[变频器在风机系统中的应用研究] 风机变频器系统构成
时间：2020-03-25 07:37:51 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘要]风机作为煤矿用量最大的通用耗电设备，其能耗对生产成本影响很大，但是随着变频器技术的飞速发展和日益广泛的应用，越来越多的风机采用变频器进行调节，节能效果明显。本文主要探讨变频器在风机系统中的应用。
[关键词]变频器；风机系统；应用
随着社会的发展，科学技术的不断进步，工业生产也不断扩大其规模，例如工厂生产中运送粉状物料主要有三种方法：传送带、提升机、气力吸运系统。由于气力吸运系统运送物料速度快、流量大，所以一般工厂都采用此方法，风机是气力吸运系统必需的动力设备。根据工艺要求，风机风量控制应随物料流量的变化而相应变化，以保证物料不堵不掉，维持生产的正常运转。因此，在目前工厂中，普遍采用恒速控制风量，即利用风机的速度不变，改变风门调节风量，这种方法消耗能力特别打，不利于环保节能，所以如果采用变频器，改为调速控制，调节风机的速度以改变风量，就可以大大地减少能量的消耗，从而达到提高经济效益的目的，以下将探讨两种常见的风机怎样利用变频器进行调速控制。
一、冲天炉风机系统的变频调速控制
在铸造企业，鼓风机是冲天炉熔炼生产中最重要的设备之一，其主要作用是将大量的空气，经过压缩后形成高压高速气流，通过管道送往冲天熔炼炉内，与焦炭充分燃烧产生高温使钢铁熔化变成铁水，供浇注成产品，以便于加工制造。空气的充足与否直接影响到产品的质量，所以必须不断地送入大量的空气，以保证冲天熔炼炉的正常工作。某铸造厂5T冲天炉鼓风机，电动机容量为22kw，原来是通过调节风门风量来控制的，现要求改为变频调速控制。因炉前温度较高，不适宜由司炉工在炉前进行操作控制，现要求将变频器放在较远处的配电柜内。
（一）风机的机械特性
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，统称为风机。
1.二次方律风机
此类风机机械特性具有二次方律的特点，这种类型的风机有离心式风机、混流式风机、轴流式风机等，其中以离心式风机应用最为普遍，其特性也最为典型。
2.恒转矩鼓风机
该类型主要是罗茨风机，在机壳内有两个形状相同的叶轮，它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，两个叶轮同步反向旋转，使低压腔的容积逐渐增大，气体经进气口进入低压腔，并随着叶轮的旋转而进入高压腔。在高压腔内，又由于容积的逐渐减小而压缩气体，使气体从排气口排出。罗茨风机主要用于气压要求较高的场合，其机械特性具有恒转矩的特点。
（二）风机的主要参数和特性
1.主要参数
①风压是指管路中单位面积上风的压力，用P，表示。本任务中风机的静压为34320 Pa。
②风量即空气的流量，指单位时间内排出气体的量，用Q，表示。本任务中风机的风量为21．8m3/min。
2.风压特性
在转速不变的情况下，风压P，和风量Q，之间的关系曲线，称为风压特性曲线，如图2所示中的曲线①所示。风压特性与水泵的扬程特性相当，但在风量很小时，风压也较小。随着风量的增大，风压也逐渐增大。增大到一定程度后，风量再增大，风压又开始减小。因此，风压特性呈中间高两边低的形状。
3.风阻特性
在风门开度不变的情况下，表示风量与风压关系的曲线，如图2所示中曲线②所示，风阻特性与供水系统的管阻特性相当，形状也相似。
4.通风系统的工作点
风压特性与风阻特性的交点，即为通风系统的工作点，如图2中的A点所示，图中坐标所标数字为标么值。
（三）风机的控制方法
通常调节风量和压力大小的方法有两种。
1.调节风门开度
若转速不变，则风压特性也不变。这时，风阻特性则随风门开度的改变而改变，如图5a中的曲线③和④所示。
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，但减小得不多，如图5b的曲线①所示。
采用这种方式的优点是投资小、控制简单，缺点是风量调节范围小、进风量稳定性差、风量损失严重、能耗大。
2.调节转速
若风门开度不变，则风阻特性也不变，这时风压特性则随转速的改变而改变，如图5c中的曲线⑤、曲线⑥、曲线⑦所示。
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，如图5b中的曲线②所示。由图可知，在所需风量相同的情况下，调节转速的方法所消耗的功率比调节风门开度的方法所消耗的功率要小得多，由此可以节能。
（四）冲天炉风机的变频调速系统
1.控制电路
