制灵活、操作方便、速度调节可靠。

3.2采煤机的控制

3.2.1采煤机的操作控制

采煤机启动和停机，借用动力电缆一根控制芯线，使采煤机的控制回路与磁力启动器先导回路相接，组成远地控制回路。采煤机送电后左截割电机和泵电机运行、牵引变压器得电输出400V交流电供给交流变频调速电控装置。经过顺槽磁力启动器延时5～7秒后，右截割电机运行。停机有五处：分别为左右端头站的总停、左右遥控器的总停、变频器箱盖板上的总停按钮1S2。在启动回路里串进了两截割电机和泵电机的温度接点。瓦斯接点接进PLC中与其它故障一起通过自保接点接进启动回路里。无论哪台电机的温度超限或瓦斯浓度超限，均可通过这些接点断开启动回路。从而切断采煤机的电源。

3.2.2运输机控制

按下1S3（安装在变频器腔盖板上），即可在采煤机上控制运输机的停机（只控制停机，不控制启动）。采煤机检修时运输机应闭锁。

3.2.3电磁阀控制

采煤机上所用的电磁阀全部为隔爆电磁阀。共有五个电磁阀，分别控制采煤机左、右摇臂的升降，控制牵引电机制动闸的松闸和抱闸。通过左右端头站和左右遥控器上的上行、下行或手动可实现左右摇臂的升降。通过PLC中的程序控制制动闸松闸或抱闸。左、右端头站，遥控器上的操作通过控制盒转换隔离之后，进入PLC。

3.2.4牵引控制

交流电牵引采煤机牵引机构由左、右牵引部和左、右行走箱组成，位于机身的左右两端，是采煤机行走的动力传动机构。左、右两个牵引部内各有一台用于采煤机牵引的交流牵引电动机，牵引电机的供电拖动由两台交流变频调速电控装置提供，通过变频器改变供电电压、频率，从而改变牵引电机的转速，即改变采煤机的牵引速度。两台变频器分为主、从变频器。主变频器设置为速度给定，从变频器设置为转矩给定。主变频器由PLC给出速度给定，从变频器以主变频器的转矩输出作为其转矩给定。即主变频器由速度和转矩环控制，从变频器仅由转矩环控制。从变频器跟随主变频器动作。

3.2.5单牵引

每个牵引部设有齿式离合器，当变频器或所驱动的牵引部出现故障时，左右变频器均可方便進行单牵引。

4.变频技术在矿山机电设备的应用展望

变频技术在矿山机电设备中应用越来越多，但应用还不普及，变频技术在我国矿山机电设备中还有很大的发展空间。

4.1推广面较广，矿山中大小机电设备种类繁多，能解决好变频器与这些设备的匹配问题，就能得到更广泛的推广。

4.2需求量很大，我国矿山基数大，在机电设备的改造中必然需要大量的变频器，会极大推动变频技术在矿山的发展。

4.3专业化可以加强，矿山有很多特殊工作环境，如井下工作等，需要具有特殊功能的专业变频器配置这些装备。

4.4多功能、网络化的更新。电子技术日新月异，矿山改造过程中对变频器的使用和控制也会呈现多功能的趋势，对变频器的控制也会成为矿山网络化管理中的一个重要环节。■

【参考文献】

［１］李良仁.变频调速技术与应用[M].电子工业出版社，2004.

［２］韩安容.通用变频器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

变频节能技术应用研究 篇4

电能是油田生产的重要动力,随着油田油气勘探开发的深入,用电量将不断增大。其中,抽油机是油田耗电大户,其用电量约占油田总用电量的40%,且总体效率很低,造成油井开采的电费成本居高不下,能源浪费十分严重。因此,减少电能在抽油机上的耗费,提高电能的利用效率,对于保证油田正常生产,提高油田经济效益有着十分重要的意义。随着节能工作的深入,目前已有近30%的油井使用了节能设备,如各种节能型抽油机、节能型电机以及节能配电箱。这样,在保证生产的前提下,既合理使用了能源,又最大限度地节约了能源,取得了很好的经济效益。目前,我国抽油机的保有量在10万台以上,电动机装机总容量在3 500兆瓦,每年耗电量逾百亿千瓦时。抽油机的运行效率特别低,在我国平均效率为25.96%[1],而国外平均水平为30.05%,年节能潜力可达几十亿千瓦时。

1 常规节能方法及其局限性

不考虑节能变压器的话,目前油田针对抽油机节能的技术主要有两个大方向[2],一类是开发不同类型的抽油机节能电机,另一类是使用节电配电柜,下面对其进行简要的分析比较。

1.1 抽油机节能电机

(1)超高速转差率电机

在我国利用超高转差率电机的节电效果并没有欧美国家那么好,主要原因是,使用超高转差率电机节能,对象必须是振动载荷大的油井。其次,电机转差率不可过高,抽油机本身就限制了超高转差率电机的应用范围。

(2)永磁同步电机

永磁同步电机其自身效率和功率因数都优于一般异步电动机,但其缺点也十分明显,自身没有消减振动载荷的能力,反而会增大对减速箱齿轮的冲击损害,此外转子级数已定,不能适用调参的需要实行变极调速。

(3)双定子电机

双定子电机自身有两部分定子,起动时集成两部分的合力矩以加大起动力矩,待起动完成后切除一部分,留下另一部分继续运行,以适应低负荷时以低功率来匹配达到节能目的。但其缺点则是制造难度大,制造成本增加。

(4)电磁调速电机

在抽油机既定的负载条件下,通过改变其绕组结构对电机进行改型设计,当重新运行到原抽油机上时,电机运行在高效区,从而达到节能目的。

1.2 节能配电柜

(1)重、轻载△/Y自动切换节能

若电机重、轻载交替工作,可采用△/Y自动切换。由△接法改为Y接法后,其相电压降低为原来的undefined。此时电动机的额定功率也变为△接法时的1/3。如果△接法时的负载系数为33%,则改为Y接法时的负载系数将变为100%,其功率因数明显改善[3],节能效果也将大大提高,但其要求电压值变动是一定的,不能适应各种负载的需要。

(2)电容器无功补偿

电动机并联入适当电容值的电容器投入后,感性负荷所需的无功功率可由容性负荷提供,功率因数也提高了,减小了起动电压降,也减小了无功损耗,还可以提高设备的有功功率、降低功率损耗和电能损失。

(3)可控硅调压

双向晶闸管可以实现定子电压随负载变化进行连续的调节,因而明显提高了电机的功率因数,节能效果较好。但是,电源电流波形发生了畸变,对电网谐波造成了严重污染[4]。另外,可控硅可靠性不高,结构复杂,成本高,也是其不适用于油田的主要原因。

(4)液态电阻软启动

在起动过程中,将可变电阻串入定子,实现限流,在起动完成后将它短接。在定子回路中串入电液变阻起动器的三相电阻,其中QF1为主机运行断路器,Qs为隔离开关,QF2为星点短接断路器,Rs为电液变阻起动器。优点成本低,易于维护,工作环境要求不高。缺点则是体积大,占地面积大。其系统如图1,图2所示:

