0705新2第五讲经济效益赞变频.docx
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0705新2第五讲经济效益赞变频
第五讲细说效益赞变频
５．1节能原因多方找
５．１．1 全速运行浪费大
图5－1 二次方律负载的全速运行和变速运行
1．二次方律负载
图5－2 恒转矩负载的全速运行和变速运行
2．恒转矩负载
５．１．2 调速方法细观察
５．1．2．1 电机功耗看转差
图５－3异步电动机的功率关系
１．输出功率
ＰL＝
２．电磁功率
ＰM＝
≈
３．转子的功率损失
ΔＰM＝ＰM－ＰL≈
图５－4绕线转子异步电动机的功率关系
５．1．2．2 增加转差损耗大
图５－5变频调速的功率分配
５．1．2．3 变频不把转差拉
５．1．2．4 直流电机效率差
图5－6 直流电动机和异步电动机的效率
５．１．3 小马应由小车拉
1．大马拉小车的分析
异步电动机轻载时：
图5－7 大马拉小车的分析
（1）COSφ低；
（2）η低
2．降压节能的原理
（1）工频运行时
图5－8 降压可节能
图5－9 变频时的降压节能
（2）变频运行时
3．变频器的相应功能
（1）低减Ｕ∕ｆ比节能
图５－10节能与Ｕ∕ｆ比
图５－11电流－电压曲线
（2）自动搜索最佳工作点（电流－电压曲线）节能
５．１．4 特性不符情意差
图5－12 直流电动机的有效转矩线
ａ）直流电动机 ｂ）机械特性曲线 ｃ）有效转矩线
1．直流电动机的有效转矩线
图5－13 机械调速的有效转矩线
ａ）机械调速 ｂ）有效转矩线
2．机械调速的有效转矩线
图5－14 直流电动机和机械调速带二次方律负载
ａ）直流电动机带风机 ｂ）机械调速带风机
3．特性不符的结果
①──风机的机械特性
②──直流电动机的有效转矩线
③──机械调速的有效转矩线
５．2 风、水这边独好
５．2．1 恒压供水已有成就
5．2．1．1 供水系统的模型和主要参数
图５－15 供水系统的基本模型
１．供水系统的基本模型
2．主要参数：
流量是单位时间内流过管道内某一截面的水流量，符号是Ｑ，常用单位是ｍ3∕ｍｉｎ。
扬程是单位重量的水被水泵上扬时所获得的能量，符号是Ｈ，常用单位是ｍ。
扬程主要包括三个方面：
（１）提高水位所需的能量；
（２）克服水在管路中的流动阻力（管阻）所需的能量；
（３）使水流具有一定的流速所需的能量。
全扬程
也叫总扬程，或水泵的扬程。
是说明水泵的泵水能力的物理量。
包括把水从水泵的吸入口上扬到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，符号是ＨT。
实际扬程
即通过水泵实际提高的水位所需的能量，符号是ＨA。
损失扬程
全扬程与实际扬程之差，即为损失扬程，符号是ＨL。
ＨA、ＨT和ＨL之间的关系是：
ＨT＝ＨA＋ＨL
管阻
表示管道系统（包括水管、阀门等等）对水流阻力的物理量，符号是Ｒ。
压力
是表明供水系统中某个位置（某一点）水压的物理量，符号是ｐ。
其大小在静态时主要取决于管路的结构和所处的位置，而在动态情况下，则还与供水流量与用水流量之间的平衡情况有关。
5．2．1．2 供水系统的基本特性与工作点
１．扬程特性
图５－16供水系统的扬程特性
以管路中的阀门开度不变为前提，表明在某一转速下，全扬程与流量间关系的曲线ＨT＝ƒ（Ｑ）。
２．管阻特性
以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，全扬程与流量间关系的曲线ＨT＝ƒ（Ｑ）。
图５－17供水系统的管阻特性
图５－18供水系统的工作点与调节流量的比较
３．供水系统的工作点
４．供水功率
ＰG＝ＣP·HT·Q（ｋＷ）
