风机和泵的变频调速及应用

　　机床电器2001No.1应用交流风机和栗的变频调速及应用江苏省宜兴非金属化工机械厂王开厦〔〕本文分析了风机。泵类调速运行的特点，阐述了变频调速节能的基本原理，并介绍了变频调速技术在我厂风机及水泵节能改造中的应用。

　　当恒速电动机驱动风机、水泵（流体负载）等需要控制流量的机械时，传统的做法是用档板或阀门等节流装置来调节流量，这种方法把大量的能量消耗在节流装置及管道的摩擦发热上，系统效率很低。

　　如改用电动机调速来改变流量，则系统效率大为提高。而采用直流电动机调速，虽然具有良好的调速性能，但直流电动机体积大、价格高、维护困难、换向问题突出，不适宜恶劣环境，其他调速方案又都不理想。变频调速是八十年代迅速发展起来的一种新型交流调速技术经理论和实践证明，风机和泵类的流量控制的佳选择是采用变频调速器控制。

　　变频调速以优异的调速性能、显著的节能效果、完善的保护功能、全面的智能化操作，价格也下降到用户可以普遍接受的程度，而逐步进入普及应用阶段。它具有工作效率高、调速范围宽、输出特性硬、通用性强、节能潜力大，尤其是可以大幅度节约电能，节电率高达30~50，一般两年之内可收回投资。

　　二、风机和泵类调速运行的特点风机、泵类负载的共同特点是：转速在*20范围内变化时，效率大致不变，而从流体力学理论可知其变速性能为（以风机为例）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。即当风机转速从n变到n'时，风量、功率和风压的关系如下：后的风量、功率和风压。

　　风机通风阻力：p=R*Q2三、风机、泵类变频调速节能的基本原理根据需要的风量用变频器调节电动机转速，而转速的立方与功率成正比，它与调节风门档板来改变风量的方法相比，有明显的节能效果，如所示（以风机为例）。

　　中的曲线R1为负载阻力特性曲线（风门全开），曲线n1为风机恒转速下的Qip特性曲线，R1与n1两曲线相交于A点，对应的p1Q1为稳定的工作点（工况点）。假设设计风机时A点效率高，输出风量为100.如果需将风量从Q1减少至Q2，采用风门挡板调节流量时工作点沿着n1曲线从A*B点，这时的负载阻力曲线就变成R2（管道阻力变大），R2与n1两曲线相交于B点。而反映轴功率变化的是矩形面积由AQ1Op1变为BQ2Op2从图中可以看出，B点风压有所增大，轴功率减少不多。如果采用变频调速调节流量时，其负载阻力特性仍为R1不变，而改变电动机转速从n1降至n2，n2时的Q?p应用交流机床电器2001No.曲线与R1曲线交于C点，可见在满足风量Q2的情况下，风压降低，功率P大幅度下降（矩形面积减至CQ2Op3），节能效果十分明显。

　　当采用风门调节流量为Q2时，所耗功率为：当采用电动机调速调节流量为Q2时，所耗功率见中的阴影部分即为调速法比调节风门法节约的电动机轴功率。

　　例如：（1）如果风量减少到原来的80，若采用变频调速使转速也下降到原来的80时，则其轴功率下降到额定功率的51.（2）如果风量减少到原来的50，其轴功率可下降到额定功率的125.当然，还需注意到由于转速降低而导致电动机效率的下降，既使如此节能效果也是相当明显的。由此可见，交流变频调速是企业风机和泵类技术改造和节能降耗的理想设备，是一种很有发展前途的节能装置。

　　四、变频调速在我厂的应用46m3抽屉窑排烟风机的变频调速控制如窑内压力从测压点由压力变送器发出压力信号，送至微机调节器，经分析运算放大后，输出信号给电动执行器，控制蝶阀开度，以调节出风量，使窑压保持在工艺给定的范围内。

　　（2）改造后的变频调速控制方案（如）改造后排烟风机控制系统示意图其控制过程由微机调节器检测压力变送器送来的窑内压力信号，经分析计算后，输出4~20mA电流信号至富士变频器（FRN?P9S、风机及泵专用型），变频器驱动变频电动机（也可用普通电动机，因低速时散热不好，需另配冷却装置）带动风机进行调速控制，控制出风量，以维持工艺给定的窑压值。