(5)抽油机专用变频电源

采用基于双PWM变频电路的电源系统,实现电能的双向流动[5],根据此原理可将电机功率因数提高到1,其节能效率可达15%。但其缺陷是设备

成本较高,控制系统复杂,在油田的恶劣环境下工作,其可靠性防盗等都成问题。

2 变频技术在油田的应用状况与分析

2.1 变频技术应用现状及优势

目前,在我国油田采用的抽油设备中,以游梁式抽油机最为普遍,数量也最多,同时也存在着一些问题。一方面,游梁式抽油机运动为反复上下提升[6],一个冲程提升一次,当滑块提升时,将采油机杆送入井中;滑块下降时,采油杆提出带油至井口,由于电动机转速一定,滑块下降过程中,负荷减轻,电动机拖动产生的能量无法被负载吸引,势必会寻找能量消耗的渠道,导致电动机进入再生发电状态,将多余能量反馈到电网,引起主回路母线电压升高,导致电网供电质量下降,功率因数降低的危险;频繁的高压冲击会损坏电动机,造成生产效率降低、维护量加大,极不利于抽油设备的节能降耗。另一方面,油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其独特的运行特点:在油井开采前期储油量大,供液足,为提高功效可采用工频运行,保证较高产油量;在中后期,由于石油储量减少,易造成供液不足,电动机若仍工频运行,势必浪费电能,造成不必要损耗,这时须考虑实际工作情况,适当降低电动机转速,减少冲程,有效提高充盈率。

交流变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施,这主要得益于其优良的节能特性和调速特性。油田作为一个特殊行业,有其独特的背景,以风机、泵类负载为主,因而决定了变频器在油田中的应用应以节能为第一目标。目前,对游梁式抽油机的交流变频调速技术改造主要有以下两个方面[7]:一方面是以提高电网质量,减小对电网影响为目标的变频改造。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合,为避免电网质量的下降,需引入变频控制,其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。另一方面是以节能为第一目标的变频改造,这点较为普遍。一方面,油田抽油机为克服大的起动转矩,采用的电动机远远大于实际所需功率,工作时电动机利用率一般为20%~30%,最高不会超过50%,电动机常处于轻载状态,造成资源浪费。另一方面,抽油机工作情况的连续变化,取决于地底下的状态,若始终处于工频运行,也会造成电能浪费。为了节能,提高电动机工作效率,需进行变频改造。

2.2 变频技术节能原理

三相交流电动机定子绕组中的三相交流电在定子气隙圆周上产生一个旋转磁场,这个旋转磁场的转速称同步转速,记为n1实际电动机转速n要低于同步转速,故一般称这样的三相交流电动机为三相异步电动机。

异步电动机的同步转速遵从电机学基本关系[8]

n1=60f/p (1)

式中 f——电源交变频率;

p——电机定子磁极对数。

电机学中还常用转差率s参量,其定义为

s=n1-n/n1·100% (2)

电机的实际转速n=(60f/p)(1-s) (3)

由式( 3) 可知,异步电动机变频调速的控制方式基本上有以下三种:

电源频率低于工频范围调节,电源的工频频率在我国为50 Hz。电机定子绕组内的感应电动势为

E1=4.44f1K1N1φ (4)

式中 f1——定子绕组中感应电动势的频率,与电源频率f相等;

K1——电机定子绕组的绕组系数;其值取决于绕组结构,K1<1;

N1——电机定子绕组每相串联的线圈匝数;

φ——电机每极磁通。

定子电压U′1与定子绕组感应电动势E′1的关系为

U′1=E′1+I′1Z′1 (5)

式中 Z1——定子绕组每组阻抗;

I′1——定子绕组相电流。

若忽略定子压降I1Z1,则

U1≈4.44f1K1N1φ (6)

把该式整理成 U1=4.44f1K1N1φ (7)

K=4.44K1N1 (8)

则 φ=U1/Kf1 (9)

电动机的电磁转矩M与(U1/f1)2成正比,若下调频率f1,同时也下调U1,使(U1/f1)比值保持恒量,则磁通φ不变,因此转矩也保持常值,此时电动机拖动负载的能力不发生改变,这种控制方式称为恒磁通调压调频调速[9],也叫恒转矩调速。

电源频率高于工频范围调节由于使频率f1增加,U1/f1变小,而U1不能高于额定电压,在该控制方式中,保持U1不变,由于频率变高,由式( 9) 知道,定子磁通φ变小,电磁转矩M也变小,但电源频率增加,设电动机转动角速度,电机的功率是电磁转矩M与角速度ω的乘积:

P=M·ω (10)

调节过程中,使频率f与转矩的变化成一定协调关系,从而保持电机功率P为恒量,即功率不发生变化,这种升频定压调速为恒功率调速。

转差频率控制三相异步电动机中,定子与转子之间的圆周空隙有一旋转磁场,转速n1,电机转子实际转速为n,(n1-n)是转子与旋转磁场之间的相对切割速度。对频率、电压进行谐调控制,使U1/f1不变,此时,磁通φ也不变,在φ不变的条件下,电磁转矩M与(n1-n)2成正比。对频率f进行调节,即调节(n1-n),因此,实现转速调节时也实现了转矩的调节。

2.3 变频技术在抽油机节能应用上存在的问题

变频控制技术在抽油机上应用,对抽油生产设备来说是一个很大进步,它从根本上改变了抽油机的运动特性和动力特性,使抽油机、抽油杆、抽油泵达到动态协调,使有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调[10]。但自90年代初期至今,变频控制技术在抽油生产设备上并未获得较大规模推广,影响的因素较多,主要有以下几方面:

(1)倒发电现象:抽油杆下落时电机转子超过电机同步转速时(曲柄净扭矩为负),交流电机变成交流发电机,引起主回路母线电压的升高,称为“泵升电压”,过高的泵升电压使变压器不能正常工作。

(2)缺少集中控制和管理:油田变频调速技术主要针对单井设计,所以每一口井都要配备变频器和回馈单元,造价太高,各抽油机控制器之间相互独立,缺乏信息共享和集中管理。

(3)可靠性问题:抽油机的工作环境往往十分恶劣,如何让忌讳风沙雨水的电力电子器件在野外可靠运行是必须解决的问题。任何新型控制装置的推广都必须经过大量和反复的现场试验,而高故障率和返修率是目前油田对此类先进技术的应用望而却步的重要原因。

(4)节能方面的应用有待发展:目前变频器在油田的应用,主要是用于抽油机软启动、调速、调冲次等控制方面,反而缺乏以节能为主的应用。合理的利用变频器,深入研究其控制策略,实现实时的软特性控制,除完成上述功能外,不但可以比传统方式达到更好的节能效果,还能在一定程度上增加产量。