对于本任务分析中的冲天炉鼓风机，该电路采用升降速远程控制功能，图中SA为KA2电源控制开关，按钮开关SBl和SB2用于控制中间继电器KA3，由KA3控制接触器KN，从而控制变频器的通电与断电。ST和SF用于控制继电器KA4，从而控制变频器的运行与停止。KN和KA4之间具有连锁关系：
KM未接通之前，KA4不能通电；KA4未断开时，KM也不能断电。
SB3为升速按钮，SB4为降速按钮，SB5为复位按钮，KAl为报警控制，KA2为电源控制，KM是变频器通电控制，KA4是启动运行控制，HLl是变频器通电指示，H12是变频器运行指示，HL3和HA是变频器发生故障时进行声光报警，Hz是频率指示。
2.主要器件的选择
变频器的选择：选择途径有两个，一是可以根据用途，参照变频器说明书上的适配电动机功率，来选择变频器。二是可以由用户根据电动机功率，通过计算来选配变频器。例如我们可以选择三菱变频器，电动机额定功率为22 kW，电动机额定电流为44.6 A。变频器额定输出电流≥电动机额定电流×1.1=44.6 A×1.1=49.06 A变频器应选择额定输出电流为49.06 A，另外考虑增加一个挡位电流，其费用会增高，且对于风机、泵类的电动机一般不会过载，所以变频器选择FR―A540―22K―CH，其额定容量为32.8 kVA，其额定电流为43 A，能满足该电动机的控制要求。
二、变频器在鼓风机中的调速控制方法
目前，在纺织行业中，仍有不少企业依旧使用变极的方法对风机进行调速，其不但调节灵活性差，而且耗电量也大。若使用变频调速技术，利用变频器的程控调速功能对风机进行速度控制，就能根据纺织车间的不同季节对车间温度、湿度的要求，合理调节风量，做到通风换气、降温除湿，达到自动保持温度、湿度恒定的要求。这样，既可降低劳动强度和生产成本，又可实现节能增效。例如某纺织厂有5个纺织车间，每个车间有两台鼓风机，其中一台为30 kw、一台为37kW，若利用变频器对其鼓风机进行程控调速改造，就能达到上述要求。
（一）利用变频器对鼓风机进行程控调速改造
关于鼓风机和变频器方面的相关知识在本书前面的有关任务中已经学习，在此不再重复。下面主要学习利用变频器对鼓风机进行程控调速改造方面的有关知识。
1.查询有关资料
根据未改造前的相关记录，统计全年运行时间。若每月运行30天，每天按24 h计算，全年总运行时间为8 640 h。其中，夏季高温期为4个月(6至9月)，累计时间为T1=2880 h；春秋冬季中低温期为8个月(1至5月、10至12月)，累计时间为T2=5760 h。在夏季高温期每天的10时至18时时段是室外温度最高时间，而每天的22时一次日7时时段是当日温度最低时间，其余时段为当日平均温度时间。因此，变频器对风机控制的频率只有根据不同时段的温度差异来设定，才能使车间室内温度保持相对恒定。
2.测定与计算控制频率
3.有关电路
①主电路：保持原电气柜中降压启动装置及换极控制部分(以作备用)，增加变频器调速控制电路。启动设备前，首先将电动机Y一△刀开关拨至△形接法挡位(高速)，其次将选择开关拨至工频或变频位置。若选择高频运行，SKl的1―2接通，按图顺序启动工频运行；若选择变频运行，SKI的1―3接通，将选择开关拨至夏季高温期或春秋冬中低温期运行。若选择高温运行，SK2的17―18接通，然后按图顺序启动变频运行；若选择中低温运行，SK2的17―19接通，其余操作同上。
三、结束语
综上所述，变频器用于风机类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产时间，大大地提高了企业的经济效益。变频控制除上述优点外，还降低了电机的损坏率，延长了使用寿命，这同样也是一种节能，为厂家间接带来了经济效益。因此，推广应用变频调速控制技术，可以提高经济效益，节约能源。
[参考文献]
[1]齐占庆，王振臣.电气控制技术[M].北京: 机械工业出版社，2002．
[2]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京: 化学工业出版社，2003．
[3]郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京: 东南大学出版社，2003．
[4]吴晓君，杨向明.电气控制与可编程控制器应用[M].北京: 中国建材工业出版社，2004．
[5]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京: 电子工业出版社，2004.
推荐访问:变频器 风机 系统中的应用 变频器在风机系统中的应用研究 风机变频器控制原理图 风机变频器工作原理
