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1、 变频器在风机中的应用摘要 在工矿企业中，风机设备应用广泛，诸如锅炉燃烧系统、通风系统、和烘干系统等。传统的风机控制是全速运转，既不论生产工艺的需求大小，风机都是提供固定数值的风量，而生产工艺往往需要对炉膛的压力、风速、风量及温度等指标进行控制和调节，最常用的方法是调节风门或挡板开度的大小来调整受控对象。这样，就是得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了，找成了大量的能源浪费和设备损耗，而且控制精度收到限制，影响产品质量和生产效率。 使用变频器驱动的方案取代了风门、挡板控制方案，降低了电动机功耗，达到了高效节能和高效运行的目的， 关键字：风机、变频调速、节能引言目前风机在运行中存在的问题：(1)
2、设计院或用户在选择风机设备时，通常留有10%15%的设计余量，实际上系统多数工作负荷低于额定负荷运行，设备容量不能充分利用，运行效率低; (2)启动时对电动机的冲击大，降低了电动机使用寿命；(3) 挡板功耗大，浪费能源；(4)工作系统很难投入自动运行，降低了系统自动化水平。随着电力电子技术、微电子技术、信息技术和现代控制理论在调速系统中的应用，并且由于近年电力紧张，变频调速技术已经成为现代电力传动的一个发展方向，卓越的调速性能，使得变频器在工业生产中的节能效果越发显著。因此，将风机改为变频器控制，将传统的电机调速技术、现代电力电子技术以及计算机控制技术结合在一起，当系统工艺需要风量发生变化时，
3、自动调速，使电机在经济的转速下运行，从而达到节电的效果。变频调速节能控制装置的特点：（1）调速效率高；（2）调速范围大；（3）调速精度高；（4）启动电流小，而且容易实现闭环控制。由于可以利用原普通交流异步电动机，所以特别适合对原有旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单，可靠耐用，维修方便的优点，又能达到节电的显著效果，是风机交流调速节能的理想方法。目录一、变频器技术概述1、 变频器技术的发展2、 变频器的分类3、 变频器的主要组成元件二、风机变频调速驱动原理 1、风机的机械特性 2、风机的功率特性三、风机调速节能原理 1、风机风量和转速及风压与转速的关系 2、风机节能的计算 3、电机的机
4、械特性四、风机变频调速系统设计1、二次方律负载2、风量调节方法3、风机的容量选择4、变频器的容量选择5、变频器的运行方式选择6、变频器的参数设置7、风机变变频调速系统的电路原理图五、变频改造后的效益计算六、结束语 七、参考文献 一、 变频器技术的发展1、 电力电子器件是变频器发展的基础变频器的主电路不论是交-直-交还是交-交变频的形式。都是采用电力电子器件作为开关器件，因此，电力电子器件是变频器发展的基础。现在，GTR和GTO的问世，脉宽调制（PWM）技术也进入到了应用阶段，成为变频的主要技术。现在绝缘栅双极晶体管IGBT，其优良的性能很快取代了GTR。智能功率模块IPM也被广泛应用，电力电子
5、器件得到了快速的发展。计算机技术和自动控制是变频器发展的支柱，市场需求是变频器发展的动力，随着科技的发展，变频器技术已成为现代工业控制的主要技术。2、 变频器的分类 变频器的种类很多，下面根据不同分类进行介绍负载2.1根据原理分：交-直-交和交-交两种， U0p组 50HZ P组 t N组2.2按相数：单相和三相2.3调压方式分：脉幅调制和脉宽调制2.4输出波形：方波和正弦波 U0 U T t 3、 变频器的主要组成元件3.1功率二极管（D）指能承受高电压、大电流、具有较大耗散功率的二极管。它与普通的二极管结构、工作原理和伏安特性相似，但是它的主要参数和选择原则等不尽相同。（1）伏安特性曲线
6、ID URSM O UD （2）图形符号 A K3.2晶闸管（SCR） （1）导通条件：在晶闸管的阳极A和阴极K间加正向电压，门极和阴极间也加正向电压，晶闸管导通。 （2） 图形符号 A G k 3.3 GTO和GTR 3.4 绝缘栅双极晶体管（IGBT） （1） IGBT的主要参数：最大集电极 发射极间电压UCEM 最大栅极 发射极电压UGEM 最大集电极电流ICM 开关频率等。二、变频器调速驱动原理风机的机械特性具有二次方律特征，即转矩和转速的二次方成正比变化。在低速时由于流体的流速低，所以负载的转矩很小，随着电动机转速的增加，流速加快，负载转矩和功率越来越大。负载转矩TL和转速nL之间的
