隨著德力西變頻器變頻技術(shù)的成熟，變頻器在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機(jī)保護(hù)功能以及其特有的優(yōu)點(diǎn)是目前在工控領(lǐng)域其它無(wú)可比擬的。

一：改造原理

由流體傳輸設(shè)備水泵和風(fēng)機(jī)的工作原理可知：水泵和風(fēng)機(jī)的流量與其轉(zhuǎn)速成正比;水泵和風(fēng)機(jī)的壓力(揚(yáng)程)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，而水泵和風(fēng)機(jī)的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵和風(fēng)機(jī)的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比(即與電源頻率的三次方成正比)根據(jù)上述原理可知：降低水泵和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，那么其功率可以下降得更多。例如:將供電頻率由50Hz降為45Hz，則P45/P50=(45/50)3=0.729，即P45=0.729P50(P為電機(jī)軸功率);將供電頻率由50Hz降為40Hz，則P40/P50=(40/50)3=0.512，即P40=0.512P50(P為電機(jī)軸功率)。

水泵和風(fēng)機(jī)消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即N=KN3 N：為水泵和風(fēng)機(jī)消耗功率;n：為水泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速;K為比例系數(shù)。而水泵和風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)是按工頻運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)的，但除高速外，大部分時(shí)間流量較小，由于采用了變頻技術(shù)及微機(jī)技術(shù)有微機(jī)控制，因此可以使水泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，最終達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達(dá)20%-40%。

因水泵和風(fēng)機(jī)屬于典型的平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載類型，所以其功率(軸功率)，轉(zhuǎn)矩(壓力)，轉(zhuǎn)速滿足以下關(guān)系(相似定理)：

P電=P軸=QH

Q’/Q=N’/N 則Q’=QN’/N

P’/P=(N’/N)3 則P’=P(N’/N)3

異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 n=60f(1-s)/p

式中：N、Q、H、P——水泵和風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，流量，軸功率

N’、Q’、H’、P’——調(diào)速后水泵和風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，流量，軸功率

在一定范圍滿足生產(chǎn)要求的前提下，可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)靈活的調(diào)節(jié)水壓和流量，以方便均勻的沖洗工件，并且不改變工作周期。這種特性表明，調(diào)節(jié)水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，改變電動(dòng)機(jī)出力，使之始終滿足工藝要求。

綜上所述：利用變頻技術(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量和速度的變化用來(lái)取代傳統(tǒng)工頻電路的控制，能取得明顯的節(jié)能效果

二：現(xiàn)場(chǎng)工況和改造方案

現(xiàn)場(chǎng)為其中為一套清洗工件和烘干系統(tǒng)。清洗工作原理是：工件通過(guò)鏈條輸送，以一定的速度進(jìn)入箱體入口，箱體兩側(cè)布滿管道噴射龍頭，噴頭在水泵的作用下，以一定的壓力和流量來(lái)清洗工件。工件不斷的向前推進(jìn)，經(jīng)過(guò)近百米的清洗管道，最終清洗干凈達(dá)到產(chǎn)品要求，再?gòu)南潴w出口處送入烘干系統(tǒng)。烘干系統(tǒng)為風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)流量的作用下來(lái)烘干工件，送入下一工作流程。

整個(gè)系統(tǒng)中有11臺(tái)清洗用水泵電機(jī)和12臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)。由工藝要求可知，每一清洗階段和工件的不同所需清洗壓力和熱風(fēng)流量也不盡相同，先前水泵和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的流量與壓力是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來(lái)完成，又由于此系統(tǒng)為開環(huán)循環(huán)水系統(tǒng)，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量現(xiàn)象，不僅大量浪費(fèi)電能，而且還造成清洗效果不佳的情況。為了解決這些問(wèn)題，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速，使水泵和風(fēng)機(jī)隨著負(fù)載的變化調(diào)節(jié)水流量并關(guān)閉旁通，能使節(jié)能效果達(dá)到20%。

再因水泵和風(fēng)機(jī)采用工頻起動(dòng)方式，電機(jī)的起動(dòng)電流均為其額定電流的3～4倍，在大的電流沖擊下，，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它設(shè)備的運(yùn)行安全用電，也使接觸器、電機(jī)的使用壽命大大下降，同時(shí)，起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)水垂現(xiàn)象，容易對(duì)機(jī)械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費(fèi)用。