3 动态软特性的变频节能控制策略

3.1 动态软特性的节能原理分析

变频调速时,希望气隙磁通量φm基本保持不变;这样,磁路的饱和程度、激磁电流和电动机的功率因数均可基本保持不变。由于忽略定子的漏阻抗压降时,U1≈E1=4.44f1N1Kw1φm,故要保持φm不变,应使定子端电压与频率成比例地调节,即使U1/f1。另外,最大转矩近似等于undefined式中,undefined;故若能使U1/f1=常值,则最大转矩将保持不变。若进一步忽略调频前后通风情况的变化,上述调速方案将允许同样大小的转子电流,因而具有同样的额定转矩,所以这是一种接近恒转矩的调速方案。

当f1变化呈下降趋势时,就某一变化点频率而言各项损耗变化分析如下:

(1)定子铜损耗PCU1=3·Iundefined·R1:根据变频原理分析,虽然频率下降,但由于φ保持不变,所以I1不变,在不考虑温度影响前提下,PCU1基本不变[11]。

(2)转子铜损耗PCU2=3·Iundefined·R2:根据变频原理分析,由于φ不变,则I2不变,因此PCU2不变。

(3)铁损耗PFe=K·fundefined·B2:因为φ不变,根据电磁学关系可知,磁密B不变。从公式中可见,铁损耗PFe与fundefined及B2成正比,当f下降时,由于B2不变,根据数学函数分析,则fundefined下降,因此铁损耗PFe下降。

(4)机械损耗PΩ:机械损耗取决于电动机转速,空载到额定负载运行范围内其转速变化不大,对于一般情况下,属于不变损耗。但是当f1变化时,由公式n0=60·f1/p可见,由于f1下降,所以转速下降,因为机械损耗与转速直接相关,所以Pv、Pγ均下降,PΩ亦下降。式中:n0为空载转速;p为电动机极对数。

(5)杂散损耗PΔ:因其约与电流平方成正比,由于电流不变,所以可以认为杂散损耗PΔ基本不变。

(6)各项总损耗:各项总损耗ΣP=PCU1+PFe+PCU2+PΩ+PΔ。

从上述分析中可见,定子铜损耗PCU1不变,转子铜损耗PCU2不变,杂散损耗PΔ不变,铁损耗PFe下降,机械损耗PΩ下降,当Pf1下降时,各项总损耗∑P下降。

3.2 控制策略的实现与效果

(1)简单降速方式:

直接加装变频器并将电动机运行频率降下来[12],降低电机转速,增加每个冲程的时间,达到节能效果。实际应用中能达到15%~30%的节电效果。

(2)变化冲程方式:

经过实测井况和油水比例,根据游梁式抽油机的运行特性,对每个冲程中下降和提升设置不同的频率,随时调整电动机的转速,抽油杆慢速下降快速提升,不仅达到节电效果,而且能够有效地调整油水比例,提高产量。实际应用中对近40台改造后的游梁式抽油机现场实测,较工频运行时平均节电38%,如果再计算产油量的提高,综合效益非常可观。

4 结 论

本文提出了一种动态软特性的抽油机变频节能控制策略,从现有的理论分析和试验得出如下结论:

(1)目前油田常用于抽油机的两大类节能方法中,都存在着制造难度高、可靠性低、恶劣条件下无法正常工作等缺陷,大大限制了油田节能的发展。

(2)结合对抽油机的工作规律及其负载特性的分析,变频技术在抽油机节能方面有着明显优势。但是传统变频技术的应用仍然存在着倒发电、缺少集中控制和管理等问题。

(3)为能充分发挥变频技术在油田节能上的潜能,提出了一种动态软特性的变频节能策略,并从理论上论证了该策略可以实现节能。

(4)最后,根据油井实测数据表明节电效果明显,很大程度上降低了油田耗能,使油井始终保持较高的泵效和最低的吨油耗电,同时保持高产量。

参考文献

[1]张晓玲,于海迎.抽油机节能技术概述[J].机械工程师,2006,8:136-137.

[2]杨荣光,杨富辉.油田抽油机节能方式综述及解决方案[J].科技创新导报(工程技术版),2008,38.

[3]何建平,张广溢.异步电动机轻载调压节能技术研究[J].电工技术杂志,2001,8:38-40.

[4]谢晓曦,王栋,张建刚.变频器在抽油机上的应用[J].电气时代,2009,8:68-70.

[5]武卫丽,焦培林,彭利果,等.抽油机节能技术研究综述[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2009:111-113.

[6]陈颖峰,甄玉杰.游梁式抽油机节能技术电气控制系统[J].仪表技术与传感器,2007,63-67.

[7]邹兵,邹群.油田抽油机电机节能方法浅析[J].油田节能,1999,4:26-29.

[8]张永利,李利华.三相异步电动机变频调速的原理及发展[J].科技论坛,2002,32.

[9]欧立生.游梁式抽油机拖动系统变频控制的研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2002,2-5.

[10]曲刚,孙永兴.抽油机智能化变频控制系统的应用[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2005,33:231-233.

[11]才松林,姜怀勇,陶丽莉.恒转矩变频调速对三相异步电动机损耗、效率的影响[J].节能技术,2004,22(5):26-27.

变频器在空冷器节能改造中的应用 篇5

变频器在空冷器节能改造中的应用

摘要：介绍了变频器在垫江分厂酸气空冷器节能技术改造中的.应用,并对改造后取得的效果进行了评估和分析.作 者：范锐 王学英 彭云 Fan Rui Wang Xueying Peng Yun 作者单位：中石油西南油气田公司重庆天然气净化总厂垫江分厂期 刊：石油与天然气化工 PKU Journal：CHEMICAL ENGINEERING OF OIL AND GAS年，卷(期)：2008,37(4)分类号：X7关键词：变频器 节电 技术改造

中央空调系统变频节能问题研究 篇6

【关键词】中央空调；节能；变频

0.引言

能源的利用情况标志着一个国家科技进步的水平。在我国大力推广节能产品，禁止使用耗能过大的设备，提高能源的利用率，以缩短与世界先进国家的差距，为中国的现代建设提供能源的保证。在中央空调使用中，它的耗能量是很大的，约占整个供电部门供电量的40%左右。例如一家建筑面积为8万多平方米综合性的大型医院，有门诊大楼1栋，住院大楼2栋，中央空调系统有800kW冷却主机3台，冷冻水泵机组有93kW电机4台，冷却水泵机组有93kW电机4台，通过对冷冻水泵机组和冷却水泵机组的变频节能的改造使用11个月，节约电费41.5万元，为中央空调的节能，创造了有益的经验。现将其系统组成、设计、实现方法作一介绍。

1.中央空调变频节能的原理系统组成

中央空调进行变频节能系统，需要硬件及软件技术的组合，利用矢量控制手段将动态过程相应补偿，恒转矩调压、瞬流干扰负向抑制技术综合使用。变频调速技术产生的新产品，通过同步跟踪，调压、调相、调节频率、瞬流抑制于一体，具有：

