变频恒压供水方案说明.doc

广州柏能科贸发展有限公司变频恒压供水方案说明一、 概述金鹏公司5#厂房共有空调末端机组8台，机组风机总功率127KW。现8台机组全天候运行在工频状态，能源浪费较大，尤其在过渡季节和夜间运行更为明显。实际上，空调机组采用变频运行使用，根据受控区域实际负荷变化调节风机运行频率，节能降耗空间极大。另外，机组电机电气控制采用接触器直接起动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源（电网）容量大，功率因素较低；起动时机械冲击大,设备使用寿命低；电气保护特性差，当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备等。采用变频器可实现电动机的软停、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。因此，我们提出如下变频节能改造方案。二、 变频节能改造方案说明机组电气控制部分增加变频器，并装置一台模拟量模块将变频器接入控制系统，模拟量模块控制变频器运行频率并反馈实时运行状态。通过对现场S7控制器的编程和对上位机的编程和界面组态，可以实现以下功能。21 空调机组变频启动，降低了启动电流，减少了对电网的冲击，同时电机保护得到加强，电机使用寿命延长。22 电机的软起、软停大大降低了设备机械冲击，风机等机组关键设备故障率降低，使用寿命延长。23 通过调整编制PLC控制软件，调整设置节能模式和常规空调模式两种机组自动运行模式。软件优化调整逻辑方案如下：变频调节和新/回风比例控制节能方案软件逻辑一级判别：节能/空调判别条件RH0RHk-5%空调进入二级判别RHk-5%RH0RHk+5%T0Tk+2空调进入二级判别RH0RHk+5%空调进入二级判别二级判别：空调运行模式人工设定冷热水工况工况状态新风比例回风比例变频调节冬季盘管走热水（低温干燥气节）RHx RH0T0Tx30%k70%温控变频器PID调节T0Tx20%80%湿控变频器PID调节RHxRH045%55%湿控变频器PID调节夏季盘管走冷水（高温潮湿气节）RHx RH0T0Tx20%80%湿控变频器PID调节T0Tx30%70%温控变频器PID调节RHx RH040%60%温控变频器PID调节注：RH0-室内相对湿度；RHk-设定湿度；T0-室内温度；Tk-设定温度；RHx 新风湿度；Tx 新风温度；24 变频器采用西门子风机水泵专用节能型变频器MMS440，在确保工艺要求的前提下，根据车间负载变化自动调节送风风量，从而降低能耗；25 生产时段正常工况下，机组自动运行常规空调模式运行。系统根据受控区域负荷实时变化，使用PID调节方式自动调节风机运行频率。根据经验，比较工频运行可以节能15%20%。26 过渡季节及夜间运行风机自动运行节能模式，即保证风机运行在最小频率（最小能耗），根据室外新风温湿度和室内温湿度情况，优化调整机组新、回风比例满足车间温湿度要求。根据经验，此模式可以节能25%35%。27 设置变频器自动和手动模式。自动模式下，变频器由系统控制自动运行；手动模式下，变频器可由中央站或触摸控制屏人工设置运行频率。28 中央主站循环采集变频器运行频率并生成历史曲线和记录表格，根据频率数据可以计算出实际能耗，得出实际节能效益。三、 变频器工作原理及技术规范31变频器原理介绍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。低压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波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通过变频器可以自由调节电机的速度。如图1为变频器内的控制电路框图。 图1 变频器内的控制电路框图 32变频器技术规范控制控制方法空间电压矢量控制方式频率设定分辩率数字 : 0.01 Hz (100 Hz以下), 0.1 Hz ( 100 Hz以上)模拟 : 0.05 Hz / 50 Hz, 输出频率范围:0 300 Hz频率精度数字 : 最大输出频率的0.01 %模拟 : 最大输出频率的0.1 %V/F 比率线性, 平方根, 任意 V/F过载能力额定电流150 % -1 分钟, 额定电流200% - 0.5 秒。(特性与时间成反比)转矩补偿手动转矩补偿 (0 - 20 %), 自动转矩补偿运行输入信号运行方式键盘/ 端子 /RS485 通讯频率设定模拟 : 0 - 10V / 4 - 20 mA /, 子板的另外端口(0 - 10V/4 - 20 mA)数字 : 键盘/RS485 通讯启动信号正转,反转多段速度至多可以设定8个速度 (使用多功能端子)加减速时间0-6000秒，加减速时间可切换加减速方式:线性, S型紧急停止中断变频器的输出寸动慢速运行自动运行通过设定的参数自动运行(7段速度)故障复位当保护功能处于有效状态时，可以自动复位故障状态。