精品风机水泵节能分析.docx

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精品风机水泵节能分析

风机水泵节能分析

LH-300型节电装置，是我公司研制生产的具有国内领先水平的最新一代中低压电动设备专用节电产品，它是目前独具特色的高智能化节电装置，可广泛用于水泵、风机、电机、制冷机、空压机、注塑机、中央空调系统等电动设备。

该产品是集国际先进的可编程技术、变频技术、智能化控制技术为一体，采用专门设计的节电控制软件和节能波形，自动调节电动设备的供电参数并进行优化控制，使系统始终保持在最佳经济运行状态，最大限度的节约电能，从而达到减少电费开支的目的。

1、节电原理：

当电动设备处于空载、半载、轻载、满载、超载时，通过主板控制系统，根据负载的工作状态，变频调速动态调整供给电动设备的电压、电流、有功量、无功量、频率、功率、功率因数等达到转距与负载精确匹配，使电动设备保持在最佳、最经济的运行状态。

2、设备保护

1）、节电装置本身具有软启动功能，能使电机在设置好的V/F曲线上平滑调速和起制动，保持V/F比值基本不变，这样在相当小的电流下也能达到高启动转距，保持设备正常启动，启动电流的降低，可以消除高启动电流对设备的冲击，使齿轮和传动带平稳运转，延长其使用寿命。

2）、节电装置具有完善的故障诊断系统和保护功能，其内部设有电子过热过载继电器能根据节电装置输出电流/频率时间的模拟来监视电动机的缺相、过压、过流、过载及过热，及时停止节电装置输出，保护电动机免遭过热烧毁。

3）、节电装置对电源方面的过压、欠压、缺相等进行检测并显示，可帮助维修人员及时找到故障点。

4）、可通过对载波频率的设置，有效的减少电机噪声，减少电机漏电流。

3、节电装置带有市电（正常用电，非节电状态）和节电的转换装置，当节电状态出现故障时，将开关打到市电状态，生产设备仍可正常运转，对生产不会产生影响。

低压风机水泵节能装置的节能原理

1、变频节能

由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）╳H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。

即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。

例如：

一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％.

2、功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用节电装置后，由于节电装置内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

3、软启动节能

由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（4-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。

而使用节能装置后，利用变频技术的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。

节省了设备的维护费用。

系统特点：

1．输入功率因数高，在整个速度范围内典型值为95%或更高，电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置

2．输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，可接普通电机，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片的机械震动，输出线可以长达100米

3．标准操作面板配置或LED屏操作界面

4．功率电路模块化设计，如果需要，可在数分钟内更换损坏的模块，维护简单

5．完整的故障检测电路，精确的故障报警保护

6．自带冷却风机

7．内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要

8．可灵活选择现场控制、值班室远程控制

9．完整的系统参数设定功能，调试简便

高压风机泵类节电方式:

高压电机线路串接高压变频调速装置

下面为我公司高压变频技术特点

（1）高压变频调速系统技术特点

高压变频调速系统，可靠性高、易操作、高性能，能够实现对风机的机械调速节能、改善生产工艺。

目前的高压变频器技术采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制。

基本性能

高压变频器为高－高结构，6kV直接输出，不需输出升压变压器，输出为单元串联移相式PWM方式；

系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可。

48脉冲输入符合并优于IEEE519～1992及GB/T14549～93标准对电压失真和电流失真最严格的要求；

在20～100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数，并且电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；

无需滤波器变频器就可输出正弦输出电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机不必降额使用。

具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行；

变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。

可避免风机喘振现象。

变频器有共振点频率跳跃功能；

变频装置对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和dv/dt的影响；

控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题；

具有就地监控方式和远方监控方式。

在就地监控方式下，通过变频器上的触摸屏显示，可进行就地人工启动、停止变频器，可以调整转速、频率；

变频器高压主回路与控制器之间为光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性好；

输出频率0.5-120Hz（根据电机情况可设定）；

变频器抗地震能力为7级，振动0.5G；

功率电路模块化设计，维护简单；

可灵活选择现场控制/远程控制；

可接受和输出0～10V/4～20mA工业标准信号；

通常都自备UPS，可维持30分钟。

具有旋转再起动功能

结构

变频器的功率单元为模块化设计，可以方便的从机架上抽出，移动和更换，如果某一单元由于故障而不能正常工作，可以在允许设备退出的时间用备用单元将其替换。

逆变器侧采用高开关频率的IGBT器件，保证良好的输出波形。

输入侧的隔离变压器能保护电机不受共模电压的影响。

整个变频系统采用强迫风冷，满足变频装置的安全可靠地运行。

保护

输入变压器带浪涌吸收保护

变频装置还具有以下保护功能：

a过电压保护。

b过电流保护。

c欠电压保护。

d缺相保护。

e过载保护。

f过热保护。

g光纤故障保护。

（2）.高压变频调速系统原理

高压变频调速系统采用直接“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，输入总谐波畸变小于4%，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等

