變頻器在風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗改造中的應(yīng)用
2019-7-29 來(lái)源： 珠海羅西尼表業(yè)有限公司 作者：卞 勁松
【摘 要】 風(fēng)機(jī)設(shè)備調(diào)節(jié)工業(yè)生產(chǎn)所需風(fēng)量采用變頻技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗的一種主要途徑。本文通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)能耗分析，進(jìn)而介紹變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的節(jié)能改造，給出節(jié)能估算方法。
【關(guān)建詞】 風(fēng)機(jī)能耗分析；風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能原理；節(jié)能估算
節(jié)能降耗是我們國(guó)家重要國(guó)策。節(jié)能降耗不僅給企業(yè)帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益，也是積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)是構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)必然選擇。風(fēng)機(jī)類設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)重要輔助設(shè)備，耗電量大、能耗高是其特點(diǎn)。風(fēng)機(jī)選型是按其滿負(fù)荷計(jì)算，但在實(shí)際工作中，風(fēng)機(jī)一般采用恒速控制風(fēng)速、風(fēng)量，如生產(chǎn)工藝發(fā)生變化需要控制調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)速大小，常用方法是調(diào)節(jié)風(fēng)門、閘門的開(kāi)度等來(lái)進(jìn)行控制，這就造成大量電能消耗在檔板上，運(yùn)行效率低，能源消耗高。
變頻器是可以調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速速度變化的控制設(shè)備，它通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)風(fēng)機(jī)而言，利用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，優(yōu)化風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能降耗是其重要途徑。
1 、風(fēng)機(jī)能耗分析
風(fēng)機(jī)是通過(guò)加大氣體壓力（風(fēng)壓）之差排送氣體的設(shè)備。風(fēng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩小，其轉(zhuǎn)矩的大小隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化成二次方增減，負(fù)載屬于平方轉(zhuǎn)矩型。其特點(diǎn)是風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 N 與風(fēng)量 Q成正比，風(fēng)壓 p 與轉(zhuǎn)速 N 的平方成正比，軸功率 P 與轉(zhuǎn)速 N 的立方成正比，即：
圖1中，N1：風(fēng)機(jī)變頻狀態(tài)（降速）運(yùn)行時(shí)的特性；N2：風(fēng)機(jī)在額定頻率狀態(tài)（額定轉(zhuǎn)速）運(yùn)行時(shí)的特性；1 ：鳳機(jī)管網(wǎng)阻力最小阻力特性；2 ：風(fēng)機(jī)管網(wǎng)阻力增加阻力特性。圖1表示，曲線1與曲線N 2交叉點(diǎn)A為自然工作點(diǎn)，其風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)為額定轉(zhuǎn)速，風(fēng)門開(kāi)度最大。其風(fēng)量和風(fēng)壓分別是 Q2和 p2，此時(shí)風(fēng)機(jī)軸功率跟 Q2與 p2的乘積（Ap20Q2的面積）是正比關(guān)系。按照生產(chǎn)工藝要求需要風(fēng)量從Q2降到Q1時(shí)，有兩種實(shí)現(xiàn)方法。
1.1 控制風(fēng)門開(kāi)度
風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，調(diào)節(jié)（降低）風(fēng)門開(kāi)度大小，增加了風(fēng)機(jī)管路阻力，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)A點(diǎn)移到曲線2上的B 點(diǎn)。可以看出，風(fēng)量下降到Q1，風(fēng)壓也隨之增大到p3。風(fēng)機(jī)軸功率跟Q1和p3的乘積（Bp30Q1的面積）是正比關(guān)系，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)一直在額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，軸功率從風(fēng)量跟分壓的乘積（面積）來(lái)看也變化不多，電能消耗在檔板上，沒(méi)有節(jié)能效果。
1.2 變頻調(diào)速控制
若風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器控制，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，工作特性由曲線N2下降到曲線N1，風(fēng)門開(kāi)度（最大）不變，管網(wǎng)阻力也不變，流量仍是 Q1，相應(yīng)工作點(diǎn)由 A 點(diǎn)移到 C 點(diǎn)，風(fēng)壓由 p2降到 p1，此時(shí)風(fēng)機(jī)軸功率跟 Q1與 p1的乘積（Cp10Q1的面積）成正比。例如，風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量下降到70%，由風(fēng)機(jī)負(fù)載特性可知：風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速也相應(yīng)下降到 70%，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，軸功率：P=N3=(70%)3=34.3%，由此軸功率下降到額定功率的 34.3% ，若風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量下降到 50%，軸功率將下降到額定功率的12.5%。得出風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，風(fēng)量也相應(yīng)減少，其功率下降很多，節(jié)能效果顯著。
2 、變頻器調(diào)速原理、應(yīng)用及節(jié)能分析
2.1 變頻器調(diào)速原理
工業(yè)生產(chǎn)所用風(fēng)機(jī)是三相交流異步電機(jī)。電機(jī)的電源頻率和轉(zhuǎn)速關(guān)系用下面公式表示：
s：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p：電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由上式可知，改變電機(jī)電源頻率相應(yīng)轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化。在風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速就是通過(guò)改變電源頻率，進(jìn)而達(dá)到改變風(fēng)量大小的目的。
2.2 變頻器應(yīng)用實(shí)例
圖2 為風(fēng)機(jī)變頻器控制電路。該應(yīng)用采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量。由于變頻起動(dòng)是在一定時(shí)間平滑啟動(dòng)，沒(méi)有沖擊電流，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟停，減少起動(dòng)過(guò)程對(duì)供電線路的沖擊，降低了起動(dòng)過(guò)程的能耗。該控制電路實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，達(dá)到生產(chǎn)工藝所需風(fēng)量，具有風(fēng)量調(diào)節(jié)精度高，調(diào)速范圍大，風(fēng)機(jī)起制動(dòng)方便靈活，操作簡(jiǎn)單，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。該控制系統(tǒng)由于繁雜的人工操作風(fēng)門機(jī)構(gòu)被取消，使管網(wǎng)通行無(wú)阻，風(fēng)量損失同時(shí)也減少了，降低了風(fēng)機(jī)的能耗,提高了系統(tǒng)的節(jié)能效果。
2.3 變頻器節(jié)能分析估算
如果采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)類設(shè)備進(jìn)行調(diào)速控制，GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的節(jié)能量（節(jié)電率）計(jì)算公式，即：PL=[0.45+0.55(Q/QN)2]PE式中，PL：風(fēng)機(jī)采用變頻器控制后所需輸入功率，單位：KW；PE：風(fēng)機(jī)額定流量所需輸入功率，單位：KW；Q：實(shí)際風(fēng)量，單位：m3/min；Qn：額定風(fēng)量, 單位：m3/min。若風(fēng)量的調(diào)節(jié)范圍（0.5～1）QN，則節(jié)能量：Ki= Δ Pi/PL=[PL-PE(Q/QN)3]/PL=1-(Q/QN)3/[0.45+0.55(Q/QN)2]假如風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量與額定風(fēng)量之比為0.7，現(xiàn)采用變頻器調(diào)速，則節(jié)能量：Ki=1-（0.7）3/[0.45+0.55(0.7)3]=1-0.54=0.46節(jié)能量為46%。
3 、結(jié)語(yǔ)
風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)采用變頻器控制風(fēng)量、風(fēng)速，免去了繁瑣人工調(diào)節(jié)風(fēng)門的操作，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了能耗。因此風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗方面。采用變頻器改造具有顯著效果。
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