7、关系表示为： TL=T0+KTnL2 根据负载的机械功率PL和转矩TL、转速NL之间的关系，有： PL=TLnL/9550 则功率PL和转速NL之间的关系为： PL=P0+KPnL3 上三式中，PL TL分别为电机轴上的功率和转矩;KT、KP分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。 下图为二次方律负载的机械特性和功率特性曲线，可以看出，当被控对象所需风量减小时，采用变频器降低风机的转速NL，会使电机的功耗大大降低。 n/(r/min) 1500 1000 500 0 9.4 22.7 45 TL /(Nm)a 二次方律负载的机械特性 n/(r/min) 1500 1000 500 0 0.49
8、 2.38 7.0 PL/kw三、风机调速节能原理1、风机风量和转速及风压与转速的关系当工作负荷变化时，调节驱动风机的电动机，转速随之变化，可降低功耗，节约电能。由流体力学理论可知，风机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P与转速的3次方成正比，即式中 转速时的风量， 转速时的风量， 转速时的风压， 转速时的风压， 转速时的功率， 转速时的功率，因此，当系统工作流程需风量减少时，调节转速下降可使功率降低很多。例如，当风量与转速均下降到90%时，功率将降低到额定功率的73%;当风量与转速均下降到80%时，功率将降低到额定功率的51%;当风量与转速均下降到70%时，功率将降低到
9、额定功率的34%;当风量与转速均下降到60%时，功率将降低到额定功率的21%。可见其节能效果十分显著，有很大的节能发展前途。其节能原理可用图1（风机的风压风量特性曲线）来说明。 R1R2QR1Q1Q2OABCp3p1p2pn1n2n1风机在额定转速运行时的特性n2风机降速运行在n2转速时的特性R1R1风机管路阻力最小时的阻力特性R2风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性图1风机的风压风量特性曲线风机在管路特性曲线R1工作时，工作点为A，其流量和压力分别为Q1和p1，此时风机所需的功率正比于Q1与p1的乘积，即正比于Ap1OQ1的面积。由于生产工艺要求需要风量从Q1减小到Q2时，若减小调节风门开
10、度，则实际上管网管阻增加，使风机的工作点移到R2上的B点。可以看出，风量下降，风压增加，风压增大到p2，这时风机所需的功率正比Q2和p2的乘积，即正比于Bp2OQ2的面积。显然风机所需的功率变化不多。这种调节方式控制虽然简单，但不利于节能。若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，不改变管网阻力，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由p1降到p3，这时变频调速后风机所需的功率正比于Q2与p3的乘积，即正比于Cp3OQ2的面积，由图1可见功率的减少是明显的。2、风机节能的计算 风机流量变化量，如前所述，采用变频调速是有效的节电措施。根据三相异步电动机经济运行对电机经济运行管理的规定有如下
11、的计算公式。采用挡板调节流量对应电动机输入功率P1V与流量Q的关系为 （1）式中 额定流量时电动机输入功率，kW额定流量， （2）3、电机的机械特性异步电机不同电压下的机械特性 变频调速机械特性四、 风机变频调速系统的设计1、二次方律负载风机是具有二次方律负载的机械特性，属于这类机械特性的风机有离心式风机、混流式风机、轴流式风机等。其中以离心式风机最为典型，应用也最为广泛。风机从零开始升速时，风量的流速低，但也要考虑此时的负载转矩T0和功率P0。 随着电动机的升速，风压风量也随之加大，负载转矩和功率也越来越大。因此，即使是在空载情况下也要考虑转矩和功率的损失。2、 风量调节方法（1）由于电动机
12、的转速是恒定不变的，只能用调节风门或挡板的开度来调节风压和风量。这样的调节，使得风门和挡板损失和消耗了一部分功率。（2）如果风门或挡板的开度不变，调节电动机转速，则风量随转速而改变。（3）在所需风量相同情况下，调节转速的方法所消耗的功率要比调节风门或挡板开度小得多，这就是变频调速节能原因所在。3、风机的容量选择 风机容量的选择，主要依据被控对象对流量或压力的需求，可：查相关的设计手册，选择以下的技术指标。根据要求选择下图中的风机参数。（1）引风机电动机 ： 型号额定电压额定转速额定频率额定功率工作方式:绝缘等级：制造厂YKKL560-6380v993r/min50Hz5.5kwS1F河南电机厂 （2）引风机：型号风量风压制造厂Y4-273NO
