低压变频器在200KW引风机节电技术改造中的应用

　　摘要：很多厂矿企业风机风量的调节仍然使用传统的挡板调节方式，运行中风机档板开度较小，电能浪费较大。而变频调速是当前高效调速方式之一，其原理是通过电力半导体器件改变电动机定子的电源频率以实现调速，从而实现风机风量的调节。文中简述了变频器调速节能的原理及使用优点，通过对一台200KW风机改造前后的运行数据计算，说明变频器在某些工艺应用中可取得显著的节电效果。
　　关键词：低压变频器；原理；优点；节能；200KW风机；节电效果
　　
　　1概述
　　某工序低压200KW引风机采用固定工频方式运行，而风机负载实际工作中处于动态的变化中，即供给负荷与实际需要负荷之间不能精确匹配，风机设计冗余量很大，系统在运行中各时间段内所需风量不同，为了满足工况变化要求，原使用的方法是通过调节来调节挡风板来调节流量，但因电机都为普通电机，照常全速运行。经过现场测量，在正常工艺状况下，电机自身损耗较大，大量电能源都浪费在挡风板上，设备电能利用率偏低，属不经济的运行方式，存在着很大的节能空间。
　　
　　2变频器节能原理简介
　　变频器主要由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成。工作时首先将三相交流电经桥式整流装置变为直流电，脉动的直流电压经平滑滤波后在微处理器的调控下，用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源，输出到需要调速的电动机上。而电机的转速与电源频率成正比，这样通过变频器就可任意改变电源输出频率从而任意调节电机转速，实现平滑的无级调速。风机的节电原理是用自动控制代替固定工频方式，这是一个节电的有效途径。如图1示出了采用风门调节和转速调节方式时，风机的效率—流量曲线
　　
　　图1不同调节方式下的风机效率
　　由图可知：在风机的风量由100％下降到50％时，变速调节与风门调节方式相比，风机的效率平均高出30％以上。因而，从节能的观点来看，变速调节方式为最佳调节方式。
　　
　　3使用变频器的优点
　　1）节电效益。造成风机运行效率偏低，电能浪费较大的主要原因是风机风量的调节使用传统的挡板调节方式，且风机档板开度较小。安装变频调速设备后，通过调节电机的转速来调节风机的风量，可取得显著的节电效果。
　　2）对电气设备及电网的益处。其一，由于变频器卓越的软启动/停止功能（可以零转速启动），启动电流可限制在额定电流以内，实现电机软启动，大大减小了启动冲击电流对电动机和电网的冲击；使风机的转速平稳，由此减少了电机故障，从而大大延长了电机的检修周期和使用寿命。其二，使用变频器，可提高功率因数，减少无功损耗。
　　3）对机械设备及管网的益处。其一，由于风门全开，杜绝了喘振、紊流及风门故障的可能。其二，由于变频器特有的平滑调节，从而大大减少了风机的机械磨损，降低了轴承、轴瓦的温度，有效减少了检修费用，延长了风机的使用寿命。其三，使用变频调节后，负压调节变得快速、灵敏，进一步提高了设备运行控制和系统运行管理的自动化水平。
　　
　　4节电效果计算
　　1）电机额定参数及运行数值
　　电机额定功率为200KW，额定电流374A，额定转速997r/min。改造前，实际平均运行电流为337A，电机转速为997r/min，挡风板开度为33%左右。改用变频调速后，挡风板开度为100%，实际平均运行转速为830r/min。
　　2）节能计算
　　采用定速驱动时，电机的电压与功率因数均不变，由电工原理可知P＝√3*U*I*cosΦ，则风机的实际消耗功率P1=P额定*I实际/I额定=200*337/374≈180(KW)
　　采用变频调速后，根据流体机械的相似定律知，风机的转速n正比于风量Q即n∽Q；风机的转速n的三次方正比于风机的输出轴功率P即P∽n3
　　则此时电机的输出功率为P´=P额定*(n实际/n额定)3=200*(830/997)3≈115（KW）
　　由于变频器在运行中有损耗，根据实测一般不超过额定功率的2％，在此我们取1%，则P损耗=P额定*1％=200*0.01=2(KW)
　　则风机在实际运行中消耗的功率P2=P´+P损耗=115+2=117(KW)
　　则风机在改成变频器后节约的功率P3=P1-P2=180-117=63(KW)
　　按风机一年运行的时间T为8000小时，单位电价K为0.43元/度计算,则采用变频调速调节风量与挡风板调节风量相比较，每年可节约电费W＝P3*T*K=63*8000*0.43=216720（元）
　　以上是通过理论数据计算说明节电效果，实际操作中我们可以通过安装节电装置来统计节电效果。节电装置本身安装电表及节电/非节电两种运行方式转换开关，选择风机正常运行状态下，通过转换开关切换，节电器每小时工作在节电或非节电状态运行，记录电表上数据；如此往复测试若干次，取加权平均值，即作为考核节电效果的依据。
　　由此可见采用变频调速电动机进行调速节能改造后，与采用挡风板相比，其节能潜力很大。生产负荷变化越大，生产所需风量越低，则节电效果越显著，经济效益非常可观。对降低企业生产成本，将产生重要而积极的影响。此改造每年可节约电费2万多元，一般3年左右即可收回投资。
　　
　　5结论
　　应用变频调速技术，一方面可以极大地节省水泵或风机消耗的电能，减少启动冲击，实现系统的节能、经济运行，是节能降耗、提高经济效益的有效途径；另一方面可以提高功率因数、降低谐波污染，提高系统的运行品质，实现高精度控制，提高可靠性，满足对环境和生产工艺过程对流量和压力的精度要求，可以有效地减轻叶轮和轴承的磨损，延长设备使用寿命，降低噪声，大大改善起动性能，有效地提高经济效益和产品质量。具有深远的社会影响和推广价值。
　　
　　参考文献
　　[1]刘介才.工厂供电(第2版).机械工业出版社出版，1996,5.
　　[2]杨斌文，周志刚，电机负载率的测定与正确应用[J].机电产品开发与创新，2003(6)∶24−25
　　[3]肖湘宁，韩民晓，徐永梅，文俊，徐明荣.电能质量分析与控制.中国电力出版社，2004年2月.
　　[4]方承远主编.工厂电气控制技术.机械工业出版社出版，1991.
　　[5]许实章，等.电机学机.机械工业出版社，1981.
　　[6]陈伯时主编.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社出版，1991.
　　[7]秦祖荫.电力电子技术基础.西安：西安交通大学电器教研室，1990.

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