变频器调速技术在风机系统节能中的应用

2016-04-22张静宇北京埃顿酒店服务有限公司沈阳分公司沈阳110024

山东工业技术 2016年1期

张静宇（北京埃顿酒店服务有限公司沈阳分公司,沈阳　110024）

变频器调速技术在风机系统节能中的应用

张静宇
（北京埃顿酒店服务有限公司沈阳分公司,沈阳110024）

摘要：随着变频调速技术的不断发展和进步,现已成为各企业中不可缺少的电气自动化设备之一,变频器以其自身独特的优势，在工业厂矿中得到广泛应用。变频器调速技术在风机中的节能应用也同样被关注，要想使得变频器调速技术能够发挥其重要的作用，需要对变频器调速原理及特点进行了解。基于本文就变频器调速技术在风机中的节能应用进行分析，并提出提升风机使用性能的优化建议。

关键词：变频器；风机；应用

0　前言

在当前能源日益紧张的情况下，针对玻璃企业中的钢化炉风机设备进行节能应用,将电机变频调速技术用于风机的风量控制，用调节电机转速来调节风量的方法，取代传统的风机恒速运行、依靠阀门调节风量的方法，节能效果十分显著。本文以一台离心式风机功率为250kW的为例，介绍丹佛斯变频器对风机调速的节能应用。

1　变频调速原理

根据三相异步电动机的原理，三相异步电动机的轴转速与供电电源的频率之间有如下关系：

n=60f （1-s）/p

式中

n——电机转速

f——电源频率

s——转差率

p——电机极对数

考虑到转差率s一般<1，所以当电机的极对数一定时，电机的转速和电机供电电源的频率成正比关系，因此可以通过调整供电电源的频率来控制三相异步电动机的轴转速。

2　负载类型

在实际的生产机械中，电动机的负载种类千差万别，但我们可以将这些负载种类归结到平方转矩﹑恒转矩、恒功率等几类特性。而平方转矩和恒转矩负载特性占了全部负载中的绝大多数，我们只讨论这两种负载。

3　平方转矩负载

平方转矩负载的特性为：电机的轴功率与电机转速的3次方成正比关系，即

N=（nne）3Ne

式中ne、Ne—风机的额定转速和额定轴功率

n、N —风机运行时的转速和功率

4　恒转矩负载

恒转矩负载的特性为负载的转矩不随转速变化而变化，电机的轴功率与电机的转速成正比关系，即 N=Kn。

式中n--三相异步电机的转速

N--三相异步电机运行在n转速的轴功率

k--传动系数，当转矩一定时，k为常数

4.1平方转矩负载节能原理

典型的平方转矩类型负载是风机和水泵。从流体力学的原理来说，风机输出的风量或水泵输出的水流量∝风机或水泵的转速，风机输出的风压或水泵输出的扬程∝风机或水泵转速的2次方，风机或水泵的轴功率∝风机或水泵转速的3次方。

因此若转速下降20%，则功率可下降48.8% ；若转速下降50%，则轴功率可下降87.5% 即使考虑调速装置本身的损耗等因素，节能也是相当可观的。

4.2恒转矩负载节能原理

对于恒转矩负载有 NL=TL* n/9550

式中NL--负载轴功率

TL--负载转矩

n--负载转速

由于负载转矩一定，所以轴功率和负载转速成正比关系。当负载转速的变化不影响产品的产量和质量时，应尽可能的降低电机转速，达到节能的目的。

5　变频调速技术在工艺风机节能中的应用

某玻璃生产厂生产钢化玻璃时，须将普通玻璃经过钢化炉处理后形成钢化玻璃。钢化炉有加热炉、冷却段和风机系统组成。钢化玻璃工序工艺流程见图1。

图1　钢化玻璃工序工艺流程

经过磨边处理的玻璃片从上片台进入到加热炉内，被加热到600-700℃左右，达到软化状态，然后进入钢化冷却段。钢化冷却段由滚道和风栅组成，滚道将软化状态的玻璃送入到风栅区，依靠冷却风机吹风急剧冷却，在玻璃表面和内部形成温度梯度，玻璃表面会形成巨大的压应力，达到玻璃钢化的目的。之后已钢化的玻璃继续在风栅内被冷却到50℃左右后，送出到下片台，然后从下片台将钢化成形后的玻璃取片。

实际上玻璃钢化的时间非常短，大概只有10s左右，其余时间主要是用来冷却和待机。在钢化成形时，由于要在玻璃表面形成巨大的温度梯度，因此必须要用大量的空气来冷却，但在冷却段和待机段，则不需要那么多的风量。另外，玻璃的厚度不同，其所需风量也不同，玻璃越薄，冷却风量需要越大，生产到厚玻璃时，所需要的钢化冷却风量也随之减少，为了满足最恶劣的工况，所以风机的功率配置很高，通过调节风机进风口上的风门来满足不同的工艺需求。

传统的调节风量的方法是阻挡风机入口的面积，使风机的进风量减小，以达到减小风量的目的。这时风机的轴功率与风量的关系可以由图1中曲线1表示，而用调速方式来减小流量时，风机的轴功率和风量的关系可以由图1中的曲线2表示，中间部分就是这两者之间的节能量。从图1可以看出，在风量需求较小时，其节能量是很大的。当风量需求减少20%时，节能率约为36.16%，当风量需求减少30%时，节能率约为52.33%，当风量需求减少50%时，节能率约为78.72%（图2）。

该系统风机是由一台250kW、4极、380V的三相异步电机驱动，原先工作风量是根据加工玻璃的厚度，设定输入风门的开度，达到调节风量大小的目的。根据上述工况，采用变频调速技术进行节能改造，变频器选用丹佛斯FC360型产品。改造后，根据加工玻璃的厚度，设定变频器的输出频率，达到调节风量大小的目的。表1是改造前后年用电量对比。

图2　风机的轴功率与风量的关系

根据表1 可知，每台风机可年节约48.6102万Kwh电能，折合标煤145.83吨/年，折合电费35.9715万元/年。

表1　玻璃钢化炉年用电节能对比

6　变频调速技术应用需注意的几点

（1）因变频器运行时产生高次谐波，会对电机及周围设备产生干扰，所以一定要加装滤波设备，防止设备出现意外情况; （2）运行信号干扰。变频器的输入信号很小，对干扰很敏感，一旦输入信号存在较大干扰，将会出现电机转速不平稳、发热等一系列问题。所以安装时一定要加装独立的屏蔽线，方可避免此类问题;（3）环境的影响。如果变频器集中安装于室内，要注意环境温度的变化及变频器温度的变化，必要时进行强制通风或用空调风机进行冷却，以降低环境温度对变频器的影响。否则就会减少其使用寿命;（4）要充分考虑风机的运行情况，如运行参数稳定，基本全速运行，不需要调速，则不要用变频器。另外调速范围也要注意，当转速低于40%～50%时，采用变频设备效率将明显降低，一般控制在50%～70%。