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大型交流变频装置的节能效益分析
2006年3月16日 14:54  

  在矿山,冶金,石和轻纺工业中,使用着大量的风机,水泵,搅拌机和压缩机.这些机械一般都有用交流电机驱动,功率都在几百以上,有的高达数甚至上,其消耗的电能是非常可观的.
仔细观察这些机械的运行状况,可以以现他们大部分都不是常年工作在额定功率之上.而是经常只有50%-70%甚至更低的输出量.但目前这类机械大多使用恒速交流传动,面以挡板,阀门或空放回流的办法进行调节,白白损失掉大量的电能.越是大功率 的风机水泵,情况越是严重.
使用的大型变频装置,可以在效率基本不变的情况下,通过改变驱动电源的电压和频率,平滑地调节电机转速,根据输出量的要求改变输出功率,从而节省大量的电能.

  一,变频调速的节能原理

  众所周知,风机和泵类的功率与转速的关系为:
P=KN

  式中A值,风机约为3,泵类约为2.

  以风机为例,设其额定速度为N1,而根据实际需要确定的转速为N2则:
P1=KN1,P2=KN2

  所节约的功率为:

  PH=K1N1(1-)

  式中调速范围D=N1/N2 
   
  由于转速与输出流量成正比,所以,调速范围越大,节约电能越多,若不使用调速装置时,则D=1,PH=O,无节能可言.
考虑到调速装置的效率,上式可修正为:
由于变频调整装置的效率,在速度变化时可保持在高水平(0.85左右)所以其节约效果是显著的.

  二,大功率变频驱动的节能效益分析. 
  
  变频驱动系统实际使用时,可通过实测或根据其静态特性,作出其转速对功率的特性曲线.由于转速与流量成正比,该曲线就是流量对功率的特性,如图一所示.与档板调节相比较,可见其节能是显著的. 
 
  在不同功率下消耗的电能费用为:

  E=输出功率时间电费/度效率
根据驱动系统实际使用情况,列出表格,就可计算出其每年消耗电力的费用,从而计算出节能的经济效益.

  例3500,850的鼓风机,用变频驱动和阀门控制相比较,其节能效果分析如下.
表一:功率分析 

负载特性
阀门控制
变频器控制
工况
流量
ACFM
功率
HP
装置
效率
电机
效率
功率
KW
转速
RPM
装置
效率
电机
效率
变频器效率
功率
KW
1
256
282
15.0
92.8
1510
319
91.7
85.8
82.4
325
2
398
1035
42.1
93.9
1950
492
91.6
92.2
93.0
982
3
502
2045
63.8
94.9
2528
619
91.6
93.9
96.6
1836
4
584
3184
78.4
94.9
3192
719
91.6
94.5
97.4
2818
表二,耗能分析

负载特性
阀门控制
ROSS变频控制
工况
流量
ACFM
功率
HP
时间小时/年
占空比%
耗能
耗能
节能
1
256
282
4380
50.0
6614
1424
5190
2
398
1035
876
10.0
1708
860
848
3
502
2045
1752
20.0
4428
3218
1212
4
584
3184
876
10.0
2796
2468
328
合计
 
 
7884
90.0
15548
7970
7578
表三,经济分析

负载特性
阀门控制
ROSSHI11变频控制
工况
流量
ACFM
功率
HP
时间小时/年
占空比%
费用
元\年
费用
元\年
节约开支
元\年
1
256
282
4380
50.0
1984200
427200
1577000
2
398
1035
876
10.0
512400
258000
254400
3
502
2045
1752
20.0
1328400
965400
363600
4
584
3184
876
10.0
888800
740400
98400
合计
 
 
7884
90.0
4664400
2391000
2273400
              电费按每度(小时)0.30元计

    设购置3500HP, 3.3KV的ROSSHI11变频系统的费用为380000美金,人民币对美元汇率为8.6,则设备回收期为:

  即一年半左右的时间可收回收投资,实际上,使用大型变频器还带来更多的好处,在上述分析中未考虑进去.如:

  1,由于”软启动”可减少启动时的峰值功率损耗并减少马达启停对机构的冲击,延长使用寿命.

  2.使用变频调速可使用权马达与负载直接连接,减少中间传动环节的费用.

  3.完善的监控和可靠性措施提高了系统工程和工作效率.

 
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