（1）恒转矩的条件下调节控制电压，限制电流，使电机负载处于最适当、最小、最省电力的电压和电流运行状态。

（2）矢量控制和模糊逻辑控制的优化调频技术，具有最先进通用变频器的全部功能。

（3）由微机采样跟踪，实现功率因数动态补偿。

（4）瞬流干扰抑制技术，过滤瞬流波动减小其所造成的损失和干扰。

正是由于这些优势，使中央空调变频节能有实施的理论依据和进行控制的可行性。其主要应考虑的因素有：

（1）在中央空调设计时为保证在天气温度最高的情况下能满足要求，所以按最大的负荷设计并有15%左右的富裕量，而平时使用时并不能达到满负荷，所以存在较大的裕度，其中主机常常可以根据负载变化自动加载，卸载，而水泵的流量却不能随主机匹配调节，存在很大浪费。

（2）系统的流量压力必须靠截流阀和旁路阀调节来完成，因此不可避免存在较大截流损失和消耗大流量高压力主机，以及低流量小温差的现象。不仅大量浪费电能，而且还可能造成空调冷暖不适的情形，同时对系统设备带来不利的影响。

（3）电机起动电流为额定值的5倍左右。电机在如此大的电流冲击下，进行频繁的起停，对电机、接触器触点、空气形状触点带来电弧冲击，同时也会给电网带来一定的有害冲击。同时起动时带来的机械冲击和停止时的承重现象也会给机械传动、轴承、阀门等带来疲劳损伤。

（4）变频技术在现代空调中的使用已成为必然趋势，因此这不仅能有效改良现代空调系统的工艺不足，还能大幅降低能耗节省运行成本。因此，在中央空调系统中安装变频控制系统并设置闭环自动调节，使节能效果更好。

2.中央空调变频系统设计的依据

在我国的南方地区周围，每年空调开的时间大约8个月左右。这样一年之中，中央空调系统中的冷却泵机组和冷冻水泵机组都在固定的大流量下工作。另外由于季节、昼夜和用户负荷的变化，实际上空调负载在绝大部分时间内比设计负载低很多可由建筑物的实测得到热负载变化率的情况。这样，就可以决定水泵流量和压力的最大（100%）设计负载，这样相比，一年中负载率在50%以下的时间占全部运行时间的50%以上，一般冷冻水设计温差为5～7℃，冷却水的设计温差为4～6℃，在系统流量固定的情况下，全年绝大部分运行时间温差仅为1～3℃，即在温差低、流量大的情况下工作，增加了管路系统的能量损失，浪费了水泵运行的输送能量。一般空调水泵的耗电量占空调系统耗电的20～30%。因此，节约水泵在低负载时系统供水输出能量具有很重要的意义，所以随负荷而改变水流量的空调水泵系统就显示出巨大的优越性，而得到越来越广泛的重视及应用。采用变频器调节泵的转速可以很方便地调节水的流量，其节能率通常可达35%～50%左右

3.中央空调变频系统的设计

变频系统只涉及冷冻水机组和冷却水机组的变频调节控制。

3.1冷冻水系统

它的水温取决于蒸发器的设定值，回水温度取决于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻水出的温度与冷冻水的回水温度设计最大温差为5℃（出水为8℃，回水为13℃）。现采用在蒸发器的出水管和回水管上装有检测温度的变送器。再与PID温度调节器、PLC和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水的温差来控制，使冷冻水泵机组的转速相应于热负载的变化而变化，当第一台电机已达到工频时，还达不到要求时就可起动第二台电机，工频运行，然后调控第一台电机。这样不断调整控制，使其达到最佳的效果。

3.2冷却水系统

降低水的温度取决于冷却塔的工作状态，我们只需控制高温冷却水的温度（冷凝器出水口）即可控制温差。现采用温度变送器，PID调节器，PLC变频器组成的闭环控制系统，冷凝器出水温度控制在T2（例如38℃），使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。同样，当第一台电机已达到工频时，还达不到要求时，就可起动第二台电机实行工频运行，然后调控第一台电机，使之达最佳的状态。

4.系统的特点及效果

变频节能系统由于采用闭环控制，电机按需要设定温度，使设备容量随时间季节变化，热负荷通过转速调节能在满足要求的前提下最大限度的节能，并减少对电网的冲击。由于本系统加入了各种保护措施，使安全可靠性大大提高。

本系统进行变频节能改造后，一直稳定连续运行，累计运行了11个月以电机容量90 kW为例，计算其变频节能效益。

4.1冷冻水泵变频节能效益

实际耗电量5298×4=211920kW；变频后平均功率211920/5839= 363kW。

节电率（1-36.9/90）×100%=59.7%节约费用（90×5839-211920）×0.78=244660元。

4.2冷却水泵变频节能效益

实际耗电量3452×40=138080kWh；变频后平均功率138080/3968 =34.8kW。

节电率（1-34.8/90）×100%=61.3%；节约费用（90×3968-138080）×0.78=170851元，两项节约费用共计415.511元。由此可见，采用此系统为用户节约了成本，提高了效益，取得较好的社会收益。

5.结论

本文分析了所设计的中央空调节能系统的原理，设计方法和经济效益。由于此系统节能效果显著，不少酒店大厦中央空调的物业管理部门都十分关注，并不断的加入节能的改造行列，所以前景十分好。因此会产生较大的影响，为节能做出贡献。

【参考文献】

[1]梁辉宏，史步海，龚冠祥.中央空调机组冷却水变流量模糊控制系统研究[J].机电工程技术，2009，（01）.

变频节能技术应用研究 篇7

空调系统能耗在医院节能中占主导地位。医院中央空调系统通常都是按最大负载并增加一定余量设计, 而实际上在一年中, 满负载下运行最多只有十多天, 甚至十多个小时, 几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载, 而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载, 几乎长期在100%负载下运行, 造成了能量的极大浪费, 也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

随着变频技术的日益成熟, 利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合, 构成温差闭环自动控制系统, 自动调节水泵的输出流量;采用变频调速技术不仅能使室温维持在所期望的状态, 让人感到舒适满意, 可使整个系统工作状态平缓稳定, 更重要的是其节能效果高达30%以上, 能带来很好的经济效益。

2 医院中央空调系统构成

2.1 冷冻机组

通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”作用, 使冷冻水降温为5~7℃。并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源。内部热交换产生的热量, 通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。内部热交换系统是中央空调的“制冷源”。

2.2 冷冻水塔

用于为冷冻机组提供“冷却水”。

2.3“外部热交换”系统

由两个循环水系统组成:⑴冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道, 在各个房间内进行热交换, 带走房间内的热量, 使房间内的温度下降。⑵冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换, 使水温冷却的同时, 必将释放大量的热量, 该热量被冷却水吸收, 使冷却水温度升高, 冷却泵将升了温的冷却水压入水塔, 使之在冷却塔中与大气进行热交换, 然后再将降了温的冷却水, 送回到冷冻机组, 如此不断循环, 带走冷冻机组成释放的热量。

