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变频器扼制技艺在风机设备里的运用探究

作者:http://www.dgsfgy.com 发布时间:2016-06-25 浏览:
        一、一般除尘系统的风量和负压等参数的有效值在运行过程中是基本稳定的,但也有例外,一些特殊的生产工艺设备其生产作业率较低,时停时开,这时除尘风机的运行随生产工艺的变化而变化。
 
        据测算,此类除尘机运行时其能量的有效利用率仅为35% 70% ,剩余能量均消耗在风机的空转上。因此必须使风机实现随机启停运转或载荷的变速运转,以达到节电和满足生产工艺需要的目的。
 
二、几种调速方式的比较
        除尘风机运行时其风量大小的调节一般是通过调节风门挡板开启角度或电机转速来完成的。
 
        对串级调速和液力偶合器调速这两种变速方式进行测试分析和比较,风机所耗功率见,其对应曲线。
 
        由和可知,风机负荷在60 % 95 %范围时,风门调节所耗功率比串级调速多耗1 20 2 080 kW,液力偶合器调速比串级调速多耗功率715 866 kW.而我厂除尘风机在实际运行时其负荷一般在75%以下,风量调节多采用风门挡板,由此可见,用变速装置取代风门挡板来调节风机风量有利于节能。由于串级调速不适于笼型电机,液力偶合器调速的调速效率过低,且受风机房空间限制。因此,选择适用于笼型电机,优于以上两种调速方式的交流变频调速方式。变频调速同其它调速方式相比,其调速范围宽、稳定性好、机械特性硬,是目前风机软启动的最佳调速控制方式。
 
三、风机变频调速的应用分析
1、变频调速的原理
        电动机的同步转速与电源频率成正比,而电动机的转速又总是略低于同步转速,因而提高频率可使转速升高,降低频率可使转速降低,连续在改变频率可以实现无级调速。
 
2、变频调速的方法
        变频调速可分为恒转矩、恒功率和保持过载能力不变三种调速方法,而风机为恒转矩负载,故采用恒转矩调速。恒转矩意味着变频前后电机电磁转矩保持不变,即M = C m m I 2 cos 2 =常数于是I 2 cos 2和m都应保持不变。由电势平衡方程式U IN E 1N = 4. 44 fK W 1 m可得m U 1N /f要保持m不变,当频率由f变为f ,电源电压不再是U 1N而应是U 1, U 1随f变化的关系是U 1N /f = U 1 /f式中f 讹定频率U 1N额定电压是保持U 1 / f比值不变时电动机变频调速的机械特性曲线图。从中可看到,当频率低到一定值时最大转矩有所减小。为保持调频时电动机的M max不降低,不减小过载能力,可按公式U 1 = U 1N f / f将U 1略提高一点,即将f提高一点。
 
3、变频调速的分析
        根据理论分析,变频调速的调速范围大,稳定性好,变频时机械特性硬度不变。另外应注意,其频率f高于额定频率f时,适用于恒功率调速,其频率f低于额定频率f时,适用于恒转矩调速,当应用于风机调速时,一般使f低于f,属恒转矩调速。
 
四、风机的控制和操作技术要求
1、启动要求
        保持有足够大的启动转矩,根据风机的转动惯量设定变频器初始频率f,f不能设定过低,以免使电机的最大电磁转矩M max降低,造成风机启动困难。
 
2、控制要求
        设定风机的加速稳定运行减速控制程序及参数,通过变频控制器的参数,设置单元设置模拟程序,进行开环或闭环控制。
 
3、操作要求
        操作要简单可靠,现场操作箱上设有启动和停止按钮、急停开关、电流表,其操作控制过程由LDGO(逻辑控制器)和变频器控制单元按工艺要求和电气设施安全运行原则及设备的控制程序来完成。操作工人只需操作按钮或开关即可,以免因操作工人技术差异或操作不当而引发设备事故。
 
五、应用实例
        我厂三烧车间两台36m 2电除尘器风机电控设备1999年大修改造时,将原来用接触器开关全压启动控制改为变频调速器控制,两台风机的型号为Y4- 73- 11- 180,配用电机为JS- 127- 8- 130kW,额定转速为736r/ min,用风门挡板调节风量。根据以上设备容量及负荷要求选用了西门子6SE7032- 6EG20型变频控制器,其控制主电路图、操作控制电路图和控制逻辑图分别、图4、。中的L3是变频器的输出电抗器,其作用是改善输出波形,吸收电路中的谐波浪涌过电压,保护电气设备的绝缘不被破坏。中的LDGO是为简化操作和控制专门配置的西门子逻辑控制器。风机操作启动过程及控制由变频器的CPU和LDGO完成,当按下机旁操作箱上的启动按钮SF(SE事故开关在合的位置) , LDGO的Q 1有输出,变频器按CPU的设定输出10 Hz电源,电机低速启动旋转,经BO4逻辑延时功能块延时10 s,风机电机控制主电路风机操作控制电路图风机控制逻辑图电机基本达到第一速度; Q 2输出,变频器输出20 Hz电源,同样经BO5再延时10 s,电机达到第二速度; Q 3输出,变频器输出40 Hz电源,根据试运行,电机在40 Hz电源时其转速已满足了风机负载要求。停机时按动操作箱的停止按钮SS或合上事故开关SE, BO3功能块输出零%信号封锁Q 1、Q 2、Q 3输出,变频器开关断电源,风机停机;当变频器负载发生故障(短路或负载)时, LDGO的14%输入端子有信号输入, BO3同样封锁Q 1、Q 2、Q 3变频器,关断电源,风机停机,同时Q 4输出报警信号。另外在操作箱上设有急停按钮S,以备发生事故时快速停机使用。
 
        以上两套变频器装置安装使用到目前近8个月,运行非常安全稳定,操作工人反映良好,可以随时根据生产需要启、停风机,不需经常来回开关风门,既改善了工人的劳动强度,又降低了电耗。
 
六、效益分析
1、延长设备使用寿命
        除尘器风机应用变频调速技术改善了风机启动性能,可实现风机软启动,避免了风机全压启动时电机长时间(约10 30s)受5 7倍额定电流的冲击而加速电机绝缘老化,延长了电机使用寿命,同时也减轻了初始力矩对机械设备的冲击,避免了风机机械故障的频繁发生。
 
2、降低电耗
 
        除尘器风机应用变频调速技术节能效果非常显著。以三烧车间两台36 m 2电除尘器风机为例,风机在正常运行时其额定电流为150 A,风机负荷率约为70%,电机消耗有功功率为130 70% = 91kW.应用变频器调速后,将风门挡板全开,电机输入电源频率调至40 Hz,转速达到600 r/ min,此时测得电机消耗有功功率为35. 4kW,电机电流、电压、转速及频率的变化情况实测数据见。
 
        由可见,变频调速后电机所耗功率大大减少,甚至比原电机空载运行所消耗的功率还少,变频调速控制器投运一年即可收回全部投资。
 
        其直接经济效益为( 91- 35. 4) 2 0. 82 24 365 0. 36/ kW h= 28(万元)其中0. 82是风机年生产作业率。
 
七、结语
        变频调速是目前风机运行最佳的调速控制方式,可实现全自动闭环控制,可随工艺变化及时准确地调整风机风量以满足不同风机负荷要求。中小型除尘器的风机控制系统,应用变频调速器对提高除尘器收尘效率,提高电机的功率因数非常有利,社会效益和经济效益明显。需要强调的是应用变频调速装置必须培训合格的维修技术人员,电机和变频器等电气设备的检修在停电后必须将变频器输出端子短路放电,以确保人身和设备安全。