電工技師論文變頻器在風機中的應用

1、電工技師論文變頻器在風機中的應用 摘要：隨著工業(yè)生產(chǎn)對風機調速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)風機主要采用三相交流電固定轉速，從啟動到正常運轉后一直是保持一個轉速，不能根據(jù)不同需求而改變轉速，極大的浪費了電能， 本文則主要介紹現(xiàn)代交流變頻器應用于風機的知識與問題，解決了不同場合根據(jù)不同需求改變轉速，從而節(jié)約了能源。關鍵詞：交流變頻器 風機 污水處理 節(jié)能引言污水處理近十幾年來，越來越受到我國地方各級政府的重視，對污水處理方面的投資建設也不斷加大。但是，大多數(shù)污水處理設備還是傳統(tǒng)的機電設備。隨著交流變頻調速技術在機電控制方面不斷發(fā)展應用，無論從節(jié)能還是對機電設備的精細化控制來說，都迫切需要利用變頻技術對

2、傳統(tǒng)的污水處理設備進行升級改造?，F(xiàn)以我公司利用交流變頻調速技術對生化池曝氣風機風量進行精細化控制為例，詳細說明介紹變頻器在風機中的應用。我公司的生化池是垃圾滲濾液處理的核心，池內(nèi)存活著大量活性污泥，每天在生化池曝氣階段，利用測氧儀每隔2小時測氧1次，嚴格控制生化池的do（溶解氧）在25mg/l之間，既不能過量（生化池do5mg/l），也不能欠量（生化池do2mg/l）。如果生化池do過高，將造成好氧菌大量繁殖，而好氧菌是消耗堿度的，從而使生化池的堿被消耗掉，造成酸堿不平衡，使最終處理出水達不到國家排放標準；生化池do偏低，將抑制池內(nèi)微生物的生長、繁殖，造成微生物的減少，從而影響垃圾滲濾液處理的

3、效果。我公司生化池2臺45kw曝氣風機改造前利用常規(guī)擋板風門控制方式對生化池曝氣進行氣量控制，不但不能精確控制生化池的do（溶解氧），而且浪費了大量電能。后來采用變頻器變頻調速的方法對2臺風機風量進行控制，結合生化池曝氣階段的do（溶解氧），采用變頻器變頻調速的方法對風機風量進行控制，經(jīng)過1年多試運行，2臺風機的年用電量比原來下降了48%左右，節(jié)約了電能。由于變頻調速能夠精確控制生化池進氣量，保證生化池曝氣階段do（溶解氧）在25mg/l的正常范圍，所以生化池微生物的生長、繁殖及生化性比改造前要好，垃圾滲濾液的處理效果比以前有了明顯改善。 一、 交流變頻調速技術簡介交流變頻調速技術是二十世紀9

4、0年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調速技術，主要用于交流電動機的變頻調速，其技術和性能勝過其它任何一種調速方式(如：降壓調速、變極調速、滑差調速、內(nèi)反饋串級調速和液力偶合調速)。變頻調速以其顯著的節(jié)能效益，高精確的調速精度，寬泛的調速范圍，完善的電力電子保護功能以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到了廣大用戶的認可，同時在運行安全和可靠性、安裝使用、維修維護等方面，也給使用者帶來了極大的便利，從而使之成為國內(nèi)外企業(yè)電機節(jié)能方式的首選。1.變頻調速的方法變頻調速主要通過改變輸入到交流電機的電源頻率，來達到調節(jié)交流電動機的輸出轉速之目的。交流異步電動機的輸出轉速可由下式確定：式中，n為電機的輸出轉速，

5、f為輸入電源頻率，s為電機的轉差率，p為電機的極對數(shù)。由公式(1)可知，電動機的輸出轉速與輸入的電源頻率、轉差率、電機的極對數(shù)有關，因此，交流電動機的直接調速方式主要有變極調速(調整p)、轉子串電阻調速或串級調速或內(nèi)反饋電機(調整s)和變頻調速(調整f)等。變頻調速器從電網(wǎng)接收到50 hz的交流電后，經(jīng)過整流、慮波將其轉換成直流電，再將直流逆變成頻率和電壓可調的交流電，最后輸出到交流電動機，以實現(xiàn)交流電機的變速運行。2.調速節(jié)能的原理通過流體力學的基本定律可知：風機(或水泵)類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量q、壓力(揚程)h以及軸功率p具有如下關系：式中，q1、h1、p1分別為風機(或水

6、泵)在n1轉速時的流量、壓力(或揚程)、軸功率，q2、h2、p2則分別表示風機(或水泵)在n2轉速時相似工況條件下的流量、壓力(或揚程)、軸功率。由公式(2)、(3)、(4)可知，風機的流量與其轉速成正比，壓力(或揚程)與其轉速的平方成正比，軸功率與其轉速的立方成正比。 根據(jù)公式(4)可知，在其它運行條件不變的情況下，理論上講，通過下調電機的運行速度，其節(jié)電效果是與轉速降落成立方的關系，因此，其節(jié)電效果非常明顯。二、變頻器省電需注意的某些情況 變頻器是通過輕負載降壓實現(xiàn)節(jié)能的，拖動轉距負載由于轉速沒有多大變化，即便是降低電壓，也不會很多，所以節(jié)能很微弱，但是用在風機環(huán)境就不同了，當需要較小的風

