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一、改造前基本情況

1． 基本情況

2．改造前設(shè)備操作的缺點

• 電機及風(fēng)機轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強度重；

• 調(diào)節(jié)精度差，控制不精確；

• 電氣控制直接起動，啟動時電流對電網(wǎng)沖擊大，需要 電源（電網(wǎng)）容量大，功率因素較低；

• 起動時機械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；

• 電氣保護(hù)特性差，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備等。

二、傳統(tǒng)方案情況

1、 傳統(tǒng)風(fēng)機運行情況分析

1.1 電能浪費
    風(fēng)機功率220KW，擋板的調(diào)節(jié)控制風(fēng)門。風(fēng)機的轉(zhuǎn)速恒定，由擋板來控制風(fēng)量，造成風(fēng)量的大小與電機輸出功率不成比例，造成大量的能量浪費。
1.2 對生產(chǎn)工藝中負(fù)荷的適應(yīng)能力差
    由于生產(chǎn)負(fù)荷在變化，而風(fēng)門的調(diào)節(jié)也在不斷變化，若風(fēng)量不穩(wěn)定，便造成風(fēng)壓的變化，影響到工作效率。
1.3 電機起動沖擊電網(wǎng)
    電機啟動采用降壓起動方式。在啟動過程中起動沖擊高壓額不定期電流的3-4倍，對電網(wǎng)沖擊很大。而且操作復(fù)雜，維護(hù)量大，設(shè)備故障率高，維護(hù)費用高，造成停產(chǎn)損失大。

2、傳統(tǒng)方案概況

通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都要全速運轉(zhuǎn)，而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費用高居不下。

三、改造方案設(shè)計要求

1、變頻器工作原理

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。低壓變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。通過變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機的速度。

 圖1 變頻器內(nèi)的控制電路框圖

2、MV300P變頻器技術(shù)參數(shù)

2.1 MEGMEET變頻器MV300系列變頻器的主要技術(shù)特點：

• 豐富的驅(qū)動器控制模式
  無PG/有PG速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、速度/轉(zhuǎn)矩控制、擺頻控制、位置控制、速度/位置控制、過程PID控制
• 強大的可編程功
  能模塊化結(jié)構(gòu)、自由連接的可編程單元、豐富的可自定義I/O，使驅(qū)動器能夠提供強大的可編程功能。具有一個比較器、4個邏輯單元、2個定時器（4種定時模式）、1個計數(shù)器、2個算術(shù)單元
• 簡單易用設(shè)計
  多種操作控制模式（操作面板、外部端子及串行通訊），操作面板（參數(shù)拷貝功能、運行方向切換、點動）采用人性化的三級菜單操作，拔插式控制端子，配線靈活方便。
• 模塊化結(jié)構(gòu)  
  多功能輸入/輸出、斜坡啟動/停產(chǎn)、S曲線、跟蹤啟動；危險速度回避、制動控制、自動重啟；PID過程控制（轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速修正功能、PID預(yù)設(shè)、反饋異常檢測）
• 緊湊型設(shè)計  
  體積最小的設(shè)計方案，可并排緊密安裝，節(jié)省安裝空間
• 接口配置靈活
  +10v雙極性模擬輸入/輸出，可作雙向速度和轉(zhuǎn)矩控制；PULS/SIGN/PFO脈沖輸入輸出，可作同步和位置定位應(yīng)用。A/B/Z碼盤輸入，直接支持閉環(huán)速度控制
• 內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)RS-485通訊接口，開放的MODBUS協(xié)議
• 32位高速DSP內(nèi)核，搭載高性能電機驅(qū)動和強大應(yīng)用功能

•  

  高可靠（高品質(zhì)元器件和降額使用，單板采用三防漆處理）,設(shè)計壽命MTBF>50000,適應(yīng)長期連續(xù)工作

   

• 變頻器技術(shù)規(guī)范

3、 節(jié)能方案

3.1 改造原理

變頻器的節(jié)能功能實質(zhì)上是它通過對電機轉(zhuǎn)速的控制來盡量減少電機不必要消耗而工藝卻必須消耗的那部分能量。以風(fēng)機為例，傳統(tǒng)的控制是利用風(fēng)門擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量，在這種情況下電機是以恒定速度運行的，輸出的功率也是恒定的，但是在風(fēng)門不是全開的情況下，總是有能量消耗在風(fēng)門擋板上，而采用變頻器時，風(fēng)門全開，靠的是降低電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量的，這種情況下，電動機是靠減小輸出功率來實現(xiàn)減小風(fēng)量的，節(jié)省的電能就是原系統(tǒng)中消耗在擋板上的那部分能量。在這個過程中，轉(zhuǎn)矩是減小的，電壓、電流也減小。  

3 .2 變頻節(jié)能特點和效果

• 變頻調(diào)風(fēng)無可比似的優(yōu)越性

節(jié)能效果顯著。根據(jù)流體力學(xué)原理，風(fēng)機負(fù)載的風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速N成正比，而所需功率P與轉(zhuǎn)速N的三次方成正比。因此當(dāng)風(fēng)量小于額定風(fēng)量時，改變電機轉(zhuǎn)速，其功率明顯下降，具有顯著的節(jié)能效果。

