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电动机节能系统的研究与应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-08-27 23:01:02 来源: 作者:用户30431    浏览次数:1    
摘要

1引言中国电机拖动系统消耗的电能多达全国总量的 2/3,所用电机 90%是交流异步电动机,其中风机、泵类拖动电机耗电量约占全国总量的 35%,电动机容量约有 1.5 亿千瓦,拖动轧钢机、矿井提升机、磨机、交通运输机械、机床等生产设备的电动机容量约 3 亿千瓦,耗电量约占全国总量的 30%.其中变负荷运行的风机、泵类达到总量的 70%左右,装机容量近 1 亿千瓦,年耗电量约 3000 亿千瓦时,它们...

1引言

中国电机拖动系统消耗的电能多达全国总量的 2/3,所用电机 90%是交流异步电动机,其中风机、泵类拖动电机耗电量约占全国总量的 35%,电动机容量约有 1.5 亿千瓦,拖动轧钢机、矿井提升机、磨机、交通运输机械、机床等生产设备的电动机容量约 3 亿千瓦,耗电量约占全国总量的 30%.其中变负荷运行的风机、泵类达到总量的 70%左右,装机容量近 1 亿千瓦,年耗电量约 3000 亿千瓦时,它们是靠闸板或阀门调节流量,以粗略适应负荷的需要,平均浪费 20%以上的电能,年达 200- 300 亿元。可见,电机拖动系统节能具有很大的空间。运用可靠的节能技术对此类设备的节能改造,将对大力推进节能减排、促进中国经济的可持续发展和环境保护具有深远的意义。

2 CB-DT系列在风机水泵类电机上应用的节能原理、技术特点和应用

2.1 CB-DT 系列电动机节能系统

CB-DT 系列电动机节能系统包括动态负荷跟踪管理控制部分和电机拖动部分,其中动态负荷跟踪管理控制部分包括控制计算机、通讯协议转换单元、数字及模拟量接口单元、保护单元以及系统控制软件(定制)等;电机拖动部分为执行机构主要包括定子或转子调速设备和控制保护机构。

以上系统之间通过通信协议,可实现多方通信,通过对系统全面的参数采集,实现对被控系统运行的实时监测、控制和管理。

2.2 CB-DT 系列在风机水泵类电机上应用的节能原理

风机、水泵是各行各业中普遍使用的设备,在实际使用过程中需要经常调节风机、水泵的流量、压力、温度等。大多数风机、水泵采用传统的档板或阀门进行调节,使大量的能量消耗在档板或阀们上。采用变频调速技术的风机水泵节电器可以随工艺的要求实现动态调节,大幅度减少能耗,提高系统自动装置的稳定性和运行效率,为系统的经济优化运行提供了可靠保证,并且保证了设备的安全运行。风机及泵类设备的机械特性(以水泵为例)中各参数有以下三个关系:Q∝n; H∝n 2; P∝n 3其中:Q 流体的流量;n 电机转速;H 扬程;P 轴功率。

也就是说,流量和转速成正比,扬程(压力)和转速平方成正比,功率和转速立方成正比。

由上面公式可见,只要改变转速 n,流量 Q 即成比例变化,从而可达到调节流量 Q 的目的,轴功率也相应变化。如 Q‘=1/2Q,则 P’=1/8P,轴功率仅为额定值的 12.5%,此时能节电 80%以上。

大多数风机、泵类调节流量、压力时,是用档板或阀门调节,这时输入功率变化不大,大量能量以压差的形式损耗在档板、阀门上,不仅能耗大、噪声大,且档板、阀门容易磨损损坏。

CB-DT 系列电动机节能系统是专为风机、泵类等流体输送和压力控制设备研制的专用节电器,它采用可编程控制技术、变频调速技术及闭环控制技术,将管道参数与设定参数相比较,通过 PID 运算控制变频器的输出频率,从根本上消除风机、水泵设备由于选型或负荷变化普遍存在的“大马拉小车”的动力浪费现象,消除了档板节流阻力,使风机、水泵始终运行在*佳工作状态,从而节省大量的电能。

