电机调速在风机中的节能应用

1、电机调速在风机中的节能应用引言能源是我国重要的物质基础，能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义经济 建设的主要因素之一。在能源问题上国务院提出“节约与开发并重”的方针，就 是依靠技术进步，把节约能源以解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。据不完全统计，全国风机水泵压缩机就有1500万台电动机占全国总发电量的 40%-50%,这些电动机大多在低的电能运用率下运行，只要将这些电动机的电能 利用率提高10%-15%,全国可节电300亿kw以上。风机是将原动机的机械能转换为被输送流体(气体)的压力能和动能的一种 动力设备。它们是耗能大户，据统计，泵的电能风机约占10%。在工矿企业中, 风机过去是人们认

2、为没有必要进行速度控制的设备，然而这些设备却存在着浪 费源的现彖。它们大都采用交流异步电动机拖动，并进行恒速运转，当生产需 要调节风量时，实际采用的办法是调节挡板，这种控制虽然简单，但从节能 的观点看并不是一种好的方法。在当今社会里，大力提倡节约型企业。随着科 学技术的不断发展，采用电机调速改变流量或风量的方法已被广泛运用到实际 生产中，可以节约大量电能。一.调速节电1.1调速节电原理我们知道，从风机的特性看，一般存在下面的关系：q 二 k1n ( 1)h二k2n2 ( 2)p二k3n3 ( 3)式中：q风量；h风压；p轴功率；kk k2、k3为常数。即：风量q与转速n成正比；风压h与转速n的

3、平方成正比；电动机的轴 功率p与转速n的立方成正比。轴功率p还可以表示为：p=qh/102n1 n2( 4)式中：q风量；h风压；n 1风机效率；n2传动装置效率。显然，采用转速调节吋，当要求风量由100%降到50%吋，只需使转速下降50% 即可，而轴功率则由p1=kn13降到p2二k ( 50%n1) 3=13%kn13=13%p1,也就是节 约了87%的电功率。如果考虑转速下降时效率下降等因素，即使降不了这么多， 但效果也能在60%80%之间，这个节电数字是很可观的。从风机的特性曲线图中 也可以明显看岀见图1.图1风机的特性曲线图1中，1、2为风机的风压特性曲线，分别代表转速保持砧、n2吋

4、，风 压同风量的关系；3、4为管道的风阻特性曲线，分别代表挡板在某一开度下， 管道的通风阻力同风量的关系；交点a、b、c为风机运行的工作点，此时风机的 压力与管道的通风阻力大小相等，方向相反，处于稳定运转状态。在风机挡板开 度不变的情况下，当风量从3二1降到q2二0.5时，转速由砧降为n2,此时风机由a 点转移到c点工作。将电动机的输出功率用面积表示，则由面积0h1aq1减小到 0h3cq2,这就是在由转速控制下，风量由q1降到q2时各自所需功率的直观反映。 如果采用传统的节流调节，转速保持不变，当风量由q1p降到02=0. 5时，必须 使挡板的开度减小（管网阻力增加），此时风机的效率降低，风

5、阻特性曲线由3 变为4,风机的工作点由a转移到b,风压略有增加（±ih1增加到h2）,电动机 的输出功率面积由0h1aq1变为0h2bq2,前后相比,减少量不大。由式（4）可见, 功率p减少不明显，同风量的减少不成比例，此时功率p中的大部分用来克服管 道的通风阻力而白白浪费掉了。还要说明的是，即使将风门完全关闭，轴功率也 只能减少到全开时的45%65%。显然，两种减少风量的方法，面积h3h2bc代表了 二者之差，即可以节约的功率值。风量越小，节约的功率就越大。这两种方法所 需功率的比较见图2。图2两种调节方式所需功率比较1.2调速节电实质风机通过调速的方法达到节电的目的，其节省的是拖

6、动功率。如当风机采 用定速拖动时，电机以额定功率工作，风机则产生额定的压头和风量，而生产过 程又不需要这么大的风量，所以就用节流的方式或用循环的方式将多余的流量 消耗掉，这样就浪费了大量的电能。采用调速运行时，当生产过程需要多大流 量，就产牛多大流量(通过调节风机的转速)，这样就大大减少了进入电动机 的功率，达到大幅度节电的目的。对于恒转矩负载，电动机的输入功率与其转 速成线性关系，当其低速运行，也有明显的节能效果。1.3调速节电计算(d某厂风机额定风量q为50000m3/h,额定风压h为2011 pa,若用挡板控制 风量为50%运行改为用转速控制，风量仍为50%运行，试问年节电量多少？风机的

7、风压特性曲线如 图1所示。h=1.03n2+0. 56nq- 0. 59q2 (式中各量为相对值)。(50%风量时风机 效率 q f=0. 6) 挡板控制时功率风量为50%吋的风压h二 1.03 x12+0. 56 x1 x 0. 5-0. 59 x 0. 52=1. 16 功率 p1=qh/1000 nf nm(qm=0.9 为电动机的效率)二(0.5x1. 16/1000x0.6x 0. 9) x (50000/3600) x 2011 "30 (kw) 转速控制时功率风量为50%时的风压h2=1.03x0. 52+0. 56x0. 5x0. 5- 0. 59x0. 52=0.

8、25 功率p2=qh/1 ooonf nmq i (n i=0.93 为调速装置效率)二(0. 5x0. 25/1000x0.6 x0.9x0. 93) x (50000/3600) x 2011 7 (kw) 此台风机年运行时间以7200小时计，若风量为50%时的实际运行吋间为3000 小吋，每年则可省电：(p1- p2) x3000=( 30- 7) x 3000=69000 ( kwh)(2)某厂给水泵电动机功率为132kw,原为阀门调节流量，采用变频调速后，其 每fi不同时段参数变化如表1,试求其节电率。表1不同时段参数变化参考表时段运转速度(%)运转方式流量(%)扬程(%)a8:00

9、-11:0015:00-22:00100工频运转100100b11:00-15:0070变频运转7049c22:00-8:0060变频运转6036 根据推导出的关系式p' g二pg n3/ n m n i式中：p g输入功率pg原动机功率；n转速；h m=0. 90电动机效率；n i二0.95变频器效率。可算岀：a时段p，g=132x13/( 0.90x0.95) «154(kw)b时段p gh 32x(0. 7)3/( 0.90x0.95)53(kw)c时段p g=132x (0. 6)3/( 0.90x0.95) 33(kw) 变频调速情况下的日耗电量154x10+53 x 4+33 x10二2082 (kwh) 工频阀门调节情况下的日耗电量154x24二3696 (kwh) 节电率(3696- 2082)/3696=43.7(%)二.结论风机采用节流调节流量、风量浪费电能，采用电机调速控制能够大幅度节约 电能。调速方式多种多样，具体选用何种方式，需视企业的特定条件而定。就目 前应用的效果来看，选用变频调