日业SY3200变频器在锅炉风机变频节能改造应用

摘  要:本文介绍了日业变频器内置PID,简易PLC,对锅炉风机的改造,节能效果明显.
关键词:热电厂  变频器   锅炉

一、概述：

    目前在我国各行各业的各类机械与电气设备中与风机水泵配套的电机约占全国电机装机量的60%，耗用电能约占全国发电总量的三分之一。特别值得一提的是，大多数风机、水泵在使用过程中都存在大马拉小车的现象，加之因生产、工艺等方面的变化，需要经常调节气体和液体的流量、压力、温度等；目前，许多单位仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体或液体的流量、压力、温度等。这实际上是通过人为增加阻力的方式，并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体、液体流量调节的要求。这种落后的调节方式，不仅浪费了宝贵的能源，而且调节精度差，很难满足现代化工业生产及服务等方面的要求，负面效应十分严重。
    变频调速器的出现为交流调速方式带来了一场革命。随着近十几年变频技术的不断完善、发展。变频调速性能日趋完美，已被广泛应用于不同领域的交流调速。为企业带来了可观的经济效益，推动了工业生产的自动化进程。
    变频调速用于交流异步电机调速，其性能远远超过以往任何交、直流调速方式。而且结构简单，调速范围宽、调速精度高、安装调试使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显着，已经成为交流电机调速的最新潮流。

二、变频节能原理：
   1. 风机运行曲线



    采用变频器对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法，它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较， 具有明显的节电效果。
由图可以说明其节电原理：
     图中，曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压一风量（H―Q）特性，曲线（2） 为管网风阻特性（风门全开）。曲线（4） 为变频运行特性（风门全开）
    假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到 n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q―H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显着减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
  
  2.风机在不同频率下的节能率

    风机是传送气体的机械设备，水泵是传送液体的机械设备，二者都是将电动机的轴功率转变为流体的机械能的一种机械，二者的工作原理基本相同。
    从流体力学原理得知，风机风量及水泵水流量与电机转速功率相关：风机水泵的风量（流量）与风机水泵（电机）的转速成正比，风机的风压、水泵的扬程与风机水泵（电机）的转速的平方成正比，风机水泵的轴功率等于风量与风压、流量与扬程的乘积，故风机水泵的轴功率与风机水泵（电机）的转速的二次方成正比（即风机水泵的轴功率与供电频率的二次方成正比）：


    根据上述原理可知改变风机水泵的转速就可改变风机水泵的功率。
例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50
将供电频率由50 Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50

三、锅炉风机的变频节能改造：

    锅炉的变频节能改造通常是指对锅炉风机、水泵等附机的变频节能改造。
    锅炉风机、水泵在设计时是按最大工况来考虑的，在实际使用中有很多时间风机都需要根据实际工况进行调节，传统的做法是用开关风门、阀门的方式进行调节，这种调节方式增大了供风、供水系统的节流损失，在启动时还会有启动冲击电流，且对系统本身的调节也是阶段性的，调节速度缓慢，减少损失的能力很有限，也使整个系统工作在波动状态；而通过在锅炉风机、水泵上加装变频调速器（装置）则可一劳永逸的解决好这些问题，可使系统工作状态平缓稳定，并可通过变频节能收回投资。锅炉的变频改造方案一例如下：
目前锅炉风机的装机概况：2×75KW，1×55KW。


    所有风机水泵均采用一对一（即一台变频器配一台电机）的配置方式，保留原工频系统且与变频系统互为备用，一般情况下的调节方式均为开环调节。

四、投资与节能：
    变频节能系统（装置）在各类调速系统中使用时其节能效果对于单台设备可做到20-55%，在风机水泵这类设备的一般应用的节能效果平均也可做到20-50%，在未受到其它因素的影响的情况下一般可取平均值，这些节能效果平均值是由实际应用中得到，权威性数据可由市场上公开出售的资料（书）查到；通过这些数据再进行一些简单的投资回收率的计算可知：变频节能系统（装置）的投资回收期一般为6-15个月（这是经验值也是权威数据）。

五、成功的应用案例
日业变频器的成功应用案例如下:


六、日业变频器的主要特点：
1、采用日本日立32位电机专用CPU，高精度频率输出，分辨率高达0.01HZ。
2、具有自动转矩补偿、自动滑差补偿、死区补偿的功能。
3、具有自动电压调整、停电再起动的功能。
4、具有过流、过压、欠压、过载、过热、缺相保护。
5、内置RS485接口，可计算机联网控制。
6、内置简易PLC，多路模拟和数字量输入输出，自动控制的首选。
7、内置PID功能,使闭环控制更简便。
8、载波频率在线可调, 载波频率高达8KHZ，静音运行。
9、低速额定转矩输出, 5KHZ起动可输出100%的额定转矩,运行稳定。

八、深圳市日业电气有限公司情况

    深圳市日业电气有限公司是一家由风险资本参股经营的高科技企业，专业从事变频器的开发、生产和销售。拥有一流的技术水准和丰富的开发设计经验。公司开发、生产、管理、销售人员均有5年以上的从业经历，公司集多方面专业人才，经过近十年持续不断的努力，开发生产变频器，产品品质达到国家先进水准。



参考资料：
李晓华，杨晓和.变频技术在集中供热中的应用【J】.电力学报.2002.17
张燕宾.SPWM变频调速应用技术【M】.北京:机械工业出版社,2002
日业SY3200变频器使用手册