风机水泵节能技术.doc

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1、风机水泵节能技术的研究------异步电动机转子斩波调速技术一.目的意义泵与风机在国民经济各部门中占有重要的地位，它广泛应用于冶金、化工、纺织、石油、煤炭、电力、国防、轻工和农业等生产部门，由于泵与风机属于通用机械，因而在国民经济各部门生产和生活中应用十分广泛。从生产方面来看，泵与风机耗电量所占和的比例数非常高，其年耗电量约占全国用电量的1/3，占全国工业用电量的40%~45%。可见，泵与风机自身的电力消耗相当大，这就要求泵与风机在低耗能、高效率工况下工作，以达到节能的目的。泵与风机的节能途径包括泵与风机本身节能

2、、系统节能、运行节能三个方面。泵与见机本身节能是前提，系统节能是关键，运行节能是最终体现。三个方面密切相关，互为因果。节能的泵与风机系统是实现运行节能的不可缺少的必要条件,对于经常改变工艺的泵与风机系统，在调节中要注意能量回收或减少能量消耗，尽量不用节流调节方式。建议采用调速以及分流的方法，使泵与风机和电机仍处于高效工况下工作。二.现状在风机水泵等流体机械等的调速方案中，可采用的调速方案很多，有串级调速，有变频调速，有转差离合器调速，有调压调速等等，这些调速方案各有其优点，也各有自己的不足。至于具体采用哪种调速方

3、案，需要根据工艺要求，负载性质，功率大小，拖动电机的类型等因素来确定。研究各种系统的泵与风机的选用规范和计算方法是放在广大用户和泵与风机行业面前最大的节能课题，这方面的节能潜力比提高泵与风机本身效率的潜力大许多倍。我们必须重视泵与风机的选型工作，提高泵与风机技术，并使之规范化。本文所要介绍的是一种设备简单、工作可靠、初投资少、功率因数高的调速方案——异步电动机转子斩波调速方案。该方案与次同步串级调速方案相比较，其共同点是两种方案的转速都是通过损耗功率控制获得调节，其区别在于次同步串级调速是将转差功率通过逆变回馈到

4、电网，而斩波调速则是将转差功率在转子回路中消耗。因此斩波调速是低效调速方案，而次同步串级调速是高效调速方案。本文重点是对斩波调速系统的节能效果作以分析和计算。三．异步电动机转子斩波调速技术1.原理及节能分析异步电动机转子斩波调速系统的原理图如图1所示。关于这种调速系统的工作原理，机械特性分析以及主回路的设计计算可参阅文献[2]。由图可见，异步电动机转子斩波调速是通过改变斩波开关K的占空因数，从而改变电机转子外串电阻Rc大小，使电动机的转速得到调节，它是属于耗能调速。如果忽略其定子铁耗、铜耗，可认为电机的电磁功率P

5、m就是电机的输入功率P1，则调速时电机的效率为：由式1可看出：降低电机转速，电机的转子电路损耗增加，电机的效率会呈线性的降低。因此调速会使电机本身耗能而不能节能。但是，对于风机水泵类负载，当转速较低时，所需功率与转速的三次方成正比减少，即：由式3可知：降低转速，电机的输入功率很快减少，可避免过安装功率损耗。它比节流法能节约大量的能源。这是风机水泵调速节能的理论依据。对于风机泵类负载，其最高速时的损耗和节能按前面计算。但在调速时负载电流随转速而变化，由于风机泵类负载工作在机械特性的线性段，在低速时可将M与Id的关系

6、线性化，于是该类负载转矩与转速的平方成正比的关系可转化为Id与转速的平方成正比的关系。即低速时的电流为：由上述数据可见：采用斩波调速，其节能数量相当可观，运用于实际中必将收到较好的经济效益。2斩波调速与次同步串级调速的比较如前所述斩波调速与次同步串级调速都是通过控制转差功率使转速获得调节。但斩波调速相当于改变转子外串电阻调速，低速时其转差功率在转子回路中白白浪费掉；而次同步串级调速则町把相当于外接可变电阻损耗的电功率回馈至电网。可是在风机水泵调速中，能回收的能量是很有限的。在转差功率最大S=1／3时，用斩波法调速

7、和串级调速都可以使拖动风机水泵的电机输入功率减少大约50％P。(即节能50％)，由此可知，调速节能是主要的。就一般情况而言，在中小功率水泵风机系统中，调速范围要求不大，因此产生的转差损耗也不大。次同步串级调速虽能把这不大的转差损耗功率的一部分回馈到电网，但因回馈的电能质量差，功率因数低、波形差，反而使电网损耗增加，会产生得不偿失的效果。此外，串级调速设备复杂，造价较贵，维修技术水平要求高，致使运行可靠性低。而转子串电阻斩波调速虽为低效调速方案，但在中小功率风机水泵系统中效率已不再为主要矛盾。因此在这种情况下采用斩

8、波调速比次同步串级调速好。而且斩波调速具有实现方法简单，初投资少，可靠性高，起动性能好等优点。3斩波调速与变频调速比较毫无疑问，变频调速方案是异步电动机调速方案中最佳的调速方案，最有发展前途。该调速方案的特点是调速性能好，调速精度高，最适合于对调速性能要求较高较严的场合，如空调中风机进行PID温度控制，空气压缩机的恒压供气，智能大楼中的恒压供水等。然而在非恒压供气或供水的