供水系统的额定功率与面积ＯＤＡＧ成正比。
5．2．1．3 供水系统节能的几个方面
1．供水功率的节能如图5－18：
（1）阀门控制法
设ＱX＝６０%ＱN，当关小阀门时，管阻特性为曲线③，扬程特性仍为曲线①，工作点移至Ｂ点。
供水功率ＰG与面积ＯＥＢＦ成正比。
（2）转速控制法
当ＱX＝６０%ＱN时，扬程特性为曲线④，管阻特性仍为曲线②，故工作点移至Ｃ点。
供水功率ＰG与面积ＯＥＣＨ成正比。
（3）两种方法的比较 转速控制方式节约的供水功率ΔＰ与面积ＨＣＢＦ（图中的阴影部分）成正比。
（4）比较前提
调速之前也具有自动平衡流量的功能（阀门开度能够自动调节）。
图5－19 ΔP与流量的关系
（5）ΔP有最佳点
2．电动机输出功率的节能
（1）水泵工作效率的近似计算公式
ηP*＝C1（
）－C2
C1－C2＝１。
（2）不同控制方式时的工作效率
阀门控制法设C1＝１.９；C2＝０.９，则：
Ｑ＊
０.２
０.４
０.６
０.８
１.０
１.２
η＊
０.３４
０.６２
０.８２
０.９４
１.０
０.９８
转速控制法
η＊≡１.０
节能效果
Q*
０.４
０.６
０.８
０.９
ｆX
２０Ｈｚ
３０Ｈｚ
４０Ｈｚ
４５Ｈｚ
ΔＰG*
０.３３６
０.３８４
０.２９
０.１７
ΔＰM*
０.６６９
０.５５４
０.３４２
０.１９１
ΔＰG*──供水功率的节能效果（未计入水泵效率）
ΔＰM*──电动机输出轴的节能效果（计入水泵效率）
3．电动机输入功率的节能
通过变频调速，可以较好地消除大马拉小车的现象，提高电动机的功率因数和效率，进一步减小电动机的输入功率。
5．2．1．3 恒压供水系统的控制
1．接线图
图5－20 恒压供水电路
2．主要功能预置（采用森兰BT12S系列变频器）
功能码
功能名称
数据码
数 据 码 含 义
F04
最大频率
50Hｚ
F07
转矩提升
1
最小档
F08、F09
加减速时间
30ｓ
F44
控制对象
4
压力控制
F45
负载选择
1
二次方律负载
F47
目标给定
1
模拟电压0～5V
F50
反馈方式
2
反馈量为模拟电压1～5V
F51
反馈逻辑
0
正逻辑
F60
比例常数
1000
F61
积分时间
50ｓ
图5－21 暂停运行功能
3．暂停运行功能
相关功能预置（采用康沃CVF－P2系列变频器）
功能码
功能名称
数据码
数 据 码 含 义
H－62
压力表量程
1MPａ
采用远传压力表
H－63
报警下限
0.8MPａ
H－64
报警上限
1.2MPａ
H－65
下限压力
0.85MPａ
H－66
上限压力
1.15MPａ
H－67
苏醒阀值
0.9MPａ
图5－15中之ｐL
H－68
睡眠阀值
1.1MPａ
图5－15中之ｐH
H－69
判断时间
300ｓ
图5－15中之td
５．2．2 水位变频节能也优
５．2．2．１水位控制的节能分析
图５－22水位控制的特点与节能
１．水位控制的特点
水位低于下限水位ＬL时，起动水泵，向储水器内供水；
水位达到上限水位ＬH时则关闭水泵，停止供水。
水泵的任务是提供一定容积（下限水位与上限水位之间）的水。
２．水位控制的节能分析
依据：
Ｖ＝Ｑ1ｔ1＝Ｑ2ｔ2
设：
ｎ1＝ｎN→Ｑ1＝ＱN→ｔ1＝１小时→Ｗ1＝Ｐ1×１。
如：
ｎ2＝０.８ｎN→Ｑ2＝０.８Ｑ1
→ｔ2＝１/０.８＝１.２５小时
→Ｐ2＝（０.８）3Ｐ1N＝０.５１２Ｐ1N
→Ｗ2＝０.５１２Ｐ1N×１.２５＝０.６４Ｗ1。
ΔＷ＝Ｗ1－Ｗ2＝０.３６Ｗ1。
即，可节能３６％。
图5－23 水位控制方案
3．水位控制方案
（1）水位低于LL→E2“失电”→（E2＝0，Ē2＝1）
→FWD得到信号，变频器运行，且自锁；
传感器状态
X2状态
X1状态
预置频率
