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1、电工技师论文变频器在风机中的应用 摘要：随着工业生产对风机调速性能要求的不断提高，传统风机主要采用三相交流电固定转速，从启动到正常运转后一直是保持一个转速，不能根据不同需求而改变转速，极大的浪费了电能， 本文则主要介绍现代交流变频器应用于风机的知识与问题，解决了不同场合根据不同需求改变转速，从而节约了能源。关键词：交流变频器 风机 污水处理 节能引言污水处理近十几年来，越来越受到我国地方各级政府的重视，对污水处理方面的投资建设也不断加大。但是，大多数污水处理设备还是传统的机电设备。随着交流变频调速技术在机电控制方面不断发展应用，无论从节能还是对机电设备的精细化控制来说，都迫切需要利用变频技术对
2、传统的污水处理设备进行升级改造。现以我公司利用交流变频调速技术对生化池曝气风机风量进行精细化控制为例，详细说明介绍变频器在风机中的应用。我公司的生化池是垃圾渗滤液处理的核心，池内存活着大量活性污泥，每天在生化池曝气阶段，利用测氧仪每隔2小时测氧1次，严格控制生化池的DO（溶解氧）在25mg/L之间，既不能过量（生化池DO5mg/L），也不能欠量（生化池DO2mg/L）。如果生化池DO过高，将造成好氧菌大量繁殖，而好氧菌是消耗碱度的，从而使生化池的碱被消耗掉，造成酸碱不平衡，使最终处理出水达不到国家排放标准；生化池DO偏低，将抑制池内微生物的生长、繁殖，造成微生物的减少，从而影响垃圾渗滤液处理的
3、效果。我公司生化池2台45KW曝气风机改造前利用常规挡板风门控制方式对生化池曝气进行气量控制，不但不能精确控制生化池的DO（溶解氧），而且浪费了大量电能。后来采用变频器变频调速的方法对2台风机风量进行控制，结合生化池曝气阶段的DO（溶解氧），采用变频器变频调速的方法对风机风量进行控制，经过1年多试运行，2台风机的年用电量比原来下降了48%左右，节约了电能。由于变频调速能够精确控制生化池进气量，保证生化池曝气阶段DO（溶解氧）在25mg/L的正常范围，所以生化池微生物的生长、繁殖及生化性比改造前要好，垃圾渗滤液的处理效果比以前有了明显改善。 一、 交流变频调速技术简介交流变频调速技术是二十世纪9
4、0年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式(如：降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力偶合调速)。变频调速以其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽泛的调速范围，完善的电力电子保护功能以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可，同时在运行安全和可靠性、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利，从而使之成为国内外企业电机节能方式的首选。1.变频调速的方法变频调速主要通过改变输入到交流电机的电源频率，来达到调节交流电动机的输出转速之目的。交流异步电动机的输出转速可由下式确定：式中，n为电机的输出转速，
5、f为输入电源频率，s为电机的转差率，p为电机的极对数。由公式(1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关，因此，交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整p)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整s)和变频调速(调整f)等。变频调速器从电网接收到50 Hz的交流电后，经过整流、虑波将其转换成直流电，再将直流逆变成频率和电压可调的交流电，最后输出到交流电动机，以实现交流电机的变速运行。2.调速节能的原理通过流体力学的基本定律可知：风机(或水泵)类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q、压力(扬程)H以及轴功率P具有如下关系：式中，Q1、H1、P1分别为风机(或水