2.4 冷却风机

⑴室内风机:安装于所有需要降温的房间内, 用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间, 加速房间内的热交换;

⑵冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温, 加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。

中央空调系统的四个部分都可以实施节电改造。但冷冻水机组和冷却水机组的改造改造后节电效果最为理想, 文章中我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造。

3 医院中央空调的主要能耗

医院中央空调中的空气处理系统大部分都是采用了低速风道集中送风系统, 低速风道集中送风系统的优点主要有:此系统设置了单独的空调机房, 在空调箱内集中进行新风与回风的处理, 通过各个风道分区分别输入。该系统风量较大, 风管的断面尺寸也较大, 总长度比较长。但是该系统也有自身存在的缺点, 比如:空气压降大, 所配备的风机功率就大。其次, 要求的空调机房面积比较大, 约占到了整个建筑面积的5-7%。在目前的医院用大型中央空调系统中, 不论是采用上面何种制冷机组, 或者是空气处理系统, 其耗能量都是相当大的。在对医院进行耗能量的测试显示, 医院的照明负荷超标, 中央空调的耗能量非常大, 空调机组制冷能力衰减大。根据调查资料显示, 空调箱风机的能耗占到空调系统总能耗的65%左右, 空调输水泵的能耗占空调系统总能耗的11%左右, 制冷机能耗大约占23%, 余下的部分主要为冷却塔能耗。 (一) 中央空调箱风机能耗在整个中央空调的总耗能中, 耗能量最大的就是空调箱风机, 所占的耗能比重非常大。这是因为在每层楼面都要安装空气处理机组, 已达到将处理后的空气的送入每层的各个分区的效果, 空调箱风机的台数是由每层面积的大小来决定的。 (二) 空调输水泵能耗在中央空调的系统中, 空调输水泵的耗能量也占到了相当大的比重, 有着很大的节能潜力。输水泵主要由冷冻水泵与冷却水泵组成, 选取量则根据冷冻水和冷却水的水流量来进行。选取过程当中, 要将备用水泵考虑进去, 并且对于不同机组形式的选取, 要选用与其相匹配的输水泵。 (三) 空调制冷机能耗要根据医院内的空调负荷总量来选择合适的空调制冷机组。

4 医院中央空调的变频节能改造

变频节能原理:水泵、风机的流量 (风量) 与其转速成正比;水泵、风机的压力 (扬程) 与其转速的平方成正比, 而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积, 故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比, 变频器节能的效果十分显著。特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备, 只要对转速 (频率) 稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变, 就因此特点使得变频调速装置成为一种趋势。

4.1 控制系统硬件结构

控制系统设计安全可靠、充分满足用户使用习惯和维护方便性前提下, 实现自动节能运行。控制系统硬件主要由上位机IPC、PLC、变频器、低压电器、压力变送器、温度变送器、开关阀、调节阀等设备组成。

·PLC部件。它主要由电源模块、CPU模块、通讯模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、主机架、扩展机架、连接电缆等组成。它是系统核心部分, 负责控制系统各个子系统命令动作执行与监视、数值处理与计算、逻辑组合与判断、通讯处理等功能;

·低压电器。主要由接触器、断路器、热继电器、中间继电器等设备组成。完成电气主回路和控制回路硬连接功能, 实现硬接线线路可靠、正确连接;

·变频器。接受来自PLC控制命令和运行频率指令, 实现变频变压输出, 达到调节电机转速目;

·压力/温度变送器。对现场循环水进行压力、温度检测, 将这些工艺数值, 变换为标准DC4~20m A标准信号送到PLC模拟量输入模块进行相应数值处理与计算;

·上位机IPC。上位机IPC由PC机和组态软件构成, 它完成系统各工艺参数设定、控制命令发送、状态监视、过程数据与历史数据记录、报警与故障报警、报表生成与打印等功能。

·开关阀和调节阀。开关阀接受启停接点信号去开启或关闭管道通路, 是一种两位状态设备。调节阀接受PLC输出DC4~20m A标准模拟量信号完成对应开度变化, 达到可连续调节管道开度目。

4.2 控制系统软件功能与实现

按不同控制对象和作用将各部分软件主要功能描述如下。

(1) 冷冻循环水部分。冷冻循环水系统运行主要依据蒸发器进出水温度差来决定流量增加。夏季供冷期间, 当进出水温度差小于标准允许温差值时, 应减小变频器输出频率, 即时降低水泵运行速度减少流量, 使实际检测温差值逼近标准温差允许值, 但泵速度减少时, 考虑能够保证冷冻循环水管网中顺畅流动, 设定一个对应泵转速低限 (变频器输出频率低限) , 此速度下变频器输出频率将不再降低;相反, 当实际温差大于标准温差时, 应增加变频器输出频率, 即提升泵转速增加水流量;当变频器输出频率达到48Hz后 (此时功率约为0.95Pe) , 若实际温差仍偏大时, 就需要再投入另一台泵变频并行运行, 此时两台泵并行运行频率初始给定值定为 (50Hz/2) ×1.1≈28Hz, 此2台泵运行时输出流量已大于单台泵流量, 但此时2台泵累计消耗功率仅约为0.35Pe, 从这一点看, 2台同时变频运行要比1台工频加1台变频方式更能节约电能。2台泵温差值以相同频率同时升速或降速运行时, 若温差仍偏大, 则以相同方式再投入第三台变频运行。当2台或3台泵同时变频运行且实际温差比标准温差小时, 应降低变频器输出频率以减小泵输出流量, 当频率减小到输出频率下限时, 若仍存温差偏大现象时, 控制系统将自动停止最早投入运行1台水泵 (即按先入先出调度策略实施增减泵动作) , 而继续降低输出转速, 剩下泵再温差偏差自动调节流量运行。

(2) 热泵循环水部分。冬季供给热水时, 热泵将依据蒸汽热交换器实际进出水温差大小来决定出水流量大小, 使出水温度恒定标准设定值上。当热泵流量调节能力达到泵额定流量且进出水温度差仍然偏大时, 可减小热交换器蒸汽调节阀来达到目;若热泵热水流量调节能力已经减少到最低流量下限规定值且进出水温差仍偏小时, 同样可增加蒸汽调节阀开度来达到进出水温差值恒定目。这种附加调节蒸汽供给量方法, 可以使温差值控制更加稳定、有效, 也有利于对锅炉供热 (供蒸汽) 能源节约。

