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風(fēng)機(jī)水泵的應(yīng)用

三品變頻器在風(fēng)機(jī)上的節(jié)能改造

能源是國家重要的物質(zhì),能源的供需矛盾已成為制約我國社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要因素之一。在能源問題上國務(wù)院提出“節(jié)約與開發(fā)并重”的方針,就是依靠技術(shù)進(jìn)步,把節(jié)約能源以解決能源問題作為我國重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)就有1500萬臺(tái)電動(dòng)機(jī),用電量占全國總發(fā)電量的40~50%,這些電動(dòng)機(jī)大多在低的電能利用率下運(yùn)行,只要將這些電動(dòng)機(jī)電能利用率提高10~15%,全年可節(jié)電300億KW以上。

根據(jù)火電設(shè)計(jì)規(guī)程SDJ-79規(guī)定,燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和5%~10%,風(fēng)壓裕度分別為10%和10%~15%。設(shè)計(jì)過程中很難計(jì)算管網(wǎng)的阻力、并考慮到長期運(yùn)行過程中發(fā)生的各種問題,通??偸前严到y(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據(jù),但風(fēng)機(jī)的型號(hào)和系列是有限的,往往選取不到合適的風(fēng)機(jī)型號(hào)時(shí)就往上靠,裕度大于20~30%比較常見。因此這些風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),只有靠調(diào)節(jié)風(fēng)門或風(fēng)道擋板的開度來滿足生產(chǎn)工藝對(duì)風(fēng)量的要求。風(fēng)機(jī)機(jī)械特性為平方轉(zhuǎn)矩特性,風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),靠調(diào)節(jié)風(fēng)門或者風(fēng)道檔板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的方法,稱為節(jié)流調(diào)節(jié)。在節(jié)流調(diào)節(jié)過程中,風(fēng)機(jī)固有特性不變,僅僅靠關(guān)小風(fēng)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(tǒng)的損失,不利于風(fēng)機(jī)的節(jié)能運(yùn)行。

采用調(diào)速控制裝置,通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要,這種調(diào)節(jié)方式稱為風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制。風(fēng)機(jī)以調(diào)速控制方式運(yùn)行能耗最省,綜合效益最高。交流電機(jī)的調(diào)速方式有多種、變頻調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案,它可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速,并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流量的控制。

一、風(fēng)機(jī)節(jié)電原理

如圖示為風(fēng)機(jī)風(fēng)壓H-風(fēng)量Q曲線特性圖:

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n1-代表風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性;

n2-代表風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性;

R1-代表風(fēng)機(jī)管路阻力最小時(shí)的阻力特性;

R2-代表風(fēng)機(jī)管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。

風(fēng)機(jī)在管路特性曲線R1工作時(shí),工況點(diǎn)為A,其流量壓力分別為Q1、H1,此時(shí)風(fēng)機(jī)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(fēng)量到Q2,實(shí)際上通過增加管網(wǎng)管阻,使風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn),風(fēng)壓增大到H2,這時(shí)風(fēng)機(jī)所需的功率正比H2Q2的面積,即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大,不利于節(jié)能,是以高運(yùn)行成本換取簡單控制方式。

若采用變頻調(diào)速,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2,這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn),流量仍是Q2,壓力由H1降到H3,這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)

VOLTS/AMPS

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SAGS&SWELLS波形

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測試結(jié)果綜合分析

通過電源質(zhì)量分析軟件對(duì)測試數(shù)據(jù)的分析,羅茨風(fēng)機(jī)額定功率220KW,額定電流400A,運(yùn)行電流200-400A之間,額定功率因數(shù)0.86,實(shí)際功率因數(shù)只有0.76;功率因數(shù)過低造成電能的浪費(fèi)。

風(fēng)機(jī)是傳送氣體的機(jī)械設(shè)備,從流體力學(xué)原理得知,風(fēng)機(jī)風(fēng)量與電機(jī)轉(zhuǎn)速功率相關(guān):風(fēng)機(jī)的風(fēng)量(流量)與風(fēng)機(jī)(電機(jī))的轉(zhuǎn)速成正比,風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)(電機(jī))的轉(zhuǎn)速的平方成正比,風(fēng)機(jī)的軸功率等于風(fēng)量與風(fēng)壓的乘積,故風(fēng)機(jī)的軸功率與風(fēng)機(jī)(電機(jī))的轉(zhuǎn)速的二次方成正比(即風(fēng)機(jī)的軸功率與供電頻率的二次方成正比):