2.3 CB-DT 系列风机水泵类电机节能优势和行业应用

CB-DT 系列风机水泵类电机节能取代了档风板、阀门调节,节电率在 30%以上;采用内置特有的节能控制曲线,比普通变频更节能;驱动电机可以软启动,减少启动冲击电流;可以无级调整转速,避开机械共振及运转噪音;通过对压力、风量、流量等进行检测,可以形成闭环回路自动控制系统;泵类负载专用停机模式,防止水锤现象发生;具备各种保护,可以延长机械负载的使用寿命。

CB-DT 系列风机水泵类电机节能控制系统应用行业广泛,包括冶金、煤炭、矿山、石化、电力、供水,建材、轻工等行业;同时在商场、宾馆、写字楼、城市生活小区等建筑楼宇的各种供水、供气、通风系统都可应用。

3 CB-DT系列空压机节电原理和技术特点

3.1 CB-DT 系列空压机节电原理

空压机的驱动轴上所需要的轴功率,与排气压力、空压机转速有直接的关系,也就是说,在实际运行中,由于压缩空气的使用随时在变化,空压机并不经常在额定工况下运行,而空压机排气压力的高低则直接影响到实际轴功率的大小。排气压力越高,所需轴功率也越大。

为满足用气量的随时变化要求,储气罐内气体必须保持一定的压力,目前大多数空压机均采用切断进行的调节方式来改变排至储气罐的气量。对于空压机气量的供求关系表现为排气压力的变化,空压机排气量正好满足生产用气量要求时,储气压力保持不变,若能维持这种状态当然*佳,但实际上用气量是随时变化的,而且设计冗余量较大,所以空压机排气量都要大于用气量,如果空压机仍恒速运转,则储气罐内的气体越积越多,当罐内压力上升达到设定压力时,一般采用两种办法:一种是空压机卸荷运行,不产生压缩气体,电动机处于空载运转,其用电量仍为满负载的 30%60%,这部分电能被白白浪费掉。另外一种办法是停止空压机运行,这样似乎空压机空转或不断放空所浪费的电能被消除了,但是若无容积较大的储气罐,将会带来电动机的频繁启动,空压机的启动电流大约是额定电流的 5D7 倍,对电网及其它用电设备冲击较大,同时也会使空压机的使用寿命缩短。

采用 CB-DT 节能控制系统,空压机可以在保证生产所需要的*低压力下运行,电机输入功率大大下降,辅以压力闭环控制,实现空压机的供气压力与转速的动态匹配,减少了电机的实际输入功率,达到节能目的。即电机的转速由供气压力来控制,压缩机需要多大的功率,电机就输出多大的功率,而不必做无用功,从而取得良好的节能效果,另一方面是空压机停止了空转,电机不存在轻载运行,这部分能量很可观。

在节能的同时,也促使供气压力稳定。通过压力调节器,可使空压机保持在设定的压力值下工作,压力稳定可靠性高,而且压力可以无级设定,随时可调。电机实现软启动,压缩机的使用寿命及检修周期都将得到大大延长。空压机排气量由空压机的转速来控制,气缸内阀片不再反复地开启和关闭,阀座、弹簧等工作条件大大改善,避免了高温、高压气体急剧的流动与冲击,维修工作量减少。

3.2 CB-DT 系列空压机节电技术特点

CB-DT 系列空压机节电控制系统的节能具有以下技术特点:节电率可达 20%以上;实现软启动,对电网无冲击,降低对变压器容量要求;功率因数提高,减少无功损耗,增加电网的有功功率;供气压力稳定,可靠性高;压缩机的使用寿命及检修周期都将大大延长。

空压机排气量由空压机的转速来控制,气缸内阀片不再反复地开启和关闭,阀座、弹簧等工作条件大大改善,避免了高温、高压气体急剧的流动与冲击,维修工作量减少。

安装调试方便;设置故障报警及自动切换,提高了系统的安全性。

4 CB-DT系列中央空调节能及智能模糊控制技术原理、系统和技术特点

4.1 CB-DT 系列中央空调节能原理

对于中央空调来说,按照国家标准,系统的*大负载能力是按照气温*高,负荷*大的工作环境来设计的,就系统本身来说,存在着很大的储备空间,而实际上系统又很少在这些极限条件下工作。

