变频器在风机风量调节中的应用

目前工厂中普遍采用恒速控制风量,即高压风机的速度不变,改变风门调节风量。该方法能耗大。如果采用变频器,改为调速控制,调节高压风机的速度以改变风量,将减少能耗,可提高经济效益。

引言

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。高压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。目前工厂中普遍采用恒速控制风量,即高压风机的速度不变,改变风门调节风量。该方法能耗大。如果采用变频器,改为调速控制,调节高压风机的速度以改变风量,将减少能耗,可提高经济效益。

1 变频器调速工作原理

变频器是可以改变频率和电压的电源。变频器采用交2直2交变换原理,将电网三相交流电经过三相桥式整流成脉动直流;再通过电解电容和电感滤波成平滑直流;最后通过逆变器,逆变成电压和频率可调的三相交流电。

电机转速随频率变化而变化,因此改变电源频率就能改变电动机转速。在变频器、电动机、风机构成的传动系统中,通过改变电源频率来改变电动机的转速,进而调节风量,实现风机的变频调速控制。

2 调速控制风量的节能原理

与风门控制风量方式相比,采用调速控制风量有着明显的节能效果。通过图1的风机特性曲线可以说明其节能原理。图中,曲线1为风机在恒速n1 下的风压2风量(H-Q)特性;曲线2为管网风阻特性(风门开度全开)。设工作点为A,输出风量Q1 为100%,此时风机轴功率N1 同Q1 与H1的乘积即面积AH1OQ1 成正比。根据工艺要求,风量从Q1 降至Q2 有两种控制方法。

(1) 风门控制。风机转速不变,调节风门(开度减小),即增加管网阻力,使管网阻力特性变到曲线3,系统工作点由A移到B。由图1可见,此时风压反而增加, 轴功率N2 与面积BH2OQ2 成正比,大小与N1 差不多。

(2) 调速控制。风机转速由n1 降到n2,根据风机参数的比例定律,画出转速n2 下的风压2风量(H2Q)特性,如曲线4;工作点由原来的A点移到C点。可见在相同风量Q2 的情况下,风压H3大幅度降低,面积CH3OQ2 也显著减少;节省的功率损耗△N同Q2 与△H的乘积面积成正比,因而节能效果十分明显。

图1 风机的特性曲线

由流体力学可知:风量与转速的一次方成正比;风压与转速的平方成正比;轴功率与转速的三次方成正比。当风量减少,风机转速下降时,其功率降低很多。例如,风量下降到80%,转速也下降到80%,轴功率将下降到额定功率的51%;如果风量下降到50%,功率将下降到额定功率的12. 5%。考虑到附加控制装置效率的影响,这个节电数是很可观的。

3 变频调速控制的优点

变频控制的优点除节能外,还有以下几点:(1) 精确的速度控制。变频器输出频率的精确度和分辨率都达到0.01Hz。也就是说, 1对磁极的电动机,转速可以以每分钟不到1转的速率调节。因此,在工厂中可以根据物料流量的变化,精确地控制风机风量,既保证物料不堵不掉,又保证可靠的运行在最低转速,达到尽可能大的节能效果。

(2) 软起动。变频器输出频率可以连续地从0到50Hz之间变化,变化速率可以根据工艺要求设定,因此高压风机可以实现软起动。通常高压风机容量都较大(45kW以上),直接起动时冲击电流很大(5~7倍额定电流值),造成对电网的干扰,同时对电网容量的要求也相应增加;即使安装附加的起动装置,冲击电流仍然相当大。而软起动是平稳的,没有冲击电流,从根本上解决了大容量电动机的起动问题。

(3) 完善的保护功能。变频器的保护功能很强,在运行过程中能随时监测到各种故障,显示故障类别(如电网电压降低,缺相,模块过热,过载,直流过电压,欠电压等),并立即封锁输出电压。这种自我保护的功能,不仅保护了变频电源,还保护了电机不被损坏。

(4) 操作简单可靠。变频器操作十分简单,通过按键就能设置各种参数、完成起动和停机操作,特别是简化了风机起动的操作过程。由电网直接供电的电动机2风机传动系统,起动前必须将风门全部关闭,待起动完成后,再将风门逐渐打开至适当的位置(该位置必须有相当的“风量欲量”,不可能适度)。而对变频器2电动机2风机的传动系统,风机风门始终在全开位置,不需要调节风门,只要操作按钮就能完成起动和精确的速度控制。

4 结语

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。推广应用变频调速控制技术,提高经济效益,节约能源,已刻不容缓。

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