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          風機水泵的應用

          三品變頻器在風機上的節能改造

          能源是國家重要的物質,能源的供需矛盾已成為制約我國社會主義經濟建設的主要因素之一。在能源問題上國務院提出“節約與開發并重”的方針,就是依靠技術進步,把節約能源以解決能源問題作為我國重要的技術經濟政策。

          據不完全統計,全國風機、水泵、壓縮機就有1500萬臺電動機,用電量占全國總發電量的40~50%,這些電動機大多在低的電能利用率下運行,只要將這些電動機電能利用率提高10~15%,全年可節電300億KW以上。

          根據火電設計規程SDJ-79規定,燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5%和5%~10%,風壓裕度分別為10%和10%~15%。設計過程中很難計算管網的阻力、并考慮到長期運行過程中發生的各種問題,通??偸前严到y的最大風量和風壓裕度作為選型的依據,但風機的型號和系列是有限的,往往選取不到合適的風機型號時就往上靠,裕度大于20~30%比較常見。因此這些風機運行時,只有靠調節風門或風道擋板的開度來滿足生產工藝對風量的要求。風機機械特性為平方轉矩特性,風機運行時,靠調節風門或者風道檔板的開度來調節風機風量的方法,稱為節流調節。在節流調節過程中,風機固有特性不變,僅僅靠關小風門或擋板的開度,人為地增加管路的阻力,由此增大管路系統的損失,不利于風機的節能運行。

          采用調速控制裝置,通過改變風機的轉速,從而改變風機風量以適應生產工藝的需要,這種調節方式稱為風機的調速控制。風機以調速控制方式運行能耗最省,綜合效益最高。交流電機的調速方式有多種、變頻調速是高效的最佳調速方案,它可以實現風機的無級調速,并可方便地組成閉環控制系統、實現恒壓或恒流量的控制。

          一、風機節電原理

          如圖示為風機風壓H-風量Q曲線特性圖:

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          n1-代表風機在額定轉速運行時的特性;

          n2-代表風機降速運行在n2轉速時的特性;

          R1-代表風機管路阻力最小時的阻力特性;

          R2-代表風機管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。

          風機在管路特性曲線R1工作時,工況點為A,其流量壓力分別為Q1、H1,此時風機所需的功率正比于H1與Q1的乘積,即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風量到Q2,實際上通過增加管網管阻,使風機的工作點移到R2上的B點,風壓增大到H2,這時風機所需的功率正比H2Q2的面積,即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡單、但功率消耗大,不利于節能,是以高運行成本換取簡單控制方式。

          若采用變頻調速,風機轉速由n1下降到n2,這時工作點由A點移到C點,流量仍是Q2,壓力由H1降到H3,這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積,即正比于CH3OQ2的面積,由圖可見功率的減少是明顯的。

          例如;220kw羅茨風機

          VOLTS/AMPS

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          SAGS&SWELLS波形

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          測試結果綜合分析

          通過電源質量分析軟件對測試數據的分析,羅茨風機額定功率220KW,額定電流400A,運行電流200-400A之間,額定功率因數0.86,實際功率因數只有0.76;功率因數過低造成電能的浪費。

          風機是傳送氣體的機械設備,從流體力學原理得知,風機風量與電機轉速功率相關:風機的風量(流量)與風機(電機)的轉速成正比,風機的風壓與風機(電機)的轉速的平方成正比,風機的軸功率等于風量與風壓的乘積,故風機的軸功率與風機(電機)的轉速的二次方成正比(即風機的軸功率與供電頻率的二次方成正比):

          在供風系統中,對于風機,其風壓(H)、風量(Q)、轉速(n)和軸功率(P)之間存在如下關系:

          Q=K1×n

          H=K2×n2

          P=K3×H×Q=K1×K2×K3×n3=K×n3

          結論:改變風機的轉速就可改變風機的功率

          根據電學原理交流電機轉速如下:

          n=60f(1-s)/p

          式中:n-電機轉速, f-電源頻率, p-電機的極對數, s-轉差率。

          由公式可見,電機調速有多種,如調壓調速,變極調速,串級調速和變頻調速等。其中變頻調速方式的調速范圍寬,電機效率高、適用面廣,節能效果好。

          結論:改變風機的運行頻率就可改變風機的轉速。

                  電機轉速與節能率的關系表

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          根據上述原理可知改變風機的轉速就可改變風機的功率。

          例如:將供電頻率由50Hz降為45Hz,則P45/P50=453/503=0.729,即P45=0.729P50 理論上節電率達 29.1%。

          將供電頻率由50 Hz降為40Hz,則P40/P50=403/503=0.512,即P40=0.512P50 ,理論上節電率達 48.2%

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           變頻改造方案

          根據風機配置特作如下變頻改造方案:

          1)風機上裝設變頻系統(如圖一);

          2)設置遠程控制和就地控制兩種方式;

          3)保留原工頻系統及其聯動方式,且和變頻器系統互為備用。

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          二、變頻節能系統特點

          1、采用三品變頻器,調速范圍寬,變頻器調速范圍能適應各種調速設備的要求,頻率范圍0.00-400.00Hz可調;

          2、控制精度高,三品變頻器的數字設定分辨率為±0.01%,模擬設定分辨率為±0.1%;

          3、動態特性好,三品變頻器采用自關斷器件IGBT速度快,且采用SPWM控制模式,負載電壓和頻率受控變頻器的CPU,故調節速度快,系統的動態性能好;

          4、控制功能強,能滿足各種不同的控制系統,通過端子可與各種頻率設定信號連接,如:0~10V,4~20mA??赏ㄟ^端子控制正反轉等多種操作;

          5、通過合理調整轉矩提升,轉矩限定功能,電流限幅功能參數,可滿足大起動轉矩,運行中負載突化也不會引起跳閘等事故;

          6、三品變頻器可與上位計算機或者可編程控制器(PLC)通信,實現遠程設定或修改變頻器參數,監控變頻器的運行狀態等信息,從而組成工業以太網,實現集中控制;

          7、保護功能齊全,變頻器有25種保護功能,對過壓、欠壓、過流、過載、過熱均能通過計算機高速計算并給予保護,且能對發生故障的原因給予紀錄;

          8、三品變頻器內部有電機防噪裝置,在線調節載波頻率,實時改變電機的運行噪聲。

          三、投資回收分析

          根據電源質量分析軟件的分析,安裝變頻器後的節電率應該在20%左右,正確的、經過認可的節電率,需待用電的準確計量和生產產量等各項數據統計完畢才能認定。

          回收計算:

          1、投入C

          2、單位時間(月)可節約成本:D=P×24h×30天×S×E

          注:E—電費=.元/度 S=節電率

          P=設備功率

          3、投資回收時間T=月

          T=C/D

          T=C/(P×24h×30×S×E)

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