1. 电动机调速的节能分析
在需要经常调整运行工况的风机泵类电机拖动系统中,传统的做法是电机在全速运行,只能通过调整挡板(或阀门)的开度来改变负载的流量、扬程、压力等参数,以满足运行工况变化的需要,这样做的结果,势必会造成大量的电机能量的损失。高频斩波串级调速控制系统能够进行平滑、大范围的调速控制,可以灵活方便地改变电机转速,进而改变电机的轴输出功率,以适应运行工况的变化,同时又避免了能源的浪费,达到节能降耗的目的。
采用调速来满足流量变化需求时(根据泵与风机相似定律),扬程、流量、功率与电机转速之间基本上有如下关系:
Q/Q′/Q″=n/n′/ n″ (即流量与转速成正比)
H/H′/H″=n2/n′2/ n″2 (即扬程与转速平方成正比)
P/P′/P″=n3/ n′3/ n″3 (即轴输出功率与转速立方成正比)
从公式上述公式可以看出,当流量减小到75%和50%时,此时所需电机转速分别为75%和50%额定转速,电机输出功率分别为额定功率的42.2%和12.5%。
调速调节与阀门调节节能比较
流量Q
(额定值的百分比)
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阀门调节时功率P
(额定值的百分比)
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转速调节时
(阀门开度为100%)
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转速调节比
阀门调节节约功率
(额定值的百分比)
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转速n
(额定值的百分比)
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功率P
(额定值的百分比)
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75%
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87%
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75%
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42.2%
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44.8%
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50%
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70%
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50%
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12.5%
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57.5%
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由此可见,当运行工况需要50%的设计值时,使用高频斩波串级调速系统比使用阀门调节节能效果明显,约节能额定功率的57.5%。当然考虑到由于转速下降导至电机效率下降、水泵效率下降等因素,采用内(外)反馈式高频斩波调速系统,流量和转速为额定值的50%、阀门开度100%时,实际仍比在全速阀门调节运行节能50%以上。
高频斩波串级调速系统设计时,一般按50%节能率设计,调速下限通常为50%~60%额定转速。
对于一台1500kW的电机来说,如经常需要运行在50%额定流量时,按调速节能50%计算,去除设备正常停机时间,按年运行7200小时计算,其年节电量为:
W=1500(kW)×7200(年小时数.h)×50%(节电率)=5400000 kW·h
即节电540万度,若每度电费为0.7元,年节约电费约为378万元。
如经常需要运行在75%流量时,按调速节能40%计算,其年节电量为:
W=1500(kW) ×7200(年小时数.h) ×40%(节电率)=4320000 kW·h
即节电432万度,若每度电费为0.7元,年节约电费约为302万元。
节电经济效益非常显著。
我公司在秦皇岛发电厂投入运行的560kW/6kV串级调速系统实际运行结果表明:
使用原来阀门调节时,平均消耗功率414kW
使用调速系统调节时,平均消耗功率295kW
调速系统调节时比原来阀门调节平均节电功率119kW,节电率28.8%。
按每年工作300天计算,年节电量:
119kW×24×300=85.68万kW·h
如按电力企业上网电价0.3元/ kW·h计算,年节约费用:0.3×85.68万=25.704万元。
本项目调速装置投资为48万元,以此计算设备投资回收期:48÷25.704=1.8年。
如按工业用电电价0.7元/ kW·h计算,年节约费用:59.976万元。设备投资回收期为0.8年。
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