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(guó)家重要的物質(zhì)，能源的供需矛盾已成為制約我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要因素之一。在能源問(wèn)題上國(guó)務(wù)院提出“節(jié)約與開(kāi)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(wèn)題作為我國(guó)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)就有1500萬(wàn)臺(tái)電動(dòng)機(jī)，用電量占全國(guó)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(guò)程中很難計(jì)算管網(wǎng)的阻力、并考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各種問(wèn)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(jiàn)。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(kāi)度來(lái)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(kāi)度來(lái)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(guò)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(kāi)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(guò)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(wú)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:
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(guò)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(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)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(jiàn)功率的減少是明顯的。
例如；220kw羅茨風(fēng)機(jī)
VOLTS/AMPS
SAGS＆SWELLS波形
測(cè)試結(jié)果綜合分析
通過(guò)電源質(zhì)量分析軟件對(duì)測(cè)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(guò)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(jiàn)，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
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%
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。
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(guò)端子可與各種頻率設(shè)定信號(hào)連接，如：0～10V，4～20mA。可通過(guò)端子控制正反轉(zhuǎn)等多種操作；
5、通過(guò)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(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱均能通過(guò)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(guò)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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