在供風(fēng)系統(tǒng)中,對(duì)于風(fēng)機(jī),其風(fēng)壓(H)、風(fēng)量(Q)、轉(zhuǎn)速(n)和軸功率(P)之間存在如下關(guān)系:

Q=K1×n

H=K2×n2

P=K3×H×Q=K1×K2×K3×n3=K×n3

結(jié)論:改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可改變風(fēng)機(jī)的功率

根據(jù)電學(xué)原理交流電機(jī)轉(zhuǎn)速如下:

n=60f(1-s)/p

式中:n-電機(jī)轉(zhuǎn)速, f-電源頻率, p-電機(jī)的極對(duì)數(shù), s-轉(zhuǎn)差率。

由公式可見,電機(jī)調(diào)速有多種,如調(diào)壓調(diào)速,變極調(diào)速,串級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速等。其中變頻調(diào)速方式的調(diào)速范圍寬,電機(jī)效率高、適用面廣,節(jié)能效果好。

結(jié)論:改變風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率就可改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

        電機(jī)轉(zhuǎn)速與節(jié)能率的關(guān)系表

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根據(jù)上述原理可知改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可改變風(fēng)機(jī)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(jié)電率達(dá) 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(jié)電率達(dá) 48.2%

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 變頻改造方案

根據(jù)風(fēng)機(jī)配置特作如下變頻改造方案:

1)風(fēng)機(jī)上裝設(shè)變頻系統(tǒng)(如圖一);

2)設(shè)置遠(yuǎn)程控制和就地控制兩種方式;

3)保留原工頻系統(tǒng)及其聯(lián)動(dòng)方式,且和變頻器系統(tǒng)互為備用。

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二、變頻節(jié)能系統(tǒng)特點(diǎn)

1、采用三品變頻器,調(diào)速范圍寬,變頻器調(diào)速范圍能適應(yīng)各種調(diào)速設(shè)備的要求,頻率范圍0.00-400.00Hz可調(diào);

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

3、動(dòng)態(tài)特性好,三品變頻器采用自關(guān)斷器件IGBT速度快,且采用SPWM控制模式,負(fù)載電壓和頻率受控變頻器的CPU,故調(diào)節(jié)速度快,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好;

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

5、通過合理調(diào)整轉(zhuǎn)矩提升,轉(zhuǎn)矩限定功能,電流限幅功能參數(shù),可滿足大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,運(yùn)行中負(fù)載突化也不會(huì)引起跳閘等事故;

6、三品變頻器可與上位計(jì)算機(jī)或者可編程控制器(PLC)通信,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)定或修改變頻器參數(shù),監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)等信息,從而組成工業(yè)以太網(wǎng),實(shí)現(xiàn)集中控制;

7、保護(hù)功能齊全,變頻器有25種保護(hù)功能,對(duì)過壓、欠壓、過流、過載、過熱均能通過計(jì)算機(jī)高速計(jì)算并給予保護(hù),且能對(duì)發(fā)生故障的原因給予紀(jì)錄;

8、三品變頻器內(nèi)部有電機(jī)防噪裝置,在線調(diào)節(jié)載波頻率,實(shí)時(shí)改變電機(jī)的運(yùn)行噪聲。

三、投資回收分析

根據(jù)電源質(zhì)量分析軟件的分析,安裝變頻器後的節(jié)電率應(yīng)該在20%左右,正確的、經(jīng)過認(rèn)可的節(jié)電率,需待用電的準(zhǔn)確計(jì)量和生產(chǎn)產(chǎn)量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)完畢才能認(rèn)定。

回收計(jì)算:

1、投入C

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

注:E—電費(fèi)=.元/度 S=節(jié)電率

P=設(shè)備功率

3、投資回收時(shí)間T=月

T=C/D

T=C/(P×24h×30×S×E)

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