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变频调速节能原理

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  • 发布时间:2014/9/29 22:45:59
  • 作者:AnyWay中国

●  我国电机系统能耗约占全国总发电量的50%。
●  电机及电机系统节能是节能减排的重要组成部分。
●  变频调速是电机系统节能的重要途径,最为典型的应用是风机、水泵行业。
●  电机能效提升计划(2013-2015)将变频调速技术作为电机系统节能改造技术指南中的关键技术之一,变频调速技术用风机、水泵的流量调节,节能可达10~50%。 
●  变频就是改变电机的工作频率,对于交流电机而言,其转速与供电频率成正比或近似正比,变频是交流电机的主要调速措施。
●  某些电机系统,用电量随着电机转速的升高而变大,随着电机转速的降低而减小。降低这类电机系统的转速,可以减少用电量。
●  只要改变电机的供电频率就可以降低电机的转速,然而,并非降低频率就可以节能。


变频不等于节能

 为了让大家更好的理解变频节能的原理,与大家分享一下变频调速节能和不节能的两种经典案例。


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一、恒压供水系统——变频节能实例

未采用变频调速的供水系统工作原理如下图所示:
供水系统由水泵、电机、管网及阀门构成。系统的用电量与水压及流量的乘积成正比。
流量与转速的一次方成正比,水压与转速的平方成正比,用电量与转速的三次方成正比。
未采用变频调速的供水系统工作原理

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采用变频调速之后,根据需水量实时调节供电频率也就是电机的转速,使在用水低谷和用水高峰的水压保持恒定。



采用变频调速的供水系统工作原理

       当水压恒定时,用电量与需水量成正比,需水量小时,用电量也小,从而起到节能的作用,并且因为供水过程中能够保持水压的恒定,提高了供水质量。

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二、变频空调——不节能的变频调速实例


变频不等于节能2

变频空调真的节能吗?这个问题的讨论,2014年显得特别的激烈!

首先,我们来了解一下变频空调的基本原理。简而言之,变频空调与定频空调的根本区别在于变频空调在定频空调的压缩机电机之前加了一个变频器,通过调节变频器输出频率,即可改变压缩机转速,达到调节输出制冷量(以制冷型变频空调为例)的目的。
认为变频空调省电的主要依据是:变频空调低速运行功率小,耗电量少。
这是不容置疑的事实。
值得讨论的是:低速运行功率小与节能有必然联系吗?
为了探讨这个问题,我们有必要对节能做出定义。科学的定义应该是:输出相同制冷量的前提下,用电量较少视为节能。
输出相同制冷量是节能的前提,正如,对于需要2匹空调的场合,我们不会基于节能而安装1匹的空调。低速运行功率小,相当于输出冷气的速度低,输出冷气的速度低,为了输出相同制冷量,需要的时间就长。


用电公式

雇佣谁划算?
谁的耗油量大?

可以下结论了!

变频空调改善了温度调节性能

最后,对于支持定频空调省电的童鞋,编者免费赠送一个论据:定频空调停机时,工作频率是0Hz,0Hz比1Hz更省电。


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三、如何判断变频调速是否节能?

变频节能的根本在于根据最小用电需要调节用电功率。

变频节能的根本在于根据最小用电需要调节用电功率。

从负荷侧看,避免大马拉小车;从变频器输出看,需要多少给多少;

变频器用于驱动电机,电机的效率是输出功率与输入功率之比,反映的是电能转变为机械能的能量转换比。不考虑机械能是否有必要,是否有意义,是否有危害!

变频器本身是一个功率转换设备,也需要消耗能量,使用不当可能适得其反!

从效率看,采用变频器后,电机的效率会降低!

事实上,变频调速节能重点关注的不是设备的运行效率,而是考虑实际效果,用多少电,供多少水,是效果;用多少电,制多少冷,也是效果。

概括而言,变频节能是减少或避免用了电却没产生有益效果的行为,若这种行为称为浪费,变频节能是以避免浪费为途径达到节能的目的

本文通过对变频恒压供水和变频空调一正一反的两个案例,总结出是否具备变频节能潜力的判断方法如下:

是否具备变频节能潜力的判断方法

      为方便理解记忆,不妨称之为“三步法”

第一步,看负荷 

如果负荷是稳定的,不需要调速,采用合适功率的高效电机最节能,变频调速不能节能!

定频供水系统和定频空调都属于波动的负荷。

定频供水系统在用水低谷时,只需要较少的电能即可满足供水需要。

定频空调在室温与设定温度差异较大时,需要较大的制冷量才能降低温度,当温度达到设定值时,只需较少的制冷量即可维持室温。

从第一步看,两者都有可能节能或不节能,因此,进入下一步 。

第二步,看用电 

当负荷是变化的,如果用电量不变,说明小负荷时,有电能浪费!节能潜力大!

定频供水系统(不包括已经采取变频之外的其它自动调节措施的供水系统)在负荷变化时,电机转速不变,用电量基本维持不变,需水量少时,存在浪费用电,变频调速可以减少这种浪费,供水系统具备变频节能的潜力大。

定频空调在温度接近或达到设定值时,自动停机,停止消耗电能。即:未看到明显的浪费用电。

定频空调已经具备依据负荷调节用电量的措施,不存在浪费,采用变频调速是否节能,进入下一步。

第三步,看能效 

没有浪费,变频调速是否能节能可以另外一个指标。即:产生相同有益效果需要的用电量是否能减少?

就空调而言,有益效果就是输出制冷量或制热量,而制冷量或制热量与消耗电能的比例称为空调能效比。因此,是否能节能就要看是否能提高空调能效比。如果运行过程中的能效比是变化的,就要看是否能提高综合能效比?

空调压缩机在额定转速时能效比最高,定频空调的压缩机运行状态下始终工作在最高能效下;而变频空调采用变频调速后,低速时会降低能效比,相同技术条件下,综合能效比低于定频空调。因此,变频空调不节能。