7、量時刻，電機會降低速度，我們知道風機的耗能跟轉速的1.7次方成正比，所以電機的轉距會急劇下降，節(jié)能效果明顯。 當然，如果環(huán)境要求必須調速，變頻器節(jié)能效果還是比較明顯的。不調速的場合變頻器不會省電，只能改善功率因數(shù)。 1、如果兩個一模一樣的電機都工作在50hz的工頻狀態(tài)下，一個使用變頻器，一個沒有，同時轉速和扭矩都在電機的額定狀態(tài)下，那么變頻器只能改善功率因數(shù)，并不能節(jié)省電力。 2、如果這兩個電機的扭矩沒有達到電機的額定扭矩狀態(tài)下工作（頻率，轉速還是一樣50hz），有變頻器的那個如果使用了自動節(jié)能運行，這個時刻變頻器能降壓運行，可以節(jié)省部分電能，但是節(jié)電不明顯。 3、同樣的條件，拖動型負載空載狀

8、態(tài)也節(jié)省不了多大的電能。 4、變頻器的選用。目前，市場上變頻器產(chǎn)品較多，一般說來，國外的產(chǎn)品其元件及性能應較好，但價格較高，變頻器的選型對整個改進的運行情況和節(jié)能的效果起較大作用。為保證風機可靠運行和改進后的節(jié)能效果，我們選用了兩臺abb公司的acs510-01-088a-4 變頻器對公司2臺45kw風機進行改造。三、變頻改進方案 通過公司技術人員的論證和討論，系統(tǒng)在改進時采用雙回路控制，即變頻器控制和原工頻控制同時存在，兩種控制方式之間用刀開關切換。變頻器異常時，停止變頻器運行，風機可通過現(xiàn)場手動切換開關切換到工頻下運行，正常運行時以變頻控制為主。變頻控制和工頻控制在控制上實現(xiàn)互鎖。提高了安

9、全生產(chǎn)的保障能力，變頻改進控制原理圖（如下圖）。在系統(tǒng)組態(tài)編程方面，變頻調速操作控制嵌入到原dcs系統(tǒng)中。通過上位機可以對變頻器進行啟動、停機、調速等控制，在上位機上顯示變頻器的運行數(shù)據(jù)和當前狀態(tài)。為了保障調速系統(tǒng)的可靠性。在上位機流程畫面上保留原dcs系統(tǒng)上位機控制方式，作為系統(tǒng)備用，在變頻器控制異常時能即時通過手動切換開關切換到原工頻控制方式。四、變頻改進后的效果1 、系統(tǒng)運行 2臺風機變頻器改進安裝后，經(jīng)過一年多的運行，變頻器性能運行非常穩(wěn)定，達到設計要求。從實際運行來看，變頻與工頻互鎖，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。設備方面由于變頻具有軟啟動功能避免了電機啟動時對電機的沖擊損害，轉速的降低，對風機的葉

10、輪、軸承等壽命得以延長。設備運行狀況良好。2 、效益比較 為保證變頻改進后的數(shù)據(jù)記錄的真實性，更切合實際，所記錄的數(shù)據(jù)是通過一年實際運行記錄，變頻改進前后電量計算（如下表）所示。從表中可以看出，經(jīng)變頻改進后，在滿足生化池正常do（溶解氧）的情況下，風機輸入功率明顯減小，每天以10h、全年生產(chǎn)320天計算，每年2臺風機可節(jié)電約139232kw h，以本公司電價1kwh 0.68元計算，年可節(jié)約電費94678元。 變頻改進前 變頻改進后 設備名稱 型號 運行功率 運行功率 規(guī)格 輸入 年用 輸入 年用 年節(jié) 節(jié)電率 功率 電量 功率 電量 電量 /% /kw /(kwh) /kw /(kwh) /

11、(kwh)1#風機 45kw 45 143216 23 73600 69616 48.6 80a2#風機 45kw 45 143216 23 73600 69616 48.6 80a五、結束語變頻器控制技術用于風機控制可以達到顯著的節(jié)能效果，變頻器應用于風機控制已經(jīng)成為當今風機節(jié)能控制的主流產(chǎn)品。在污水處理行業(yè)使用變頻技術精確控制風機風量進而控制生化池的曝氣量既提高了設備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，改善了污水處理的效果，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產(chǎn)周期。變頻器控制系統(tǒng)卓越的調速性能，不僅改善了現(xiàn)有設備的運行工況，還提高系統(tǒng)的安全可靠性和設備利用率，延長了設備使用壽命，在節(jié)能