三品变频器在风机上的节能改造

能源是国家重要的物质，能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义经济建设的主要因素之一。在能源问题上国务院提出“节约与开发并重”的方针，就是依靠技术进步，把节约能源以解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。
       据不完全统计，全国风机、水泵、压缩机就有1500万台电动机，用电量占全国总发电量的40～50%，这些电动机大多在低的电能利用率下运行，只要将这些电动机电能利用率提高10～15%，全年可节电300亿KW以上。
　　根据火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%～10%，风压裕度分别为10%和10%～15%。设计过程中很难计算管网的阻力、并考虑到长期运行过程中发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上靠，裕度大于20～30%比较常见。因此这些风机运行时，只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性，风机运行时，靠调节风门或者风道档板的开度来调节风机风量的方法，称为节流调节。在节流调节过程中，风机固有特性不变，仅仅靠关小风门或挡板的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机的节能运行。
　　采用调速控制装置，通过改变风机的转速，从而改变风机风量以适应生产工艺的需要，这种调节方式称为风机的调速控制。风机以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高。交流电机的调速方式有多种、变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现风机的无级调速，并可方便地组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量的控制。
   一、风机节电原理
       如图示为风机风压H-风量Q曲线特性图:

n1-代表风机在额定转速运行时的特性；
n2-代表风机降速运行在n2转速时的特性；
R1-代表风机管路阻力最小时的阻力特性；
R2-代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
       风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到H2，这时风机所需的功率正比H2Q2的面积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。
       若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。
       例如；220kw罗茨风机
VOLTS/AMPS

SAGS＆SWELLS波形

测试结果综合分析
       通过电源质量分析软件对测试数据的分析，罗茨风机额定功率220KW，额定电流400A，运行电流200-400A之间，额定功率因数0.86，实际功率因数只有0.76；功率因数过低造成电能的浪费。
　　风机是传送气体的机械设备，从流体力学原理得知，风机风量与电机转速功率相关：风机的风量（流量）与风机（电机）的转速成正比，风机的风压与风机（电机）的转速的平方成正比，风机的轴功率等于风量与风压的乘积，故风机的轴功率与风机（电机）的转速的二次方成正比（即风机的轴功率与供电频率的二次方成正比）：
　　在供风系统中，对于风机，其风压（H）、风量（Q）、转速（n）和轴功率（P）之间存在如下关系：
　　Q＝K1×n
　　H＝K2×n2
　　P＝K3×H×Q＝K1×K2×K3×n3＝K×n3
　　结论:改变风机的转速就可改变风机的功率
　　根据电学原理交流电机转速如下：
　　n=60f（1-s）/p
　　式中：n-电机转速， f-电源频率， p-电机的极对数， s-转差率。
　　由公式可见，电机调速有多种，如调压调速，变极调速，串级调速和变频调速等。其中变频调速方式的调速范围宽，电机效率高、适用面广，节能效果好。
　　结论:改变风机的运行频率就可改变风机的转速。
   电机转速与节能率的关系表

       根据上述原理可知改变风机的转速就可改变风机的功率。
　　例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50 理论上节电率达 29.1%。
　　将供电频率由50 Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50 ，理论上节电率达 48.2%

   变频改造方案
　　根据风机配置特作如下变频改造方案：
　　1）风机上装设变频系统（如图一）；
　　2）设置远程控制和就地控制两种方式；
　　3）保留原工频系统及其联动方式，且和变频器系统互为备用。

   
二、变频节能系统特点
　　1、采用三品变频器，调速范围宽，变频器调速范围能适应各种调速设备的要求，频率范围0.00-400.00Hz可调；
　　2、控制精度高，三品变频器的数字设定分辨率为±0.01%,模拟设定分辨率为±0.1%；
　　3、动态特性好，三品变频器采用自关断器件IGBT速度快，且采用SPWM控制模式，负载电压和频率受控变频器的CPU，故调节速度快，系统的动态性能好；
　　4、控制功能强，能满足各种不同的控制系统，通过端子可与各种频率设定信号连接，如：0～10V，4～20mA。可通过端子控制正反转等多种操作；
　　5、通过合理调整转矩提升，转矩限定功能，电流限幅功能参数，可满足大起动转矩，运行中负载突化也不会引起跳闸等事故；
　　6、三品变频器可与上位计算机或者可编程控制器（PLC）通信，实现远程设定或修改变频器参数，监控变频器的运行状态等信息，从而组成工业以太网，实现集中控制；
　　7、保护功能齐全，变频器有25种保护功能，对过压、欠压、过流、过载、过热均能通过计算机高速计算并给予保护，且能对发生故障的原因给予纪录；
　　8、三品变频器内部有电机防噪装置，在线调节载波频率，实时改变电机的运行噪声。
   
三、投资回收分析
　　根据电源质量分析软件的分析，安装变频器後的节电率应该在20%左右，正确的、经过认可的节电率，需待用电的准确计量和生产产量等各项数据统计完毕才能认定。
　　回收计算:
　　1、投入C
　　2、单位时间（月）可节约成本：D=P×24h×30天×S×E
　　注：E—电费=.元/度 S=节电率
　　P=设备功率
　　3、投资回收时间T=月
　　T=C/D
　　T=C/（P×24h×30×S×E）