變頻技術應用范文

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1引言

我電廠的綜合泵房共有9臺水泵,其中有3臺工業水泵,2臺消防穩壓泵,2臺消防泵,2臺生活水泵。而工業水泵承擔著我公司兩臺5萬KW汽機,兩臺額定蒸發量220T/H鍋爐生產用水的供水任務,工業水泵的型號:250SSK468/54,流量:468m3/h,揚程54米,轉速1470r/min,配用功率110KW;配用電機型號Y315S-4B3,電壓380V,電流201A,轉速1480r/min.建廠初期由于設計問題,全部采用工頻運行。為了保證生產的可靠性,各種水泵在設計配用動力驅動時,都留有一定的富余量。電機不能在滿負荷下運行,除達到動力驅動要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成電能的浪費,

2007年由于燃煤機組發電成本越漲越高,為了節能增效,公司采購了2臺西門子MICROMASTER430系列MM400變頻器,對供水量最大的工業水泵進行節能改造。控制方式為1#工業水泵使用一臺變頻器,2#和3#共用一臺變頻器控制。一臺變頻器設一臺壓力變送器,壓力變送器把工業水泵出口母管壓力信號轉換成4—0mA電流信號送到變頻器。變頻器根據變送器提供的電流信號自動調節水泵轉速,從而維持生產需要的供水壓力,形成一個閉環調速控制系統。改造完成后,工業水泵的控制系統不僅很好的完成了公司生產用水的任務,而且給公司節約了大量的能源。

2采用變頻技術前后工業水泵的流量特性

水泵電機工頻運行如圖1所示,當水泵工作在曲線②的A點時,其流量與壓力分別為Q1、P2,此時水泵所需的功率正比于P2與Q1的乘積。由于工藝要求需減小水量到Q2,通過增加管網管阻,使水泵的工作點移到曲線③上的B點,水壓增大到P1,這時水泵所需的功率正比于P1與Q2的乘積,由圖可見這種調節方式控制雖然簡單,但功率消耗并無減少。

若水泵電機采用變頻調速,水泵轉速由n1下降到n2,這時工作點由A點移到C點,流量仍是Q2,壓力由p2降到p3,這時變頻調速后水泵所需的功率正比于p3與Q2的乘積,由圖可見功率的減少是明顯的。

3改造設計

3.1調速控制系統設計

根據終端用戶生產工藝供水要求,考慮若干方面的因素,采用閉環調速控制(圖2)。系統主要由兩部分組成。

(1)控制對象。工業水泵電機功率110kW,額定電流201A;水泵配用功率l10kW,流量468m3/h,揚程54m。

(2)變頻調速設備。變頻器選用西門子MICROMASTER430系列MM400變頻器,適配電動機功率150kW;PLC選用S7-200CPU226;擴展模塊EM235;操作面板選用PSW1711-CTN。

(3)壓力測量變送器(PT)。選用EJA430A-630SE/S1-2Mpa。用于控制水管出口壓力并將壓力信號變換為4mA-20mA的標準電信號,再輸入調節器。

3.2鼠籠型電動機變頻改造設計

(1)變頻器選型。

電機用變頻器運轉同采用工頻電源運轉相比,電機的效率、功率因數將降低,電流增加,對同一負載而言約增加10%,400V電壓等級頻率為50Hz和60Hz時有如下電流關系:I400/50>I400/60。電機變頻運轉在50Hz時溫升裕量小,要降低負載轉矩使用;當電機極數>4極時(如8極、10極等),選擇變頻器容量要用電流來校核,即電動機脈動電流應不超過變頻器的過電流耐量,1脈動<1.51;Ie電機負載很輕時,即使電機的電流在變頻器額定以內,亦不能使用比電動機容量小很多的變頻器。

低速時,電機的銅耗大體與額定時相同,但由于轉速越低,電機冷卻效果越差,定子的溫升會發生變化。因此,選擇變頻器時,要考慮在低速下使用電機的溫升,相應減小運轉轉矩(電流),降低銅耗。

電機運轉在低頻區時,轉矩特性會大幅度降低。對于負載變動大或啟動轉矩大的情況,可選用上一級電動機與變頻器。要考慮電機允許最高頻率的范圍。

(2)容量的選擇。

連續運轉設備所需的變頻器容量的計算,要考慮變頻器傳給電動機是脈動電流,其脈動值比工頻供電時電流要大,因此變頻器的容量須留有適當的量。考慮到離心泵負載的具體情況,并參照廠家提供的產品選擇樣本確定變頻器的容量為150kVA。

4節能效果計算

節能效果可按GB12497《三相異步電機經濟運行管理》強制性國家標準實施監督指南中的計算公式計算:采用閥門調節流量對應電動機輸入功率P1V與流量口的關系為:

P1V=[0.45+0.55(Q/QN)2]P1e;

式中P1e——額定流量時電動機輸入功率,KW;

QN——額定流量,m3/h;

工業水泵采用變頻調速后節電率Ki為:

Ki=1-(Q/QN)3/[0.45+0.55(Q/QN)2]。

低壓配電系統運行電壓380V,電機實際運行電流201A,水泵電機功率l10kW、極數4極、實際出力為55%～83%,取Q/QN=0.69得:

Ki=1-(Q/QN)3/[0.45+0.55(Q/QN)2]=1-0.693/(0.45+0.55×0.692)=0.5385;

P1e=1.732×380×201=132KW;

P1V=(0.45+0.55×0.692)×P1e=0.7119×132=94kW。

變頻器調速調節水量時相對閥門調節水量的節電率為0.5385。設備運行每年按300天計算。年節電量超過27萬kW/h。按電價0.55元/kW/h計算,年節約電費超過14.8萬元,技術經濟效益可觀。

5我公司變頻器其它方面的應用

工業水泵變頻節能改造成功之后,公司又對兩臺消防穩壓泵和兩臺除鹽水泵進行了改造。兩臺消防穩壓泵自動切換使用一臺西門子MICROMASTER430系列MM400變頻器;兩臺除鹽水泵自動切換使用一臺西門子MICROMASTER430系列MM400變頻器。也都獲得了很好的節能效果。

然而,在電廠廠用電中耗電最多的四大輔機:給水泵(3臺),引風機(4臺),一次風機(2臺),二次風機(2臺),卻仍然沒有采用變頻或是液力耦合等節能技術。電機全部工頻運行,只是用調節其出口閥門開度來調節介質流量,系統癟壓情況較嚴重,壓力不穩定。設備振動厲害,給生產帶來很多不穩定的因素,同時浪費了大量電能。

公司管理層現已經越來越意識到節能的重要性,也正在進行有計劃的改造工作。希望不久的將來能給公司帶來更加可觀的經濟效益。