变频节能原理及改造的意义

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变频节能技术方案
变频控制方式
该设备有三种控制方式 ：
A、以压力、流量为控制对象的闭环控制：以输入的4～20mA模拟量值为
控制依据，实现自动控制 B、以转速为控制对象的开环控制：该方式在远程操作（DCS或远程操作
箱上操作）用户可根据工况条件自设定转速，变频器以该转速为控制值，该方
式下频率的变化依据用户输入的模拟量，4mA对应0转速，20mA对应额定转 速 C、以频率为控制对象的开环控制：该方式在就地操作（设备本体上操作） 直接从触摸屏上设置输出频率，变频器以该频率为控制目标值 以上三种控制方式用户可通过人机界面（触摸屏）设置，满足不同的工 况要求。
250
流量 Q ∝ n
200 150 100 50 0
0 1 2
功率 P ∝ n3
3
4
5
6
流量下降10%
功率下降27.1%
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变频节能技术方案
电机调速与节能
输入流量与输出功率的关系 100% 80% 60%
P
72.9％ 51.2% 34.3% 12.5% 0% 20% 40% Q
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40% 20% 0%
20
变频节能技术方案
电机调速与节能
电机（负载）调速的典型方案
由
60 f1 n n1 (1 s ) (1 s ) p
可知，若要改变异步电动机的转速，可以有以下方法： （1）改变电动机的磁极对数p （2）改变电动机的电源频率f1 （3）改变电动机的转差率s
（4）外部耦合调速 （5）内反馈调速
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变频节能技术方案
电机调速与节能
电机调速的典型方案：耦合调速
耦合调速：采用机械传递或电磁传递方式来调节负载转 速。常见有：液力耦合器和电磁离合器 电磁离合器原理：电动机拖动主动部分（电驱），通过 调节离合器励磁电流的大小来调节从动部分（负载） 转速。 液力耦合器原理：电动机拖动主动部分，通过调节油压 的大小来调节从动部分（负载）转速。 优缺点: 1、调速性能良好 2、实现复杂 3、调速范围较窄
电机调速与节能 电机调速的典型方案：转差调速
串级调速：转子电路中引入一个附加电动势来 调节电动机的转速。
电机的转子电流： 通过调节附加电势的大小来调节转子电流大小，转矩跟随转子 电流变化从而调节转差。
优缺点: 1、调速性能良好 2、实现复杂 3、只适合绕线式电机
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变频节能技术方案
电机调速与节能
耦合器调节
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变频节能技术方案
电机调速与节能 变频调速的优势：间接经济分析
5、实现软启动，减小电网的冲击 6、实现精细化调节，提高产品的质量和一致性
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变频节能技术方案
变频节能效益
直接经济效益：
15%-50%的节能利润
间接经济效益：
1、减小系统压力、振动，使系统检修成本降低 2、减小负载机械损耗和电机温升，延长使用寿命 3、采用电压源型变频器可提高功率因数，提高电力质量和减小线损 4、降频后，输出电压降低，相对提高电机和线路的绝缘 5、实现软启动，减小电网的冲击 6、实现精细化调节，提高产品的质量和一致性
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变频节能Leabharlann Baidu术方案
电机调速与节能
电机调速节能的原理
对于离心式、轴流式负载在一定的条件下遵循 相似定律
Q（流量）∝n（转速）
2 H（压力）∝n（转速）
P（功率）∝n（转速）
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变频节能技术方案
电机调速与节能
为什么改变电机转速可以节能？
－－离心式负载的相似定律
7 6 5 4 3 2 1 0
0 1 2 3 4 5 6
变频调速机械特性
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变频节能技术方案
电机调速与节能
电机调速的典型方案：转差调速
转差调速：定子调压调速、转子电路 串电阻调速和串级调速。
定子调压调速：通过调节定子电压调节转差 率，由 E＝4.44fNKФ ；T=K’ ФIcos 知：电压降低，Ф减小，负载转矩一定时， I将增大