6、泵)在n1转速时的流量、压力(或扬程)、轴功率，Q2、H2、P2则分别表示风机(或水泵)在n2转速时相似工况条件下的流量、压力(或扬程)、轴功率。由公式(2)、(3)、(4)可知，风机的流量与其转速成正比，压力(或扬程)与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。 根据公式(4)可知，在其它运行条件不变的情况下，理论上讲，通过下调电机的运行速度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，因此，其节电效果非常明显。二、变频器省电需注意的某些情况 变频器是通过轻负载降压实现节能的，拖动转距负载由于转速没有多大变化，即便是降低电压，也不会很多，所以节能很微弱，但是用在风机环境就不同了，当需要较小的风
7、量时刻，电机会降低速度，我们知道风机的耗能跟转速的1.7次方成正比，所以电机的转距会急剧下降，节能效果明显。 当然，如果环境要求必须调速，变频器节能效果还是比较明显的。不调速的场合变频器不会省电，只能改善功率因数。 1、如果两个一模一样的电机都工作在50HZ的工频状态下，一个使用变频器，一个没有，同时转速和扭矩都在电机的额定状态下，那么变频器只能改善功率因数，并不能节省电力。 2、如果这两个电机的扭矩没有达到电机的额定扭矩状态下工作（频率，转速还是一样50HZ），有变频器的那个如果使用了自动节能运行，这个时刻变频器能降压运行，可以节省部分电能，但是节电不明显。 3、同样的条件，拖动型负载空载状
8、态也节省不了多大的电能。 4、变频器的选用。目前，市场上变频器产品较多，一般说来，国外的产品其元件及性能应较好，但价格较高，变频器的选型对整个改进的运行情况和节能的效果起较大作用。为保证风机可靠运行和改进后的节能效果，我们选用了两台ABB公司的ACS510-01-088A-4 变频器对公司2台45KW风机进行改造。三、变频改进方案 通过公司技术人员的论证和讨论，系统在改进时采用双回路控制，即变频器控制和原工频控制同时存在，两种控制方式之间用刀开关切换。变频器异常时，停止变频器运行，风机可通过现场手动切换开关切换到工频下运行，正常运行时以变频控制为主。变频控制和工频控制在控制上实现互锁。提高了安
9、全生产的保障能力，变频改进控制原理图（如下图）。在系统组态编程方面，变频调速操作控制嵌入到原DCS系统中。通过上位机可以对变频器进行启动、停机、调速等控制，在上位机上显示变频器的运行数据和当前状态。为了保障调速系统的可靠性。在上位机流程画面上保留原DCS系统上位机控制方式，作为系统备用，在变频器控制异常时能即时通过手动切换开关切换到原工频控制方式。四、变频改进后的效果1 、系统运行 2台风机变频器改进安装后，经过一年多的运行，变频器性能运行非常稳定，达到设计要求。从实际运行来看，变频与工频互锁，系统稳定可靠。设备方面由于变频具有软启动功能避免了电机启动时对电机的冲击损害，转速的降低，对风机的叶
10、轮、轴承等寿命得以延长。设备运行状况良好。2 、效益比较 为保证变频改进后的数据记录的真实性，更切合实际，所记录的数据是通过一年实际运行记录，变频改进前后电量计算（如下表）所示。从表中可以看出，经变频改进后，在满足生化池正常DO（溶解氧）的情况下，风机输入功率明显减小，每天以10h、全年生产320天计算，每年2台风机可节电约139232kW h，以本公司电价1kWh 0.68元计算，年可节约电费94678元。 变频改进前 变频改进后 设备名称 型号 运行功率 运行功率 规格 输入 年用 输入 年用 年节 节电率 功率 电量 功率 电量 电量 /% /KW /(KWh) /KW /(KWh) /
11、(KWh)1#风机 45KW 45 143216 23 73600 69616 48.6 80A2#风机 45KW 45 143216 23 73600 69616 48.6 80A五、结束语变频器控制技术用于风机控制可以达到显著的节能效果，变频器应用于风机控制已经成为当今风机节能控制的主流产品。在污水处理行业使用变频技术精确控制风机风量进而控制生化池的曝气量既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，改善了污水处理的效果，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。变频器控制系统卓越的调速性能，不仅改善了现有设备的运行工况，还提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长了设备使用寿命，在节能方面也取得了显著的效果。通过变频改进后每年节约的电费金额十分可观。此次的投入在短时间内即收回投资。 六、参考文献：（1）变频器原理及应用 作者：徐海、施利春、孙佃升、王东辉 清华大学出版社 出版出版日期 2010-8-20（2）高职高专机电一体化专业规划教材 作者：王照清 编者:王照清 出版社：中国劳动社会保障出版社 出版日期：2008年1月
