变频器在风机上的应用

2015-6-12 10:35| 编辑:电工学习网| 查看: 14729| 评论: 0

　风机是一种压缩和输送气体的机械。通过风机后排出风的压力较小者为通风机，较大者为鼓风机，统称风机。从应用方面来看，一般作如下分类：
1.       二次方律风机
这种风机的机械特性具有二次方律负载的特点。属于这种类型的有离心式风机、混流式风机、轴流式风机等。其中以离心式风机应用的最为普遍，其特性也最为典型。其机械特性和风机十分类似，但其空载转矩比风机小得的多，因而在低速运行时，其节能效果也比风机更加显著。
2.       恒转矩风机
主要是罗茨风机，其基本结构是在机壳内有两个形状相同的叶轮，安装在互相平行的两根轴上，两轴上装有完全相同，且互相啮合的一对齿轮，一为主动轮，一为从动轮。在主动轮的带动下，两个叶轮同步反相旋转，使低压腔的容积逐渐增大，气体气体进气口进入低压腔，并随着叶轮的旋转而进入高压腔。在高压腔内，由于容积的逐渐减小而压缩气体，使气体从排气口排出。罗茨风机主用于要求气压较高的分场合。一般认为，罗茨风机的机械特性具有恒转矩的特点。
风机的主要参数和特性
     1、风压：管路中单位面积上风的压力称为风压，用PF表示，单位为Pa。
     2、风量：即空气的流量，指单位时间内排出气体的总量，用QF表示，单位为M3/S。
风量的调节方法与比较
　　调节风量大小的方法有如下两种。
1、调节风门的开度
　　转速不变，故风压特性也不变，风阻特性则随风门开度的改而改变。由于风机消耗的功率与风压和风量的乘积成正比，在通过关小风门来减小风量时，消耗的电功率虽然也有所减小，但减少得不多。
2、调节转速
　　风门开度不变，故风阻特性也不变，风压特性则随转速的改变而改变，由于风机属于二次方律负载，消耗的电功率与转速的三次方成比例。
两种方法的比较
　　对于风机，由气体动力学理论可知，气体流量与风机转速的一次方成正比，风机的转矩与转速二次方成正比，而其轴功率则与转速的三次方成正比，当转速减小时，电机的输出功率将以三次方下降，在所需风量相同的情况下，调节转速的方法所消耗的功率要小得多，其节能效果是十分显著的。
现行风机系统在运行过程中存的问题：

（1）现行风机多采用传统的风门挡板调节来控制风量，风道压流损失较大，根据挡板在风道中的安装位置可分为出口挡板控制和入口挡板控制。出口挡板控制,当挡板关小则增加风阻,不能广泛调节风量。入口挡板控制比出口挡板控制风量控制范围广,关小入口挡板时轴功率大体与风量成比例下降。挡板调节是一种经济效益差、耗能大、维护难度大的调节方式。
（2）许多设备的送风机有余量,或者根据工艺过程特性大部分时间以中低风量运转。
（3）机组负荷发生变化时，只能靠调整挡板调节来调节，控制比较困难。
（4）挡板调节调节线性度差，调节品质差，同时由于频繁的对挡板调节进行操作，导致挡板调节的可靠性下降。
（5）机组负荷低，风机电动机出现大马拉小车现象，浪费大量电能。对于同类型的风机，根据风机参数的比例定律，在不同转速时的H-Q曲线如图所示。
调节转速与采用档板调节流量消耗功率的差值
　　采用改变风机转速和改变管网特性进行风量的调节，在调节相同风量时，其风机的特性曲线(H-Q曲线)变化不同，二种调节方法的运行工况点也不同，其运行的对比如图所示：

风机转速调节与挡板调节的特性曲线对比
使用变频调速对风机进行节能改造后的效果
(1）节约大量电能，实际应用节电率一般都在15%~55%
(2) 软启动节能，减少电机启动时的电流冲击
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于(4-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。
而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始。观察变频器启动的负荷曲线，可以发现它启动时基本没有冲击，电流从零开始，仅是随着转速增加而上升，不管怎样最大值都不会超过额定电流。因此风机变频运行延长了电动机和开关的使用寿命，避免了启动电流、启动转矩对电机的冲击，延长电机使用寿命，节省了设备的维护费用。
(3) 功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网无功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q-无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通风机的功率因数在0.7-0.85之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
(4) 减少设备磨损，
改频后电动机转速一般工作在25~45Hz左右，电机转速比较低，减轻了对风机叶片磨损和轴承的磨损，延长了风机的使用年限，降低了检修费用。故障率下降，档板的机械磨损、卡死等故障不复存在了。最大限度的减少了停机、停炉对生产的影响。
(5) 降低噪音
风机改用变频器后，降低风机转速运行的同时，噪音大幅度地降低，同时克服了由于调节档板线性度不好，调节品质差，引起管道共振，造成系统管道产生啸鸣的缺陷，运行工况得到明显改善。
(6) 能够实现机组的自动控制
以前机组负荷发生变化，只能靠调整档板来调节，控制比较困难。变频调速装置配有计算机接口，具有开环和闭环控制功能，可以很方便地与dcs系统联接，很容易实现机组自动控制。变频调速即可以直接通过增减频率来调整，又可通过外置元件输入模拟量进行自动闭环调整、操作非常简单、灵活。