工业变频器 — 优化电机速度 获得***佳效率
迄今为止,控制电机速度的***有效方法是借助变频器控制。然而,泵系统很多仍然采用节流阀控制,风机系统仍采用叶片控制;而旋转机械则采用齿轮或皮带传动。利用皮带传动、齿轮箱和液压离合器控制速度,都会在不同程度上降低系统效率,并且需要电机时刻以恒速运转。另外,机械传动装置会制造噪音,并且因为位于电机和驱动机械之间,很难进行维修。这些设备乍看好像很经济,但它们实际上都是能源浪费者。
想象一下你一只脚踩油门,另一只脚踩刹车,控制汽车速度的情景吧。让电机以全速运转,同时又进行节流,就是同样的效果;部分输出功率即刻就被浪费。在电机耗用的大约65%的能源中,约有20%被浪费能源的节流机构损失掉。事实上,效率低下的恒速运行和机械控制机构浪费了如此多的能源,以至于如果全球每个工业化***仅靠采用变频器,就能节省相当于多座发电站发电量的电能。在适当的应用中,变频器可发挥巨大的作用。对于水泵和风机系统而言,采用变频器可将电费减少多达60%。一台半速运行的泵机或风机耗用的能源,只有全速运行的泵机或风机的八分之一。或者,换句话说:运行一台泵或风机所需的功率与速度的三次方成正比。这就意味着,如果流量是100%需要全功率,那么流量为7 5%就需要( 0 . 7 5 )3= 4 2%的功率,流量为50%需要(0.5)3=12.5%的功率。
在电机耗用的大约65%的工业能源中,约有20%被浪费能源的节流机构损失掉。因为速度的小幅降低可让能耗量显著不同,而且很多风机和泵系统很多时间并未以满负荷运行,所以变频器可大量节省能源。与一直以全速运行的电机相比更是如此。多年来,电机和变频器的效率已得到大幅提高。电机效率在过去十年平均提高了3%,而在过去10年推出的用于控制泵和风机速度的ABB交流变频器,估计每年在全球可减少约810亿度的耗电量。这意味着, 如今在用的ABB交流变频器每年可将全球的二氧化碳排放量减少6,800多万吨,相当于和芬兰同样大小的***(人口数量超过500万人)每年的碳排放量。
如果我们将20世纪80年代制造的普通电机和变频器换成ABB的电机和变频器,根据每年的运行时间和能源价格,由于能耗量降低而缩短的投资回收期只有几年。随着用户都在寻求改善各自的能效,这意味着一个潜在、巨大的设备更新换代市场。如果将功率为11千瓦的电机换掉,每年可减排6吨二氧化碳!为此,ABB一直以来只销售11千瓦以上、属于欧盟规定的能效等级***高的标准电机。控制电机速度可带来的另一优势是,它很容易在无需增加投资的情况下满足产量提高的要求,因为对于交流变频器而言,将速度增加5-20%根本不是问题。和让电机以全速运行而通过节流调整流量的浪费能源的方法相比,借助变频器根据工艺需求调整电机速度可节省大量能源。在理想情况下,我们能够到达的境界是,能源可以完全精准地用在需要的时间和地点上,不存在任何浪费。
虽然变频器可带来这些显著的节能优势,但在功率低于2.2千瓦的系统中,97%的电机均不存在任何形式的速度控制机制,这相当于每年在全球销售约3,700万台工业电机。因为现在的各种变频器相比之前尺寸更小、更便宜,单从节能的角度来看,投资这些变频器就是一个可行的选择。过去不投资变频器也许还能理解,因为一台小变频器每千瓦的成本约为3000RMB。但经过几年之后,变频器已经变得更小、更便宜,如今每千瓦的成本低至1000RMB左右。这使得单从节能的角度来看,投资变频器就是一个可行的选择。