(3) 冷却循环水部分。与冷冻循环水系统运行原理基本一致, 两者本质差异:当冷凝器进出水温差大于标准允许温差时应增加流量, 正好与冷冻循环水调节方向相反。

(4) 冷却塔风机部分。冷却塔风机启动运行是冷却塔实际出水温度 (为T0) 是否满足出水温度设定值 (T1=28℃) 和冷却塔进水温度设定值 (T2=32℃) 共同要求来决定。为此将控制分为4种情况来决定风机运转方式:

·当T0

·当T0

·当T0≥T1且T2≥32℃时, 全部风机以变频器最大输出频率 (50Hz) 方式额定速度运行。若该温度现象全部风机额定速度运行一段时间后仍然存, 首先增加运行冷却塔系统风机套数, 然后考虑适当增加冷却循环水流量来解除此现象持续存, 维持冷凝器安全运行需求;

·当T0≥T1且T2<32℃时, 此现象多数是由状态C迁移而来, 首先应适当增加风机运行频率 (但一般不作增加开启风机台数处理) , 然后冷却水流量增加该状态将会自动迁移到状态b情形, 然后冷却塔风机控制系统将按状态b情形作变风量调节运行。

·盘管风机部分。新风机运行主要依据房间温度实际值与设定值之间偏差大小来调节出风量变化范围, 应用离散化快速型PID调节原理, 构造一个实时响应、快速跟踪变化闭环温度控制算法, 保证温度基本恒定同时, 最大限度实现房间新风量供应。温度变化存时滞性特点, 闭环控制中加入了对温度变化趋势前馈补偿控制算法, 对逼近设定值附近 (ΔT<±0.2℃) 温差区域不进行风量调节。

5 总结

本文分析了医院中央空调系统的主要能耗, 从硬件和软件两方面提出了变频节能改造的具体方案。在科技日新月异的今天, 积极推广变频调速节能技术的应用, 积极将其融入医院中央空调系统节能领域, 为中央空调应用提出了新的课题。至少有70%以上未进行过任何形式节能优化改造, 普遍具有很好节能挖掘潜力空间 (一般都有30%以上可挖掘节能空间) 。大力推广变频节能技术不但能得到良好的经济回报, 还能推动社会的能源利用率, 意义重大。

摘要：随着社会的不断发展、人们生活水平的提高, 中央空调已经普及。医院中央空调则担负着更为重要的责任。但是医院中央空调系统在设计时是按照最大负载, 造成了能源的浪费, 增加医院成本。本文提出了变频节能改造方案, 从硬件结构和软件功能与实现进行设计, 对空调系统各个部分都有所改进。系统不但运行稳定, 又能很好的维持室温, 节约能源, 降低医院运行成本, 效果十分显著。

关键词：中央空调系统,变频技术,节能,能耗

参考文献

[1]李建华, 康相玖, 陶海臣.变频控制技术在中央空调系统的节能性可行性分析.制冷与空调2003, 3 (1) :454.[1]李建华, 康相玖, 陶海臣.变频控制技术在中央空调系统的节能性可行性分析.制冷与空调2003, 3 (1) :454.

[2]邹同华, 杜建通, 申江, 郇中杰.中央空调系统节能的机会与措施[J].流体机械, 2000, 2.[2]邹同华, 杜建通, 申江, 郇中杰.中央空调系统节能的机会与措施[J].流体机械, 2000, 2.

变频节能技术应用研究 篇8

莱钢热处理线2#辊底式热处理炉助燃风机采用的是离心式风机, 原设计通过手动调节风机频率与自动调节风机入口百叶阀门开启度相结合的方式来控制风机出口气体的流量和压力。虽控制手段简单, 但控制精度并不高, 而且部分电能损耗在百叶阀门上, 变频器应用不合理, 造成能源浪费。

1 风机工作原理与变频节能分析

1.1 工作原理

风机内空气的压缩过程通常是经过几个旋转叶轮在离心力的作用下实现的。当电动机转动时, 风机的叶轮随着转动, 叶轮在旋转时产生离心力将空气从叶轮中甩出, 空气从叶轮中甩出后汇集在机壳中, 由于速度慢, 压力高, 空气便从通风机出口排出流入管道。当叶轮中的空气被排出后, 就形成了负压, 吸气口外面的空气在大气压作用下又被压入叶轮中。因此, 叶轮不断旋转, 空气也就在风机的作用下, 在管道中不断流动。理论上, 离心风机的压力-流量特性曲线是一条直线, 但由于风机内部存在摩擦、阻力等损失, 实际的压力与流量特性曲线随流量的增大而平缓下降, 对应的离心风机的功率-流量曲线随流量的增大而上升。当风机以恒速运行时, 风机的工况点将沿压力-流量特性曲线移动。风机运行时的工况点, 不仅取决于本身的性能, 而且取决于系统的特性, 当管网阻力增大时, 管路性能曲线将变陡。风机调节的基本原理就是通过改变风机本身的性能曲线或外部管网特性曲线, 以得到所需工况。

1.2 风机变频节能分析

从流体力学原理得知, 风机风量与转速及电机功率相关。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%时, 转速也下降到80%, 其轴功率则下降到额定功率的51%;若风量下降到50%时, 轴功率将下降到额定功率20%。采用变频调速, 改变风机电动机的输入频率从而改变电动机、风机转速, 达到调节空气流量的目的, 既满足生产工艺变化的要求, 又节省电能, 是一举多得的最佳措施。下面由图1说明其节电原理。

图1中曲线 (1) 为风机在恒定转速n1下的风压-风量 (H-Q) 特性曲线;曲线 (2) 为管网风阻特性曲线 (风门全开) ;曲线 (4) 为变频运行特性曲线 (入口阀门全开) 。

假设风机工作在A点效率最高, 此时风压为H2, 风量为Q1, 轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比, 在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求, 风量需要从Q1减至Q2, 这时用通过调节入口阀门的方法相当于增加管网阻力, 使管网阻力特性变到曲线 (3) , 系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图1中看出, 风压反而增加, 轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然, 轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式, 风机转速由n1降到n2, 根据风机参数的比例定律, 画出在转速n2风量 (Q-H) 特性曲线 (4) 。可见在满足同样风量Q2的情况下, 风压H3大幅度降低, 功率N3随着显著减少, 用面积CH3OQ2表示。节省的功率△N= (H1-H3) ×Q2, 用面积BH1H3C表示。显然, 节能的经济效果是十分明显的。

2 助燃风机变频自动控制实现

2.1 存在问题

根据生产工艺要求, 操作人员手动输入一固定风机频率经验值, 在保持电机转速恒定的情况下, 通过自动调节风机入口百叶阀及主风管放散阀开口度, 来调节空气的流量和压力。现场实际控制存在以下问题:

(1) 操作人员手动输入风机频率经验值偏差大, 压力、流量调节速度慢, 调节精度差。

(2) 入口百叶阀电动执行机构因频繁调节, 易发热, 使其寿命大大降低。

(3) 百叶阀阀片易变形, 调节精度差, 造成供风压力不稳, 风机喘震, 严重时会造成停炉事故。

(4) 变频器长期运行在同一频率下, 未能充分发挥变频节能作用, 节能效果差。

2.2 自动控制方案

根据热处理炉工艺要求, 我们对助燃风机的工作原理和工作特性进行了深入分析和研究, 并通过研究热处理炉PLC控制程序, 确认将2#热处理炉助燃风机手动控制改为变频自动控制这一方案。解决方案如下:

(1) 根据现场压力、流量反馈信号, 修改自动化PLC程序, 实现了风机由手动转变为自动控制模式的功能。

(2) 通过研究热处理炉助燃风机PLC程序, 采用中断的方式来执行模糊PID控制算法, 利用STEP 7实现智能算法选择适当的PID参数, 通过改变PLC中PID模块中的PID参数, 优化电机转速控制给定值。

(3) 优化变频器加减速时间、过载能力等参数, 改善变频器动态响应, 提高电机响应速度。

经过多次测试和参数整定, 实现了风机由手动转变为自动控制模式的功能, 达到了助燃风机气体流量与压力自动调节的目的。

3 节能效果

此项目改造完成后, 实现了热处理炉助燃风机自动控制, 不仅助燃空气压力、流量调节速度快, 调节精度高, 而且提高了入口百叶阀电动执行机构的使用寿命, 确保了热处理炉的稳定运行, 通过改造前后两个月的运行比较, 节电率达到13%左右, 节能的经济效果显著。

此改造项目自实施后, 年节约备件约10万元;按一年330个工作日计算, 年可节约成本:144100×0.8 (元) +10万元=21.5万元。

4 结语

通过热处理炉助燃风机变频自动控制节能改造, 提高了风机出口风压动态响应速度及空气流量控制精度, 降低了操作人员的劳动量, 提高了变频设备的利用率, 自改造以来, 设备运行稳定, 具有一定推广意义。

摘要：本文主要对风机变频控制节能进行分析, 并通过修改PLC程序及优化变频器参数, 利用较为先进的模糊PID控制技术, 实现助燃风机压力和流量自动控制。

关键词：热处理炉,助燃风机,模糊PID

参考文献

[1]陈续强, 周玉兰, 侯荣芳, 等.高压变频器在热风炉助燃风机上的应用[J].变频器世界, 2013 (6) .

[2]邓文慧, 桂卫华, 喻寿益.基于模糊控制的牵引电机冷却风机变频节能控制系统[J].计算技术与自动化, 2012 (4) :1-5.

[3]桑宁, 李鹏翔, 王新娣.加热炉风机电气控制系统改造[J].冶金动力, 2010 (4) :16-17.

变频节能技术应用研究 篇9

高压交流变频调速技术, 技术和性能胜过其它任何一种调速方式, 给使用者带来了极大的便利和快捷的服务, 使之成为企业采用电机节能方式的首选。

锅炉引风机采用挡板调节方式, 由于这种原始的调节方法仅仅是改变通道的流通阻力, 而驱动源的输出功率改变不大, 节流损失相当大, 浪费了大量电能。致使厂用电率高, 供电标煤耗高, 发电成本不易降低。同时, 电机启动时会产生5~7倍的冲击电流, 对电机构成损害。风机系统自动化水平低, 不能及时调节, 运行效率低。我公司正采用该技术对4台引风机进行改造, 以减少溢流和节流损失, 提高系统运行的经济性。变频控制为一拖一手动方案, 每台风机配备一台变频器。变频调速系统可由现场主控系统进行协调控制, 根据运行工况按设定程序, 实现对电动机转速控制。

2 改造过程中遇到的实际问题

主要问题有:通过考察, 变频器室采用了全密封冷却方式, 改变了变频器厂家的抽风式冷却方式, 解决了变频器在运行过程中受灰尘和温度影响而频繁跳闸的难题。由于变频器室在四楼, 变频器较重, 又没有变频器的基础图及电缆走向图, 通过专业人员的现场勘察、确认, 确定了变频器在楼板上的安全位置。机柜FBM卡件问题, 1#机充分利用冷渣器改造后节余的卡件;2#机冷渣器还未改造, 只能把现场各测点尽量合理分配, 满足控制系统安全性、可靠性的要求。因要保留引风机工频运行控制方案, 风机大联锁控制逻辑进行了大量的改动, 经调试, 风机在变频或工频运行状态, 其保护动作正确、可靠。变频控制方式下, 通过现场调试整定控制系统PID参数, 难度系数极大, 我方人员经过长时间连夜调试, 1#、2#机组炉膛负压控制系统的品质指标比原来有很大提高。变频器与锅炉的联合调试, 我们没有请调试所来调试, 自己出方案, 自己调试, 而且得到了很好的效果, 为公司节约了不少的资金。

3 变频器改造技术结构及原理

变频器改造技术结构, 可以用图1表示。

通过该图可以看出高压变频调速系统采用直接“高-高”变换形式, 为单元串联多电平拓扑结构, 主体结构由多组功率模块串并联而成, 从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出, 它对电网谐波污染小, 总体谐波畸变THD小于4%, 直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准, 输入功率因数高, 不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好, 不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题, 不必加输出滤波器, 就可以使用普通的异步电机, 其工作原理如下。

(1) 电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电, 功率单元为三相输入, 单相输出的交直交P W M电压源型逆变结构, 相邻功率单元的输出端串接起来, 形成Y接结构, 实现变压变频的高压直接输出, 供给高压电动机。6 k V电压等级的高压变频调速系统, 其每相由几个功率单元串联而成, 输出相电压最高可达3500V, 线电压达6kV左右。

(2) 每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电, 功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘, 二次绕组采用延边三角形接法, 实现多重化, 以达到降低输入谐波电流的目的。给功率单元供电的二次绕组每3个一组, 分为几个不同的相位组。输入电流波形接近正弦波, 总的谐波电流失真小于1%, 输入的综合功率因数可达0.95以上。

(3) 逆变器输出采用多电平移相式PWM技术, 同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压, 但串联各单元的载波之间互相错开一定的电角度, 实现多电平P W M, 输出电压非常接近正弦波, 输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小, 所以dv/dt很小, 功率单元采用较低的开关频率, 以降低开关损耗, 提高效率, 由于采用移相式PWM, 电机电压的等效开关频率大大提高, 且输出电平数增加。以6kV输出电压等级的高压变频调速系统为例, 输出相电压均为11电平, 线电压均为21电平, 输出等效开关频率为9kHz, 电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形, 降低输出谐波, 由谐波引起的电机发热、噪音和转矩脉动都大大降低, 因此对电机没有特殊要求, 可直接用于普通异步电机。通过下图的对比分析, 就可以发现变频器改造技术的优越性 (如表1) 。

4 结语

此次引风机的节能改造工作, 于2007年4月12日开始施工, 得到了各位领导大力支持及相关专业技术人员全力配合, 攻克了很多技术难题, 2007年7月14日全部投入运行, 四台高压变频器到目前为止运行稳定, 各种参数合格, 节能效果明显, 效益可观, 实践证明此次高压变频改造是成功的。

