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变频水泵控制系统节能估算

2015-02-25程红苓天津市天铁轧二制钢有限公司天津300400

天津冶金 2015年1期
关键词:变频器节能水泵

程红苓(天津市天铁轧二制钢有限公司,天津300400)

变频水泵控制系统节能估算

程红苓(天津市天铁轧二制钢有限公司,天津300400)

[摘要]为了节约电能,在满足生产要求的前提下,利用变频器控制水泵调节流量的方法来代替传统的阀门控制。通过绘制扬程-流量特性曲线,选取两点计算电机轴的输出功率并进行比对,经计算,可节约电能20% ~30%。变频器节能实现了调速无级化,能够满足生产的需要,保证了产品质量。

[关键词]变频器;水泵;节能

1 引言

经济的发展对能源的需求不断增加,从而导致能源稀缺和环境恶化,这已成为当今社会的两大难题,所以节能减排十分必要。变频器在一定情况下可以节能,在满足生产要求的前提下降低频率,在一定范围内,下降值越大,节能越多。本文将对变频水泵控制系统进行节能估算。

2 变频器———水泵系统节能估算

2.1节电与负载率的关系

变频器节电的原理是将原需通过其他消耗能源的方式达到的工艺要求通过变频调速的方式实现同样的工艺要求。节电多少与负载类型及负载率有关,若同一台电机负载变化大,负载率低,节电率相应高一些。负载类型包括:恒转矩负载、恒功率负载、二次方律转矩负载等。据试验显示,二次方律转矩负载使用变频器时实现的节电效果最显著。下面以本单位水泵为例对变频器的节电情况进行估算。

2.2水泵及用水量概况

本单位水处理浊环井供穿水冷却水,现采用上海凯泉泵业有限公司的单级双吸离心泵供水,扬程为78 m,电机功率250 kW,工频,三角型直接启动。经多年观察,发现供穿水冷却水根据轧制产品性能的不同,所需水流量及压力不同,所需流量不同:550~820 m3/h,压力0.73~0.83 MPa。由于其流量变化大,在保证工艺要求压力的情况下,将其改为变频器控制,可节省电能,计算过程如下。

2.3针对某一工作点计算节电情况

2.3.1根据实际运行数据绘制扬程-流量特性曲线

这里仅估算流量在600 m3/h时,使用变频器与不使用变频器两种情况电能消耗情况。水泵的额定流量719 m3/h,即转速为额定1 480 r/min时,水的流量为719 m3/h。由实际运行数据(见表1)可画出水泵的实际扬程(压力)-流量特性曲线,见图1。

由图1可知:假设原工作点在额定运行点A,A点的流量为719 m3/h,压力为0.75 MPa,非变频控制时若想减小流量,应当关小阀门,此时工作点由A点转移到C点,流量下降为600 m3/h,压力上升为0.80 MPa。变频控制时,若想获得C点的流量,应当降低频率,从而降低转速,工作点由A点变成B点,流量与C点流量相等,压力比A、C两点降低了。

表1 实际运行数据表

图1 水泵的实际扬程(压力)-流量特性曲线

2.3.2计算非变频控制时C点电机轴的输出功率

查表1可知,流量为600 m3/h,压力为0.8 MPa,电流为356 A,则电机轴输出功率为:

2.3.3计算变频控制时B点电机轴的输出功率

(1)流量:600 m3/h不变。

(2)压力:大于0.55 MPa(根据图1可知)。

生产要求大于0.5 MPa即可,这里压力大于0.55 MPa,符合生产要求。

(3)电流:269 A。

①先计算600 m3/h时电机的转速为1 235r/min。

②由转速可知频率为41.6 Hz。

③假设变频器在此阶段调节时的V/F比为定值,计算41.6 Hz下的电压为316 V。

④已知水泵属二次方律转矩负载,即电流与转速的二次方成正比。

由以上可知,

2.3.4比较B、C两点的节能情况

这里计算的是P2,若计算P1,则加上定子铜损,机械损耗,附加损耗,电磁功率,不再详细计算,故以P2估算电费。一年按249天连续运转,电费按0.68元/kW·h计算。若选用西门子变频器6SE7036-0EK60(590 A),本身耗电量8.2 kW,效率95%以上。

非变频控制时用电量:

变频控制时用电量:

节电:

节约成本:

由以上可知:对于水泵来讲,变频器节能的前提是降低了某个工况参数,即压力,降低以后的数值仍然满足生产要求,一年可节约电费24.7万元左右。

3 实际应用效果

为了确保本改造项目的成功,我们先将一台恒压供水系统的水泵改为变频控制,电动机功率为55 kW。运行一段时间后,根据长期记录的数据可知:用水量最少时,改造前的电流为70 A,计算出的电机轴输出功率约37 kW,改造后电流为30 A,计算出的电机轴输出功率约8 kW,显然可节约电能30%以上,试验取得了很好的节电效果。以后我们会将穿水冷却水泵也改为变频器控制。

4 结束语

变频器的出现为我们节约了很多电能,使调速无级化,更能满足生产的需要,保证了产品质量。但变频器的污染问题也是一个不可回避的现实。目前治理变频器污染的主要措施是在其输入端加装输入电抗器、无线电噪声滤波器、输入滤波器,输出端加输出滤波器,采用屏蔽电缆等,从而提高功率因数,减少谐波,减少干扰,减少噪声,使用电质量符合国家规定标准。变频器可与PLC联网,为实现工业自动化提供保证,还可以节能,在风机、水泵类负载中节能效果更加显著,为国家的节能事业做出了突出的贡献。

参考文献

[1]刘玉敏,王菁华.变频器应用问答[M].北京:化学工业出版社,2009.

[2]刘美俊.变频器应用与维护技术[M].2版.北京:中国电力出版社,2008.

[3]许晓峰.电机及拖动[M].2版.北京:高等教育出版社,2001.

Estim ation on Energy Saving ofVariable Frequency W ater Pum p ControlSystem

CHENG Hong-ling
(Tianjin Tiantie Zha'erSteelCo.,Ltd.,Tianjin 300400,China)

AbstractUnderthe precondition thatproduction requirements were met,the method thatfrequency con原verterwasutilized to controlwaterpump to adjustwaterflow substituted traditionalvalve controlin orderto save electric energy.Afterlift-flow characteristic curve wasplotted and two pointswere selected,motorshaft outputpowerswere calculated and compared.Resultsshowed thatthismethod could save electric energy by 20% ~30% .Energy saving by frequency converterachieved stepless speed adjustment.The production re原quirementsweremetand productqualitywasensured.

Key wordsfrequencyconverter;waterpump;energysaving

作者简介:程红苓(1981—),女,本科,主要从事棒线材生产线电器维护、管理与技术支持工作。

收稿日期:2014-09-02修回日期:2014-09-20

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