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变频器在风机节能降耗改造中的应用
2019-7-29  来源: 珠海罗西尼表业有限公司   作者:卞 劲 松


 

      【摘 要】 风机设备调节工业生产所需风量采用变频技术,是实现风机节能降耗的一种主要途径。本文通过对风机能耗分析,进而介绍变频器对风机控制系统的节能改造,给出节能估算方法。

     【关建词】 风机能耗分析;风机变频节能原理;节能估算
  
     节能降耗是我们国家重要国策。节能降耗不仅给企业带来很好的经济效益,也是积极响应国家号召,建设资源节约型社会是构建社会主义和谐社会必然选择。风机类设备是企业生产重要辅助设备,耗电量大、能耗高是其特点。风机选型是按其满负荷计算,但在实际工作中,风机一般采用恒速控制风速、风量,如生产工艺发生变化需要控制调节风量、风速大小,常用方法是调节风门、闸门的开度等来进行控制,这就造成大量电能消耗在档板上,运行效率低,能源消耗高。

    变频器是可以调节交流电动机转速速度变化的控制设备,它通过改变电机工作电源频率的方法来实现。对风机而言,利用变频器调节风机风速,优化风机运行状态,达到节能降耗是其重要途径。

    1 、风机能耗分析
  
    风机是通过加大气体压力(风压)之差排送气体的设备。风机在低转速时转矩小,其转矩的大小随风机转速变化成二次方增减,负载属于平方转矩型。其特点是风机的转速 N 与风量 Q成正比,风压 p 与转速 N 的平方成正比,轴功率 P 与转速 N 的立方成正比,即:

  
    图1中,N1:风机变频状态(降速)运行时的特性;N2:风机在额定频率状态(额定转速)运行时的特性;1 :凤机管网阻力最小阻力特性;2 :风机管网阻力增加阻力特性。图1表示,曲线1与曲线N 2交叉点A为自然工作点,其风机工作状态为额定转速,风门开度最大。其风量和风压分别是 Q2和 p2,此时风机轴功率跟 Q2与 p2的乘积(Ap20Q2的面积)是正比关系。按照生产工艺要求需要风量从Q2降到Q1时,有两种实现方法。

    1.1 控制风门开度
  
    风机在额定转速状态下,调节(降低)风门开度大小,增加了风机管路阻力,风机的工作点A点移到曲线2上的B 点。可以看出,风量下降到Q1,风压也随之增大到p3。风机轴功率跟Q1和p3的乘积(Bp30Q1的面积)是正比关系,因为风机一直在额定转速状态下,轴功率从风量跟分压的乘积(面积)来看也变化不多,电能消耗在档板上,没有节能效果。

    1.2 变频调速控制
  
    若风机的转速由变频器控制,风机转速下降,工作特性由曲线N2下降到曲线N1,风门开度(最大)不变,管网阻力也不变,流量仍是 Q1,相应工作点由 A 点移到 C 点,风压由 p2降到 p1,此时风机轴功率跟 Q1与 p1的乘积(Cp10Q1的面积)成正比。例如,风机所需风量下降到70%,由风机负载特性可知:风量与转速成正比,转速也相应下降到 70%,轴功率与转速的立方成正比,轴功率:P=N3=(70%)3=34.3%,由此轴功率下降到额定功率的 34.3% ,若风机所需风量下降到 50%,轴功率将下降到额定功率的12.5%。得出风机转速下降时,风量也相应减少,其功率下降很多,节能效果显著。
  
    2 、变频器调速原理、应用及节能分析

    2.1 变频器调速原理
  
    工业生产所用风机是三相交流异步电机。电机的电源频率和转速关系用下面公式表示:

  
  
    s:风机转差率;p:电动机极对数。由上式可知,改变电机电源频率相应转速也发生变化。在风机传动系统中,用变频器调节电机转速就是通过改变电源频率,进而达到改变风量大小的目的。

    2.2 变频器应用实例

  
  
    图2 为风机变频器控制电路。该应用采用变频调速调节风量。由于变频起动是在一定时间平滑启动,没有冲击电流,实现电机软启停,减少起动过程对供电线路的冲击,降低了起动过程的能耗。该控制电路实现调节风机风速,达到生产工艺所需风量,具有风量调节精度高,调速范围大,风机起制动方便灵活,操作简单,能耗低等优点。该控制系统由于繁杂的人工操作风门机构被取消,使管网通行无阻,风量损失同时也减少了,降低了风机的能耗,提高了系统的节能效果。

    2.3 变频器节能分析估算
  
    如果采用变频器对风机类设备进行调速控制,GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的节能量(节电率)计算公式,即:PL=[0.45+0.55(Q/QN)2]PE式中,PL:风机采用变频器控制后所需输入功率,单位:KW;PE:风机额定流量所需输入功率,单位:KW;Q:实际风量,单位:m3/min;Qn:额定风量, 单位:m3/min。若风量的调节范围(0.5~1)QN,则节能量:Ki= Δ Pi/PL=[PL-PE(Q/QN)3]/PL=1-(Q/QN)3/[0.45+0.55(Q/QN)2]假如风机的实际风量与额定风量之比为0.7,现采用变频器调速,则节能量:Ki=1-(0.7)3/[0.45+0.55(0.7)3]=1-0.54=0.46节能量为46%。

    3 、结语
  
    风机控制系统采用变频器控制风量、风速,免去了繁琐人工调节风门的操作,提高了劳动生产率,降低了能耗。因此风机节能降耗方面。采用变频器改造具有显著效果。
 
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