• 風(fēng)機的效率提高 

風(fēng)機的工作效率由下式計算： 

ηp=C1（Q/n）-C2（Q/n）2 

式中Q為風(fēng)量，n為轉(zhuǎn)速，C1C2為常數(shù) 

通過風(fēng)門控風(fēng)量時，因轉(zhuǎn)速n不變，而風(fēng)量Q下降，故效率ηp下降，而通過轉(zhuǎn)速控制風(fēng)量時，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，比值（Q/n）不變，故效率ηp始終保持最佳狀況。 

• 其他好處

① 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高：原電機直接由工頻驅(qū)動時，滿載時功率因數(shù)為0.85左右，實際運行功率因數(shù)遠(yuǎn)低于0.8。采用節(jié)能控制系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.9以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運行費用。

② 設(shè)備運行與維護(hù)費用下降：采用節(jié)能控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時，電機、風(fēng)機/水泵轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長，設(shè)備運行壽命延長；并且節(jié)能控制系統(tǒng)改造后風(fēng)門/閥門開度可達(dá)100％，運行中不承受壓力，可顯著減少風(fēng)門/閥門的維護(hù)量。節(jié)能控制系統(tǒng)器運行中，只需定期對節(jié)能控制系統(tǒng)器除塵，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。隨著生產(chǎn)的需要，調(diào)節(jié)風(fēng)機/水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機/水泵風(fēng)量，既滿足生產(chǎn)工藝的要求，工作強度又大大降低。采用節(jié)能控制系統(tǒng)技術(shù)調(diào)速后，減少了機械磨損，維護(hù)工作量降低，檢修費用下降。

③ 用節(jié)能控制系統(tǒng)調(diào)速裝置后，可對電機實現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內(nèi)，電機可保證運行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。風(fēng)機啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。

④ 與原來舊系統(tǒng)相比較，節(jié)能控制系統(tǒng)器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機。

⑤ 操作簡單，運行方便?？赏ㄟ^計算機遠(yuǎn)程給定風(fēng)量或壓力等參數(shù)，實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。

⑥ 適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強，電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-15%～+10%之間波動時，系統(tǒng)均可正常運行。

四、改造方案與傳統(tǒng)方案理論上的對比

1、傳統(tǒng)方案

傳統(tǒng)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量特性如下： 

圖1為引風(fēng)機用擋板門控制時，當(dāng)風(fēng)量要求從Q1減小到Q2，必須關(guān)小擋板。這時擋板的磨擦阻力變大，管路曲線從R移到R1，揚程則從Ha上升到Hb，運行工況點從a1點移到b1點。 要求揚程增加即電機的功率增加，能耗增加，擋板開度越小能耗越大，同時管網(wǎng)壓力增加，加速設(shè)備的老化。由于電機始終工作在工頻，電機電流大，不會隨流量的變化而降低，從而也不會降低電機的使用壽命。

2、變頻器調(diào)速方案

調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的流量特性：

上圖為調(diào)速控制時，當(dāng)風(fēng)量要求從QB減小到QC，由于阻力曲線R不變，引風(fēng)機的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把速度從n降到n′，運行工況點則從B點移到C點，揚程從HB下降到HC。風(fēng)量減小時，電機的揚程減小，功率減小 能耗降低

3、方案對比

在保證相同風(fēng)量控制時，用擋板控制風(fēng)量方案，部分功率被損耗浪費掉了（如圖損耗部分的功率為BCHF陰影部分的面積），且隨著擋板不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時，由于風(fēng)量Ｑ與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；揚程Ｈ與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；軸功率Ｐ與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速n成３次方的關(guān)系下降。如果不是用關(guān)小擋板的方法，而是把電機轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運同樣風(fēng)量的情況下，原來消耗在擋板的功率就可以全避免，取得良好的節(jié)能效果，這就是風(fēng)機調(diào)速節(jié)能原理。

因此，目前大部分的風(fēng)機控制都引入了最先進(jìn)的變頻控制，有效的降低了系統(tǒng)的功耗，符合國家倡導(dǎo)的綠色節(jié)能政策，目前正被大面積的推廣。  

五、效益分析

六、總結(jié)

對風(fēng)機改造表明：

1、改造后系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定，麥米電氣變頻器性能好，品質(zhì)優(yōu)越，對其他設(shè)備無干擾。 
2、采用交輪流變頻器對風(fēng)機進(jìn)行節(jié)能改造具有結(jié)構(gòu)簡單、改造方便、節(jié)能效果明顯。
3、使用變頻器后，風(fēng)機可軟起停、減少設(shè)備機械沖擊、延長設(shè)備使用壽命、降低設(shè)備的維修費用。
4、變頻調(diào)速技術(shù)先進(jìn)、成熟，提高了設(shè)備的技術(shù)含量。