Ē1＝1，E2＝0
0
1
50Hｚ
（2）水位高于LL→E2“得电”→（E2＝1，Ē2＝0）：
传感器状态
X2状态
X1状态
预置频率
Ē1＝1，E2＝1
1
1
40Hｚ
（3）水位达到LH→E3“得电”→Ē3＝0→变频器停止；
（4）如水位上升到LHH→E4“得电”→紧急停机。
５．2．2．２水源水位变化的节能分析
图５－24冬季的进水特点
１．冬季的进水特点
图５－25夏季的进水特点
２．夏季的进水特点
ΔＰ＝ｋ（Ｈ2Ｑ2－Ｈ2’Ｑ1）
可见，采用变频调速后的节能效果是相当可观的。
５．2．3 空调变频控制讲究
５．2．３．１中央空调系统的构成
图５－26中央空调系统的大致构成
可调速部分：
1．冷冻主机
2．冷却水系统
3．冷冻水系统
4．冷却塔风机
图５－27冷却水系统及其类比电路
５．2．３．2 冷却水系统的节能分析
图５－28冷冻水系统及其类比电路
５．2．３．3冷冻水系统的节能分析
５．3 切换方式要思考
５．3．１ 森兰BT12S变频器的切换功能
图５－29１控３主电路
1．主电路
2．扩展控制电路
图５－30扩展控制电路
3．功能预置
功能码
功能名称
数据码
数 据 码 含 义
Ｆ５３
电动机台数
２
１控３模式
Ｆ５４
起动顺序
０
１＃机首先起动
Ｆ５５
附属电动机
０
无附属电动机
Ｆ５６
换机间隙时间
１００ｍｓ
Ｆ５７
切换频率上限
４９.5Ｈｚ
Ｆ５８
切换频率下限
３５Ｈｚ
５．3．2 瓦萨CX变频器的泵类控制模式
1．水泵台数
（1）变频泵1台；
（2）辅助泵0～2台。
图5－31 泵类与风机控制的外接控制端
2．基本接线图
3．功能预置
功能码
功能名称
数据码
备 注
9.1
辅助泵数量
2
9.2
起动1号辅助泵的上限频率
49.5Hｚ
9.3
停止1号辅助泵的下限频率
35Hｚ
9.10
起动辅助泵的确认时间
30ｓ
9.11
停止辅助泵的确认时间
30ｓ
9.12
起动1台辅助泵后目标值增量
0.5%
9.16
休眠的下限频率
30Hｚ
9.17
休眠的确认时间
60ｓ
9.18
唤醒的下限压力
90%
5．4 效益核算要周到
５．4．１运行节能当然好
１．风机、水泵
一般说来，节能效果约为（２０～７０）％。
２．起重机械
总体来看，节能效果一般在（３０～６０）％左右；
３．龙门刨床
据实测结果，节能约（２０～４０）％左右。
５．4．２电机故障大减少
１．直流电动机
直流电动机的电刷和换向器是最大的薄弱环节。
２．绕线转子异步电动机
绕线转子异步电动机的电刷和滑环，也是薄弱环节。
３．电磁调速电动机
电磁调速电动机也有电刷和滑环，也是薄弱环节。
５．4．３设备寿命有提高
１．机械的磨损减少
２．电动机的故障率下降
３．机械的故障率大幅下降
（１）在供水系统中，水锤效应被彻底消除；
（２）卷取机械的磁粉离合器等易损件取消；
（３）起重机械的制动闸皮、操作杆等配用件的寿命延长了。
５．4．４产品质量变好了
１．轴承光洁度提高
２．浆纱同步准确
３．电梯平稳舒适
４．空调的恒温效果变好
５．空压机的供气质量提高，压力稳定，也能使产品质量提高。
５．4．５意外惊喜常常报
（１）以重油为燃料的燃烧炉，采用变频调速实现恒压供油后，非但节电节油，并且由于燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟了；
（２）锅炉的鼓风机和引风机采用变频调速后，非但由于燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟，并且因为平均转速降低了，噪音也大为下降。
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