　　该变频调速器是交一直一交（VVVF）型正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速器，它有3路模拟输入，10路数字输入1路模拟输出，1路脉冲输出，1组报警继电器输出，5路晶体管输出，共有95个功能参数，可通过RS232接口与PC机联接，也可由可编程控制器进行控制。

　　改造前排烟风机控制系统示意图（4）风机、水泵变频调速应用实例变频调速在排烟风机上改造成功后，我们又先后对本厂的抽屉窑罗茨风机，水泵房水泵进行了改造，均达到了满意的效果（见表1）。

　　从表中可见，采用变频调速器后节电29~ 48，节电效果非常显著，投资回收期长不到2年时间。因此对风机和泵类的变频调速技术改造，不仅提高设备的运行效率，节约电能，经济效益十分可表1风机。水泵变频调速应用实例序号使用地点设备类型电动机容量原风量（流量）调节方式变频器节电投资回收期（月）电价（元/度）抽屉窑排烟风机阀门富士抽屉窑罗茨风机放风富士水泵房水泵阀门三菱电机机床电器2001No.1应用交流观，而且由于转速的降低，减缓了机械磨损的速度，延长了设备的使用寿命和降低了噪声，改善了环境。

　　风机、泵类的节能改造有三大特点：（1）应用量大、涉及面广。据不完全统计，我国各行各业现有在运行的风机和泵约4000多万台，而且逐年增加。（2）用电量多，每年用电量约占工业用电量的一半左右。（2）浪费大，我国风机，水泵能耗惊人，设备系统的实际运行效率不到30，因此，调速节能的潜力相当巨大。

　　由于国内风机、泵类总数的70是需要根据工况变化调速运行的，而目前绝大部分仍采用落后、耗损大的档板和阀门调节风量和流量，已采用调速等先进方案的比例不到10.据专家估算风机、泵类如按低节电率20计算，可改造率取50，并以99年总发电量为基数，节电改造潜力每年可达400多亿kWh，节能前景非常广阔，当然要考虑一次性投（上接38页）（仍然如前述注意清洗焊头）仍然可以用。取线圈的办法，也是加热使坚硬的密封物熔化，然后在木板上线圈朝木板撞击一下，利用惯力线圈自然脱出。线圈的重绕，仍按原始数据，但要求线圈不能大、也不能小，不能高、也不能变形失圆。因为电磁离合器放线圈的槽沟既深又窄，线圈线径小，匝数多。

　　为了保证线圈的几何尺寸在绕线圈前对绕线模（好车一个铁模芯）上涂上一层白腊，约0.5mm厚。再在均匀的白腊层上缠一层白会纸再按原始数据绕线。绕好后在线圈上将热熔的白腊涂一些任其渗入线匝内，尤其留意挡线夹板挨近的线匝尽量让它渗透些白腊，线圈上白腊不能堆积，用竹片在绕线机上刮平刮圆，以免增大线圈外径。自冷后，从绕线机上取下，略为加热，很容易去夹板，脱模芯，待冷硬后，绕好绝缘，照常规处理。这样绕制的线圈在绝缘和烘干过程中线圈不会变形（在烘干过程中注意流出白腊引起火患）这加腊脱模法，很适合绕制电磁工作台又长又多又重的线圈。因为电磁离合器常沾资、维护人员的技术水平要求较高等等因素。但是，随着现代科技的飞速发展，变频器价格将进一步下降，操作人员的文化素质将进一步提高，而变频调速高达30~50的节电率以及上述的一系列优点，是其他调速方法无法比拟的，是目前非常理想的调速方案。

　　总而言之，风机和泵的变频调速节能改造，需要广大科技人员做深入细致的研究工作，认真分析本企业风机、泵类的运行及能耗情况，提出合理化建议，制订出合理的改造方案，为挖掘企业内部的潜力，节能降耗，增产节约，推动科技进步，为企业的发展多作贡献。