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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(diǎn)

• 電機(jī)及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)運(yùn)行情況分析

1.1 電能浪費(fèi)
    風(fēng)機(jī)功率220KW，擋板的調(diào)節(jié)控制風(fēng)門。風(fēng)機(jī)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(jī)輸出功率不成比例，造成大量的能量浪費(fèi)。
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(jī)起動沖擊電網(wǎng)
    電機(jī)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(fèi)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(jī)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(yùn)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(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)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(fèi)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(fèi)用高居不下。

三、改造方案設(shè)計(jì)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(jī)。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(jī)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(diǎn)：

• 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(qiáng)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(qiáng)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(jì)數(shù)器、2個算術(shù)單元
• 簡單易用設(shè)計(jì)
  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(yùn)行方向切換、點(diǎn)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(xiǎn)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(jì)  
  體積最小的設(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動和強(qiáng)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(jì)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(shí)質(zhì)上是它通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制來盡量減少電機(jī)不必要消耗而工藝卻必須消耗的那部分能量。以風(fēng)機(jī)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(jī)是以恒定速度運(yùn)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(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量的，這種情況下，電動機(jī)是靠減小輸出功率來實(shí)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(diǎn)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速，其功率明顯下降，具有顯著的節(jié)能效果。

• 風(fēng)機(jī)的效率提高 

風(fēng)機(jī)的工作效率由下式計(jì)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(jī)直接由工頻驅(qū)動時，滿載時功率因數(shù)為0.85左右，實(shí)際運(yùn)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(bǔ)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(yùn)行費(fèi)用。

② 設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)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(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時，電機(jī)、風(fēng)機(jī)/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(yùn)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(yùn)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(yùn)行中，只需定期對節(jié)能控制系統(tǒng)器除塵，不用停機(jī)，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(jī)/水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)/水泵風(fēng)量，既滿足生產(chǎn)工藝的要求，工作強(qiáng)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(jī)械磨損，維護(hù)工作量降低，檢修費(fèi)用下降。

③ 用節(jié)能控制系統(tǒng)調(diào)速裝置后，可對電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過電機(jī)額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，電機(jī)使用壽命延長。在整個運(yùn)行范圍內(nèi)，電機(jī)可保證運(yùn)行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。風(fēng)機(jī)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(xiàng)保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機(jī)。

⑤ 操作簡單，運(yùn)行方便?？赏ㄟ^計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程給定風(fēng)量或壓力等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。

⑥ 適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強(qiáng)，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(yùn)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(jī)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(yáng)程則從Ha上升到Hb，運(yùn)行工況點(diǎn)從a1點(diǎn)移到b1點(diǎn)。 要求揚(yáng)程增加即電機(jī)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(jī)始終工作在工頻，電機(jī)電流大，不會隨流量的變化而降低，從而也不會降低電機(jī)的使用壽命。

2、變頻器調(diào)速方案

調(diào)節(jié)電機(jī)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(jī)的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把速度從n降到n′，運(yùn)行工況點(diǎn)則從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從HB下降到HC。風(fēng)量減小時，電機(jī)的揚(yáng)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(fèi)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(yáng)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(jī)轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)調(diào)速節(jié)能原理。

因此，目前大部分的風(fēng)機(jī)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(jī)改造表明：

1、改造后系統(tǒng)運(yùn)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(jī)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(jī)可軟起停、減少設(shè)備機(jī)械沖擊、延長設(shè)備使用壽命、降低設(shè)備的維修費(fèi)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。