采用德力西CDI9000通用型系列變頻器

該產(chǎn)品的主要特點(diǎn)有：

1.空間電壓矢量控制技術(shù)。

2. 轉(zhuǎn)矩自動(dòng)提升功能，低頻大轉(zhuǎn)矩輸出。

3. 載波頻率可調(diào)，靜音運(yùn)行。

4. 控制方式多樣化，通用性強(qiáng)，多段速和程序運(yùn)行功能。

5. 內(nèi)置剎車單元，快速停車。

6. 內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能，閉環(huán)控制簡(jiǎn)單。

7. 內(nèi)置RS-485接口，可計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制，也可以與DCS組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

8. 具有時(shí)間累計(jì)功能，可以顯示單次通電運(yùn)行時(shí)間，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。

9. 32位電機(jī)控制專用微處理器，頻率解析度高達(dá)0.01HZ。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況分析，需每臺(tái)電機(jī)加裝一臺(tái)變頻器，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器面板上的旋鈕來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，輸出工藝所需要的流量和壓力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能效果。

三：系統(tǒng)改造后的性能：

(1)關(guān)掉旁路閥們，采用變頻器控制，在滿足使用要求的前提下達(dá)到了最大限度的節(jié)能(20%)。下圖繪出了閥門控制調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速控制兩種狀態(tài)的水泵和風(fēng)機(jī)功率消耗——流量關(guān)系曲線。

上圖顯示了變頻器控制和閥門控制水泵和風(fēng)機(jī)所消耗的不同功率，從上圖總我們可以清楚的看出在水泵和風(fēng)機(jī)流量為額定的60%時(shí)，變頻器控制與閥門控制相比，功率下降了60%;所以水泵和風(fēng)機(jī)僅僅依靠閥門控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，進(jìn)行變頻器控制的節(jié)能改造是十分必要的。

對(duì)于水泵和風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，流量Q與轉(zhuǎn)速N成正比，揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，而軸功率與P與轉(zhuǎn)速N的三次方成正比，下表列出了它們之間的關(guān)系變化：

從上表中可見(jiàn)用變頻調(diào)速的方法來(lái)減少水泵和風(fēng)機(jī)流量進(jìn)行節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的，當(dāng)所需流量減少，水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其電動(dòng)機(jī)的所需功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降;

當(dāng)水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的10%即F=45Hz時(shí)，其電動(dòng)機(jī)軸功率下降了27.1%，水泵和風(fēng)機(jī)節(jié)電率為27.1%;

當(dāng)水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的20%即F=40Hz時(shí)，其電動(dòng)機(jī)軸功率下降了48.8%，水泵和風(fēng)機(jī)節(jié)電率為48.8%;

當(dāng)水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的30%即F=35Hz時(shí)，其電動(dòng)機(jī)軸功率下降了65.7%，水泵和風(fēng)機(jī)節(jié)電率為65.7%;

當(dāng)水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的60%即F=30Hz時(shí)，其電動(dòng)機(jī)軸功率下降了78.4%，水泵和風(fēng)機(jī)節(jié)電率為78.4% ;

水泵和風(fēng)機(jī)節(jié)電率的計(jì)算：

計(jì)算公式：冷凍和冷卻水泵和風(fēng)機(jī)節(jié)電率=[1-(變頻器運(yùn)行頻率÷50Hz)3]×100%

例如：水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低10%，即變頻器運(yùn)行頻率=45Hz

水泵和風(fēng)機(jī)節(jié)電率=[1-(45Hz÷50Hz)3]×100%=27.1%

整個(gè)系統(tǒng)總功率為141.5KW，如每天工作8小時(shí)，電費(fèi)按每度0.70元計(jì)算，負(fù)載系數(shù)為0.75，那么每年的可節(jié)約電費(fèi)支出：

141.5×8×365×0.7×0.75×27.1%=58785元

(2)由于降速運(yùn)行和軟啟運(yùn)，減少了振動(dòng)、噪音和磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備維修周期和使用壽命，提高了設(shè)備的MTBF(平均故障維修時(shí)間)值，并減少了對(duì)電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。

(3)系統(tǒng)具有各種保護(hù)措施，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和安全可靠性大大提高。

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