输出信号运行状态频率检测等级，过载报警，过电压，欠电压，变频器过热， 运行，停止，恒速，自动程序运行故障输出触点输出 交流250V 1A, 直流30V 1A模拟输出从输出频率，输出电流，输出电压，直流电压中选择(输出电压: 0 - 10V)运行功能直流制动，频率限制，跳频，滑差补偿，反转保护，PID 控制等保护功能变频器保护过电压，欠电压， 过电流， 保险丝断，接地故障， 变频器过热， 电机过热， 缺相，过载保护，外部故障1,2， 通讯错误，速度指令丢失， 硬件故障， 选件错误等。变频器报警堵转防护，过载报警， 温度传感器故障。瞬间掉电小于15 毫秒：连续运行大于15 毫秒：允许自动重新启动显示键盘运行信息输出频率，输出电流，输出电压，设定频率，运行速度，直流电压错误信息当故障保护时的运行状态， 保存有3个故障历史信息。冷却方式强制风冷四、 变频器节能原理分析变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Qn ，Hn2，Pn3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-流量Q曲线特性图:风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。n1-代表电机在额定转速运行时的特性；n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性；R1-代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性；R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与 Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2 的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。五、 能耗比较计算 1，节能改造前能耗计算（工频状态，总功率127KW，以机组一年运行340天计算用电量） 总功率127kw340天24h/天1036320kwh工业用电价格0.77元/ kwh，那么8台机组用电费用为： 1036320kwh0.77元/ kwh797966元（人民币）2，节能改造后能耗计算（变频状态，总功率127KW，以机组一年运行340天，其中正常工况和节能工况运行时间各约50%，正常工况以节能17%计，节能工况以节能30%计。平均节能效率为23.5%）考虑恶劣气候天数实际变化和生产负荷理论增加的趋势，我们取实际节能效率为平均节能效率的80%，那么实际耗电量为： 总功率127kw(10.2350.8)340天24h/天841492kwh工业用电价格0.77元/ kwh，那么8台机组用电费用为： 841492kwh0.77元/ kwh647949元（人民币）3，机组运行一年电费节约量： 797966元/年647949元/年150017元/年六、 现场增加测控点分类表序号名 称AIAODIDO备 注1变频器运行频率12变频器控制频率1 3变频器运行/停止14变频器启动15变频器故障16总计1121七、 改造费用预算51设备材料配置及报价（单位/元）序号项目(名称)品牌型号产地单位数量单价金额1变频器西门子6ES430-2UD31-8德国台223700474002变频器西门子6ES430-2UD31-5德国台6203501221003变频柜基业广东台82860228804模拟量模块西门子EM235德国台82560204805I/O扩展电缆西门子0.8德国台8245196064芯屏蔽控制线国产名优RVVP4*1.0米2001224007动力电缆国产名优25mm2米30288408动力电缆国产名优16mm2米902219809塑套蛇皮软管国产名优20米100550010合计22054052改造工程费用（单位/元）序号项目(名称)设备单价金额1单机/系统编程费机组、主站150002界面组态开发费机组、主站100003安装布线费变频器、柜80004单机/系统调试费机组、主站60005工程管理费20006合计4100053系统总计报价（单位/元）序号项目(名称)金额1设备材料部分2205402工程部分410003利税（8%）209234总计282463八、 小结采用变频器控制将有以下诸多优点： (1)、采用变频器控制电机的转速，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； (5)、变频具有工/变频切换功能，能够保证生产的连续性。实践证明，变频改造具有显著的节电效果，是一种理想的调