问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机

功率单元：

每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。

每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构图如下，系统为基本的单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，IGBT逆变桥的控制方式为PWM控制，并且有自动单元旁路功能。

功率单元内器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，可以直接使用低压功率器件，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题，而且功率单元中采用的低压IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠，器件工作在低压状态，不易发生故障。

变压器柜：

主要包括为功率单元供电的移相变压器，还有输入侧的电压、电流检测器件电压互感器和电流互感器，以及温度检测器件温控器。

功率柜：

柜内主要对功率单元进行组合，通过每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，得到非常好的PWM波形，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶轮的机械应力。

柜内还附带输出电流和电压检测功能，

控制柜：

控制器设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。

嵌入式人机界面提供全中文WINCE监控和操作界面，同时可以

实现远程监控和网络化控制。

控制器还包括一台内置的PLC，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号（包括DCS/RS485/Profib）

（3）高压变频调速系统的安全可靠性保证

a、高压变频调速系统的可靠性设计：

该为了确保元器件的高可靠性，我们将要求供货商在完成相同功能的元器件之中，尽可能选择MTBF时间长的元器件。

我们将要求供货商尽量选用高集成度的大规模集成电路来实现多个分立元器件的功能。

为提高系统的温度适应能力，降低功耗，我们将要求供货商尽量采用低功耗的CMOS元器件，这样既降低了整体的功耗，也提高了系统抗恶劣环境的能力。

我们将要求供货商在设计上满足我们的如下要求（我们的技术人员通过调研，确认我们的要求在技术上是完全可行的，并且技术上已经非常成熟）：

（1）上位操作计算机采用与主控计算机基本相同的软硬件配置，当主控计算机发生故障时，可以在不停机的状态下，迅速替换，以保证系统的可靠性运行。

（2）控制系统由主控单元、PLC、主控计算机组成，在主控计算机发生故障时，系统不停机，确保生产的进行。

（3）为了提高系统的抗干扰能力，所有的功率模块与主控单元之间通过光纤通讯，低压和高压部分完全可靠隔离。

（4）控制器结构上采用VME标准箱体结构，各控制单元板采用FPGA、CPLD等大规模集成电路和表面焊接技术，以提高系统的可靠性。

（5）电源系统采用开关电源技术，各部分功能单元采用独立的供电措施，保证在某一部分发生故障时，其他部分仍能可靠运行。

（6）输入干式变压器要求免维护，可靠性高；

（7）采用多级模块串联技术，以使器件工作在低压状态，便于采用成熟技术，不易发生故障；

（8）整个系统的组成软件需要经过严格测试，穷尽各种故障可能，确保系统不死机，不出故障。

对所有接口关系严格定义，且均设立非法进入和退出处理措施。

（9）遇到负荷波动大的工况，要求进行特殊设计，提高其抗电网波动的能力，做到电压波动在±10%以内时，变频器可以维持满额输出；电网电压降落在-15%~-35%以内时，变频器短时降额运行，不进行欠压保护，等电网电压恢复正常后，20s内变频器自动恢复到原来的工作状态，减少甚至杜绝电压跌落造成的停机现象。

（10）为避免电网短时失电对矿区生产造成影响，要求高压变频器具备来电自启动功能。

当电网电压消失后，变频器紧急停机，如果在20秒内电源恢复，变频器会进行自动启动，恢复停机前的运行状态。

（11）要求高压变频器具有单模块旁路技术。

当高压变频系统运行过程中出现一个功率单元故障时，系统可以自动旁路故障单元，同时改变三相输出电压的相位角保证线电压平衡。

从而，有效提高模块故障情况下的系统载荷；最大限度的减低因功率单元故障给矿区生产带来的比例影响。

b、高压变频调速系统的可靠性制造：

（1）在器件采购管理上以及进口渠道上，要严格保证器件的质量。

（2）所有的板级产品需要采用先进的机器焊接技术来生产。

（3）需要对板级产品进行老化测试。

所有电路板以及功率模块单元在生产后全部要进行高低温循环试验、加电老化72小时以上，以淘汰不合格品。

山东乐航节能科技股份有限公司

技术支持部

二零零八年六月