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變頻調(diào)速技術(shù)在離心式引風(fēng)機(jī)控制中的節(jié)能分析

信息來源：發(fā)布時(shí)間：2020-07-20閱讀：397
  • 引言

變頻器調(diào)速技術(shù)在離心式引風(fēng)機(jī)中得到廣泛地應(yīng)用。風(fēng)機(jī)最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。

2  控制系統(tǒng)改造的必要性分析

中鋁青海分公司鋁電解槽供料系統(tǒng)風(fēng)動(dòng)溜槽中促使氧化鋁流動(dòng)的高壓風(fēng)是由離心式引風(fēng)機(jī)提供的，共36臺(tái)，所以正確對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制是至關(guān)重要的。原來對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式，通過人工檢查氧化鋁的走料速度來決定啟、停高壓風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)，多數(shù)情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一套系統(tǒng)需啟動(dòng)兩臺(tái)功率為37kW的電機(jī)在工頻下驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)來滿足供料。但實(shí)際中一臺(tái)風(fēng)機(jī)就能滿足風(fēng)動(dòng)溜槽中氧化鋁流動(dòng)所需的供風(fēng)量，啟動(dòng)兩臺(tái)離心式引風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可保證電解槽的及時(shí)供料，風(fēng)動(dòng)溜槽中也不易積料，可避免由于溜槽中長時(shí)間積料造成的溜槽不暢通，也就避免了影響正常的供料。在這中間忽略了能源的浪費(fèi)。近十幾年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)與電力開關(guān)器件的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)踐逐漸走向成熟。變頻調(diào)速以其效率高、調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、特性硬、無級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，在各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)中，尤其是節(jié)能技術(shù)改造中，變頻技術(shù)的應(yīng)用面正在不斷擴(kuò)大，應(yīng)用也從簡單的節(jié)能向改進(jìn)工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的綜合型方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)實(shí)施過程中，經(jīng)常遇到的問題是使用變頻調(diào)速器是否節(jié)約能源，能否滿足生產(chǎn)工藝要求等。為此，對(duì)其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過壓力傳感器檢測溜槽中風(fēng)壓調(diào)整變頻頻率，對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)實(shí)行變頻器變頻控制，避免了能源的浪費(fèi)，所以具有較大的改造價(jià)值。

3  變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理與負(fù)載關(guān)系

變頻器在離心式引風(fēng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中應(yīng)用主要目的是節(jié)能，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n＝60f/P（1-S），電源頻率與轉(zhuǎn)速成正比，即改變頻率可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，理論上風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，調(diào)節(jié)風(fēng)門和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的測試數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。

由表可見，與調(diào)節(jié)風(fēng)門相比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速具有十分顯著的節(jié)能效果（被測電機(jī)pMN＝16kW  nMN＝1430r/min ）

風(fēng)機(jī)類負(fù)載其中空氣、介質(zhì)對(duì)機(jī)器中的葉片之阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比，即：Mfz＝Kn2，式中K為比例系數(shù)〔1〕，實(shí)際的風(fēng)機(jī)由于軸承上有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩Mm，是反抗性負(fù)載性質(zhì)的，要由外加轉(zhuǎn)矩克服這個(gè)Mm后，才能使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，實(shí)際的風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為Mfz＝Mm+Kn2?，F(xiàn)以恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載與離心風(fēng)機(jī)為例分析節(jié)能特性，為了分析的方便，假定電動(dòng)機(jī)的輸入功能等于這類裝置的軸功率，即不考慮裝置效率影響。由于風(fēng)機(jī)最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。

4  改造方案

4.1 引風(fēng)機(jī)加裝變頻器結(jié)構(gòu)原理

從以上運(yùn)行情況分析：若提高電動(dòng)機(jī)的工作效率、節(jié)約電能，可在風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)上裝調(diào)速裝置。根據(jù)工作的情況調(diào)節(jié)調(diào)速器裝置的速度即可以滿足工作狀況的要求。用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造不必對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行太大改動(dòng)。在變頻改造的過程中，當(dāng)氧化鋁流動(dòng)速度較慢時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行便可達(dá)到要求。當(dāng)需風(fēng)量不太大時(shí)，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)可節(jié)約電能。同時(shí)，可根據(jù)需要而調(diào)節(jié)變頻器，以滿足工況要求。

4.2  改造原理

工作原理如圖 1所示〔2〕，將溜槽的實(shí)際風(fēng)壓經(jīng)反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)溜槽高壓風(fēng)壓力不足時(shí)，通過對(duì)參數(shù)運(yùn)算，調(diào)整PID的參數(shù)，控制電壓上升，使VVVF頻率相應(yīng)增大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，供風(fēng)量加大，迫使風(fēng)壓上升；反之，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，供風(fēng)量減少，迫使溜槽壓力下降。以保持穩(wěn)定的恒壓供風(fēng)。在本系統(tǒng)中采用了多風(fēng)機(jī)控制，單機(jī)設(shè)定在25～50Hz范圍內(nèi)變化，在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)管道壓力遠(yuǎn)小于或大于設(shè)定值時(shí)，可以依靠增加或減少運(yùn)行風(fēng)機(jī)的數(shù)量來完成，加減風(fēng)機(jī)按 1→2 →3轉(zhuǎn)換順序選擇。

 

 

 

5  效果分析

變頻調(diào)速節(jié)能控制裝置的特點(diǎn)是效率高，沒有因調(diào)速而帶來附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速范圍大、精度高，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，而且容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制。由于可利用原鼠籠式電動(dòng)機(jī)，所以特別適合舊設(shè)備的技術(shù)改造，它既保持了原電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、維修方便的優(yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到顯著的節(jié)電效果，是風(fēng)機(jī)交流調(diào)速節(jié)能的理想方法。由于風(fēng)機(jī)的功率較大、工作時(shí)間較長、節(jié)能效果非常顯著，實(shí)際測得離心引風(fēng)機(jī)實(shí)際電流為44A，直接啟動(dòng)電流為56A，如果按一年工作360天，調(diào)頻30～50Hz，用隨機(jī)分布來計(jì)算，可節(jié)約： 37kW×24h×360d×44A/56A=251177kW·h，按每kW·h 0.25元計(jì)算每年每臺(tái)可節(jié)約62794元，則每年可以節(jié)約62794×36＝2260584元。

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