U1 E1 4.44 f1N1kw1m
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变频节能技术方案
电机调速与节能 变频调速的优势：经济分析
• 直接经济效益 ：节能 • 间接经济效益 1、减小系统压力、振动，使系统检修成本降低 2、减小负载机械损耗和电机温升，延长使用寿命 3、采用电压源型变频器可提高功率因数，提高电力 质量和减小线损 4、降频后，输出电压降低，相对提高电机和线路的 绝缘
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变频节能技术方案
电机调速与节能
电机调速的典型方案：内反馈调速
内反馈调速属于绕线式电机转子串电势调节，与串极调不同， 其电势是通过定子侧辅助绕组感应主绕组而来。
优缺点: 1、能在低压侧实现高压电机的调速 2、仅适用于带有调节绕组的特定绕线式电机 3、调速范围较窄只能在50%以上调速 4、运行效率低，最高效率约为60% 5、功率因素低，约为0.6 6、转速转矩特性差，即使在额定转速下电机转矩明显低于额定转 矩，负载能力明显下降 7、不能实现软启动，启动电流为为额定电流的2.3~3倍
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变频节能技术方案
电机调速与节能
变频器调节
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变频节能技术方案
电机调速与节能 电机调速的典型方案：变频调速
变频调速：改变电源频率从而使电动 机的同步转速变化达到调速的目的的。 优缺点:
1、基本不改变电机的机械特性 2、能实现全频范围内无极调节 3、调节精度高，0.01Hz调节精度 4、传递效率高＞97% 5、电压源型有无功补偿作用 6、适用任何感应式电动机 7、成本较高
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变频节能技术方案
电机调速与节能 变频调速的优势
电机的变频调速与其它调节方式对比具有无可比 拟的优越性
• 适用范围广，覆盖所有的感应式电动机（含同步电动 机和异步电动机） • 调速范围宽，全频率范围内均可调节，甚至超频调节 • 调节精度高，0.01Hz • 不改变电机的机械特性 • 传递效率高，节能显著
优缺点:
1、成本较低 2、调速范围窄 3、电机发热严重
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变频节能技术方案
电机调速与节能
电机调速的典型方案：转差调速
转子串电阻调速：通过调节串 联转子电阻值，改变电机的机 械特性达到调节转差率的目的
优缺点: 1、实现简单，投资较小 2、调速范围窄 3、能耗大 4、只适合绕线式电机
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变频节能技术方案
21.6%
60%
80%
100%
变频节能技术方案
电机调速与节能 电机调速节能的原理
采用不同的调节方式，其传递效率有非常大的区别 • 采用变频器调节，能量传递效率约为：97%×k（电机效率：约 95%） • 采用耦合器调节，能量传递效率为n1/n2×k (n1为负载转速，n2 为电机转速，k为电机效率），当n1＝0.5n2，则效率为50%×k • 采用降压调速，能量传递效率约为：1-s （s:为调速后的转差率） • 采用转子串电阻调速，能量传递效率约为：1-s （s:为调速后的 转差率） • 采用串极调速（理想条件下即能量能100%反馈到电网）：效率 基本为1-s （s:为调速后的转差率） • 变极调速：能量传递效率即为电机效率 • 阀门调节：能量传递效率为：p2/p1（p2：为阀门后压力，p1： 为阀门前压力）
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变频节能技术方案
电机调速与节能
电机调速的典型方案：变极调速
变极调速:通过改变电 动机定子绕组的接线，改 变电动机的磁极对数，从 而达到调速的目的。
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变频节能技术方案
电机调速与节能
当T1、T2、T3外接三相交流电源，而T4、 T5、T6对外断开时，电动机的定子绕 组接法为△，极对数为2P 当T4、T5、T6外接三相交流电源，而T1、 T2、T3连接在一起时，电动机定子绕 组的接法为YY，极对数为P 优缺点: 1、成本较低 2、只适应特定的笼型----异步电动机 3、不能实现连续调节