根据有关资料统计,中央空调设备 97%的时间在70%负荷以下波动运行,所以实际负荷总不能达到满负荷;特别是冷气需求量较少的情况下,主机负荷量低。

为了保证有较好的运行状态和较高的运行效率,主机能在一定范围内根据负载的变化合理的加载和卸载,但与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵一直在高负荷状态下运行,提高中央空调冷却水、冷冻水系统运行效率,降低设备的工作时间,所以,进行中央空调节能技术改造是完全必要的。中央空调智能模糊控制系统采用先进的计算机技术、模糊控制技术、系统集成技术和变频调速技术,实现了中央空调冷媒流量系统运行的智能模糊控制 , 科学地解决了中央空调能量供应按末端负荷需要提供,在保障空调效果舒适性的前提下,*大限度地减少了空调系统的能源浪费,达到了*佳节能的目的。

4.2 智能模糊控制技术的应用

智能模糊控制系统不仅对中央空调冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔风机等各个环节进行全面控制,而且采用系统集成技术将各个控制系统在物理上、逻辑上和功能上互连在一起,实现它们之间的信息综合、资源共享,在一个计算机平台(模糊控制器)上进行集中控制和统一管理,实现中央空调全系统的整体协调运行和综合性能优化。其中冷冻水系统采用*佳输出能量控制,冷却水及冷却塔风机系统采用*佳转换效率控制,确保整个系统运行的舒适性和可靠性。

4.3 CB-DT 系列中央空调节能系统特点

1)具有可靠的安全保护

通过全面的运行参数采集,实现了系统工作状态的全面监控,并设置了冷冻水、冷却水的低限流量保护和低温保护,有效地保障了冷冻水和冷却水系统在变流量工况下空调主机蒸发器和冷凝器的安全稳定运行。

2)实现动态负荷跟随,保障了末端的服务质量

系统突破了传统中央空调冷媒系统的运行方式(定流量模式或冷源侧定流量而负荷侧变流量模式),实现*佳输出能量控制,即空调主机冷媒流量自动跟随末端负荷需求而同步变化(即变流量),因此,在空调系统的任何负荷状况(满负荷或部分负荷)下,都能既保障中央空调系统末端的服务质量(舒适性),又实现*大的节能。

3)具有自寻优、自适应的智能模糊控制

对于中央空调这样多参量相互影响的复杂系统,要实现冷冻水和冷却水系统全部变流量运行,只有充分利用当代*新科技成果,采用具有智能控制功能、能进行类似人脑的知识处理和推理的先进的控制技术,才有可能成功。因此系统采用了模糊控制技术,使系统具有自学习、自寻优和自适应的优化控制功能,实现了中央空调系统各种负荷条件下的*大节能,使空调水系统节能达到 30%~50%.

4)优化了空调主机运行环境

系统全面采集中央空调的各种运行参量,再利用先进的模糊控制技术对这些相互关联、相互影响的运行参量进行动态优化控制,以满足中央空调系统非线性和时变性的要求,使空调主机始终运行在*佳工况,以保持*高的热转换效率,从而减少主机的能耗 5%-10%使用了 CB-DT 全数字多变量节能系统,使压缩机效率处于*高的区域运行,保证了空调主机的运行效率得到大幅度的提高,主机的负载率有效下降,避免由于水系统不合理而造成的高能耗和压缩机喘震现象,使空调主机的寿命得到延长。对冷冻和冷却水泵而言,由于水泵大多数的时间都运行在额定转速以下,使得水泵的机械部件的磨损如电机轴承的机械磨擦减少,机械部件的使用寿命大大延长,从而也使得中央空调机组设备的维护周期延长,设备的维护费用成倍减少,综合经济效益大幅提高。

5结论

中际 CB-DT 系列电动机节能系统在实际运行中可靠、稳定,具有很好的节能效果和推广价值。

该系统在丹江口铝业有限责任公司、广东华兴玻璃厂、北京王府井百货大楼、深圳财政局等多个工厂和建筑楼宇的节能项目中得到应用并取得预期的节能效果。

 
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