摘要：为了减少溢流和节流损失, 提高系统运行的经济性, 变频器开始了改造技术的探究, 本文主要以变频器改造技术在锅炉引风中的应用, 探讨变频器改造技术的节能功效。

关键词：变频器改造技术,锅炉引风节能工程,应用

参考文献

变频节能技术应用研究 篇10

1 水泵电机变频调速控制原理

在变频调速控制系统中, 水泵电机控制系统在从煤矿配电网系统中获得频率为50Hz的交流电源后, 就会通过PLC控制器发出对应命令, 经变频器内部整流电路、滤波电流等相关电路转换成直流电源后, 再经变频器控制单元的直流逆变电路转换成频率f和电压U均满足电机实时调控需要的交流电源, 直接供给电机拖动系统中提供动力, 经电机拖动系统转换输出所需的转矩, 实现对水泵电机拖动系统的动态变频调节控制。对于水泵电机拖动系统而言, 根据整个拖动系统需求侧需水量的动态波动变化, 通过PLC控制器和变频器组成变频调速控制系统中的相关功能单元的动态调节, 来优化水泵电机的实时调节运行的工况曲线, 达到节能降耗动态调控的目的[2]。水泵电机节能经济运行工况曲线, 具体详见图1所示。

图1中可以直观看出, 水泵电机在正常运行时, 其额定运行工况点处于A点, 当用户需求水量随负荷波动从1Q降低到Q2的过程中, 如采用常规阀门静态调节控制, 则整个水泵拖动系统的供水管网自身所具备的管阻特性将会从1R (阀门全开) 向2R (阀门关小) 方向进行实时调节, 对应工况点将会从A点调到B点, 整个调节过程中功率由OQ1AH1变为OQ2BH2, 变化较小, 但电机电能转换功率 (效率) 却随之降低非常多。另外, 水泵电机运行工况的突然从A点跃变到B点, 将会给整个供水管网带来非常大的冲击, 会影响到需求侧的水量的正常供应, 影响用户安全可靠、节能经济的正常高效生产。

采用P L C和变频器对电机拖动系统进行技术升级改造后, 可以根据需求侧用户用水量的波动情况, 实时动态调节水泵电机的输入电源频率来进行运行转速调节。在图1中, 当整个电力拖动系统需求侧需水量由1Q降低到2Q的变化过程中, 水泵电机的实时调节运行工况曲线, 金贵从额定转速的1n平滑过渡到2n运行工况曲线上, 对应工况点将由A点平滑过渡到C点。按照面积估算法可以获得, 当水泵电机拖动系统采用基于P L C和变频器的变频调速控制系统的技术升级改造后, 其在同等流量变化调节下, 整个电机拖动系统理论节约的电能资源为图1中阴影部分H2C B H2所示, 不仅其能进行平滑稳定调节控制, 同时整个系统节能节电效果十分明显。

2 水泵电机变频调速节能改造技术要点

建筑给排水系统中水泵电机采取基于P L C与变频器的变频调速技术升级改造中, 其节能实现的基本控制要求包括以下多个方面。

(1) 节能控制系统应具备抑制电磁干扰的相应有效技术措施, 能够防止非正弦波干扰水泵电机控制系统中的电脑主机、计时器、传感器等精密仪器设备的高效稳定工作, 也就是采用变频调速控制系统进行技术升级改造过程中, 不能改变水泵电机控制系统的其它功能单元和元器件设备的正常稳定运行性能参数。

(2) 在变频调速节能运行过程中, 当水量检测系统出现故障时, 变频调速控制系统将以电机拖动系统上限频率进行恒功率运行, 以确保系统最大的水量。当变频调速控制系统出现故障时, 能够发出声响及指示灯指示, 提醒运行管理人员进行相关设备性能检查, 同时起动原控制系统 (如:软起动、继电器直接起动等) 。

3 水泵电机变频调速节能改造效益分析

3.1 电机变频调速节能改造方案

建筑给排水系统中共采用3台 (两用一备运行方式) 的水泵机组, 其轴功率为203kW, 配置异步电动机型号为Y355M1-2-220kW/380V F级IP55, 功率为220kW。为了提高给排水电机拖动系统运行的经济可靠性, 结合建筑给排水系统的实际运行工况, 遵循“最小改动、最大可靠性、最优经济性”等电机拖动系统技术升级改造基本原则, 决定采用基于PLC与变频器的变频调速控制对给排水电机拖动系统进行技术升级改造, 1#水泵电机采取变频运行方式, 2#水泵电机采取工频运行方式。

3.2 水泵电机变频调速升级改造节能效益分析

为了分析采用变频调速技术升级改造后, 水泵电机拖动系统所取得的节能经济效益, 将2台工作用水泵电机中的1台采取工频调节运行工况, 另外1台采取变频调速运行工况。2台参数相同水泵电机的实际运行数据比对, 如表1所示。

从表1可知, 在各项运行技术指标和环境均相同情况下, 1#水泵电机相比2#水泵电机其调节运行工况性能要更加平滑稳定, 平均运行电流降低到287A, 比工频运行额定电流的4 1 6 A, 要直接降低129A, 理论节电效率为:, 实际节电效率为48%, 节能节电效果十分明显。

4 结语

采用基于P L C与变频器的变频调速控制, 能有效控制给排水系统的电机工作效率, 降低电机运行能耗, 达到增收节支、降低运营成本的目的。同时, 采取变频调速技术升级改造后, 能够实现电机的软起动和设备软运行, 并实现了电机拖动系统过压、过流、缺相等多种保护功能, 消除了电机起动、调节过程中的电流、电弧冲击问题, 避免了运行工况突然改变水垂现象的发生, 大幅度降低了设备冲击冲击损害, 降低了温升及运行噪, 可以大大延长电机、接触器、以及给排水系统中的轴承、阀门、管道等机械设备的综合使用寿命。

摘要：建筑给排水系统中水泵电机的控制和稳定运行, 是确保建筑给排水安全可靠、节能经济高效稳定运行的重要保障性基础。为解决原有给排水系统中水泵电机运行中存在的电能浪费严重、起动冲击较大、综合使用寿命较短等问题, 针对建筑给排水系统中3台 (两用一备运行方式) 220kW水泵电机的现场供水工艺要求, 提出了将水泵电机控制方式由常规直接起动, 改变为以变频器和PLC为控制核心的变频调速节能控制方案。从运行数据统计分析结果表明, 水泵电机采用变频调速节能控制方案, 达到了节能改造性能要求, 实时平滑调控和节能效果均十分明显。

关键词：水泵电机,变频调速,节能,变频器

参考文献

[1]王新亭, 李庆红.变频调速技术在风机水泵节能改造中的应用[J].自河南工程学院学报 (自然科学版) , 2010, 22 (3) :20-22.