施比德变频器在风机水泵调速节能改造案例

节能降耗、增加效益是全社会应为之努力的方向。我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。应用于风机、水泵等设备的传统方法是通过调节出口或入口的挡板、阀门开度来控制给风量和给水量，其输出功率大量消耗在挡板、阀门地截流过程中。另外，由于在通常的设计中为了满足峰值需求，水泵选型的裕量往往过大，也造成了不应有的浪费。根据风机、水泵类的转矩特性，采用变频调速器来调节流量、风量，将大大节约电能。下面就分析一下在风机水泵类负载中使用Speeder施比德变频器所能达到的效果。
   一、通过Speeder施比德变频器调速达到的一次节能
下面以水泵为例来说明，由图1可以看到：
流量Q正比于转速n
压力H正比于n2
转矩T正比于n2
功率P正比于n3

图1 水泵流量、压力、功率曲线
在普通的水泵流量控制中使用阀门来调节，如图2所示：

图2 阀门控制水泵流量
       管道阻力h与流量Q的关系为h正比于RQ2，其中R为阻力系数；电机在恒速运行时，流量为100%情况下（工作点为 A），水泵轴功率相当于Q1AH1O所包容的面积。电机在恒速运行时，采取调节阀门的办法获得70%的流量（工作点为 B），将导致管阻增大，水泵轴功率相当于Q2BH2O所包容的面积，所以轴功率下降不大。采用Speeder施比德变频器调速控制流量时，由于管道特性没有改变，水泵特性发生变化（工作点为 C），轴功率与Q2CH3O所包容的面积成正比。故其节能量与CBH2H3所包容的面积成正比，输入功率大大减小。 如图3所示：

图3 变频调节水泵流量
       正如前面提到的，轴功率P与转速n的三次方成正比。采用Speeder施比德变频器进行调速，当流量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%,如果流量下降到60%,轴功率N可下降到额定功率的21.6%,当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等.即使这样,这个节能数字也是很可观的,因此在装有风机水泵的机械中,采用转速控制方式来调节风量或流量,在节能上是个有效的方法。
   二、风机水源节能的计算：
       风机水泵流量变化量，如前所述，采用Speeder施比德变频器调速是节电之有效的措施。根据GB12497对电机经济济运行管理的规定有如下的计算公式。
济运行管理的规定有如下的计算公式。
　　采用档板调节流量对应电动机输入功率P1V与流量Q的关系为：
P1V≈[0.45+0.55（Q/QN）2]P1e             （1）
式中：
P1e——额定流量时电动机输入功率（kW）。
QN——额定流量

   三、应用实例：
       某水泥厂机立窑离心风机245KW，电机4极、实际用风量为0.6～0.7，准备改造为Speeder施比德变频器驱动，估算节电率和投资回收期。

由（1）式P1V=〔0.45+0.55（0.65）2〕X 245=0.6428×245=157（KW）
       采取风门调节风量时风机所需的轴功率为157kW，Speeder施比德变频器调速器调风量时相对调节风门调风量的节电率为0.6。年节电量，每年按300天计算24×306×157×60%=678240KWh≈67.8（万kWh）
       年节电费（电价0.40元/kWh）　0.4×678240=27万元
       投资回收期:　投资回收期=设备投资总额（元）÷年节电费（元）
　　                      =18÷27=0.67（年）=8（个月）
       由此可判定，该水泥厂机立窑离心风机采用Speeder施比德变频器驱动后，年节电量67.8万kWh，年节电费27万元，投资回收期8个月，技术经济效益可观。
　　该水泥厂订购了一台变频调速柜、内装佛山施比德变频科技的SPD8000G250R0G3－250kW变频器一台，另有空开、熔断器、电表、指示灯等。投入运行后，变频器频率调到35Hz左右满足机窑立风量要求，这时电动机电流210A左右，变频器输电压、298V，实际输出功率为
  P=√3 IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW
       与理论计算值157×0.6=94.2kW基本吻合。
　　通过以上分析可以看出，风机水泵采用Speeder施比德变频器调速后，节电效果是明显的（节能超过50%），此外，机械的转速降低后，机械的磨损减少，使用寿命延长了，间接经济效益也很可观。