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    變頻器在風機節能降耗改造中的應用
    2019-7-29  來源: 珠海羅西尼表業有限公司  作者:卞 勁松


     

          【摘 要】 風機設備調節工業生產所需風量采用變頻技術,是實現風機節能降耗的一種主要途徑。本文通過對風機能耗分析,進而介紹變頻器對風機控制系統的節能改造,給出節能估算方法。

         【關建詞】 風機能耗分析;風機變頻節能原理;節能估算
      
         節能降耗是我們國家重要國策。節能降耗不僅給企業帶來很好的經濟效益,也是積極響應國家號召,建設資源節約型社會是構建社會主義和諧社會必然選擇。風機類設備是企業生產重要輔助設備,耗電量大、能耗高是其特點。風機選型是按其滿負荷計算,但在實際工作中,風機一般采用恒速控制風速、風量,如生產工藝發生變化需要控制調節風量、風速大小,常用方法是調節風門、閘門的開度等來進行控制,這就造成大量電能消耗在檔板上,運行效率低,能源消耗高。

        變頻器是可以調節交流電動機轉速速度變化的控制設備,它通過改變電機工作電源頻率的方法來實現。對風機而言,利用變頻器調節風機風速,優化風機運行狀態,達到節能降耗是其重要途徑。

        1 、風機能耗分析
      
        風機是通過加大氣體壓力(風壓)之差排送氣體的設備。風機在低轉速時轉矩小,其轉矩的大小隨風機轉速變化成二次方增減,負載屬于平方轉矩型。其特點是風機的轉速 N 與風量 Q成正比,風壓 p 與轉速 N 的平方成正比,軸功率 P 與轉速 N 的立方成正比,即:

      
        圖1中,N1:風機變頻狀態(降速)運行時的特性;N2:風機在額定頻率狀態(額定轉速)運行時的特性;1 :鳳機管網阻力最小阻力特性;2 :風機管網阻力增加阻力特性。圖1表示,曲線1與曲線N 2交叉點A為自然工作點,其風機工作狀態為額定轉速,風門開度最大。其風量和風壓分別是 Q2和 p2,此時風機軸功率跟 Q2與 p2的乘積(Ap20Q2的面積)是正比關系。按照生產工藝要求需要風量從Q2降到Q1時,有兩種實現方法。

        1.1 控制風門開度
      
        風機在額定轉速狀態下,調節(降低)風門開度大小,增加了風機管路阻力,風機的工作點A點移到曲線2上的B 點??梢钥闯?,風量下降到Q1,風壓也隨之增大到p3。風機軸功率跟Q1和p3的乘積(Bp30Q1的面積)是正比關系,因為風機一直在額定轉速狀態下,軸功率從風量跟分壓的乘積(面積)來看也變化不多,電能消耗在檔板上,沒有節能效果。

        1.2 變頻調速控制
      
        若風機的轉速由變頻器控制,風機轉速下降,工作特性由曲線N2下降到曲線N1,風門開度(最大)不變,管網阻力也不變,流量仍是 Q1,相應工作點由 A 點移到 C 點,風壓由 p2降到 p1,此時風機軸功率跟 Q1與 p1的乘積(Cp10Q1的面積)成正比。例如,風機所需風量下降到70%,由風機負載特性可知:風量與轉速成正比,轉速也相應下降到 70%,軸功率與轉速的立方成正比,軸功率:P=N3=(70%)3=34.3%,由此軸功率下降到額定功率的 34.3% ,若風機所需風量下降到 50%,軸功率將下降到額定功率的12.5%。得出風機轉速下降時,風量也相應減少,其功率下降很多,節能效果顯著。
      
        2 、變頻器調速原理、應用及節能分析

        2.1 變頻器調速原理
      
        工業生產所用風機是三相交流異步電機。電機的電源頻率和轉速關系用下面公式表示:

      
      
        s:風機轉差率;p:電動機極對數。由上式可知,改變電機電源頻率相應轉速也發生變化。在風機傳動系統中,用變頻器調節電機轉速就是通過改變電源頻率,進而達到改變風量大小的目的。

        2.2 變頻器應用實例

      
      
        圖2 為風機變頻器控制電路。該應用采用變頻調速調節風量。由于變頻起動是在一定時間平滑啟動,沒有沖擊電流,實現電機軟啟停,減少起動過程對供電線路的沖擊,降低了起動過程的能耗。該控制電路實現調節風機風速,達到生產工藝所需風量,具有風量調節精度高,調速范圍大,風機起制動方便靈活,操作簡單,能耗低等優點。該控制系統由于繁雜的人工操作風門機構被取消,使管網通行無阻,風量損失同時也減少了,降低了風機的能耗,提高了系統的節能效果。

        2.3 變頻器節能分析估算
      
        如果采用變頻器對風機類設備進行調速控制,GB12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施監督指南中的節能量(節電率)計算公式,即:PL=[0.45+0.55(Q/QN)2]PE式中,PL:風機采用變頻器控制后所需輸入功率,單位:KW;PE:風機額定流量所需輸入功率,單位:KW;Q:實際風量,單位:m3/min;Qn:額定風量, 單位:m3/min。若風量的調節范圍(0.5~1)QN,則節能量:Ki= Δ Pi/PL=[PL-PE(Q/QN)3]/PL=1-(Q/QN)3/[0.45+0.55(Q/QN)2]假如風機的實際風量與額定風量之比為0.7,現采用變頻器調速,則節能量:Ki=1-(0.7)3/[0.45+0.55(0.7)3]=1-0.54=0.46節能量為46%。

        3 、結語
      
        風機控制系統采用變頻器控制風量、風速,免去了繁瑣人工調節風門的操作,提高了勞動生產率,降低了能耗。因此風機節能降耗方面。采用變頻器改造具有顯著效果。
     
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