风机变频调速节能技术的应用

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1、http://www.gtjia.com风机变频调速节能技术的应用焦光武赵国华王焕云（首钢矿业公司烧结厂）摘要文章围绕首钢矿业公司烧结厂在风机变频调速节能技术的研究和应用，介绍了风机类负载的特性，针对实际进行了理论分析，为降低能源消耗、提高烧结厂清洁生产水平，在企业开展的工序节能方面的分析、研究和实践。关键词变频器节能风机应用1前言能源短缺和环境污染是人类当前共同面临的世纪性难题。我国人口众多，能源资源相对匮乏，节约能源犹显重要。钢铁工业是国民经济的重要基础产业，我国钢铁产业钢铁年产量、消费量名列世界之首，但钢铁行业也是高消耗、高污染的“大

2、户”，节能减排关系到全社会整体节能减排工作的成效。国家发布的钢铁行业“十二五”规划，对钢铁行业品种质量、节能减排、技术创新等做出了规划目标，要降低钢铁企业单位增加值能源消耗，开展烧结工序节能减排系统集成优化。2012年钢铁行业将继续呈现高产能、低需求、低产量、低价位的低景气状况，烧结厂也面临着产量不饱满，固定费用上升的情况，因此节约能源响应国家行业政策需要，同时降低消耗、增收节支更是企业生存发展的瓶颈。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约4200万台，装机容量约1.1亿kw。但系统实际运行效率仅为30～40%，其损耗电能占总发电

3、量的38%以上。由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此，做好风机、水泵的节能工作，对烧结厂的可持续发展具有重要意义。2风机类负载的特性2.1风机类负载生产机械中电动机的负载种类千差万别，按负载分为平方转矩﹑恒转矩和恒功率等几类机械特性，恒转矩负载如输送机、卷扬机、升降机、起重机；http://www.gtjia.com恒功率负载如金属切削机床；风机、水泵属于平方转矩类负载。一般在设计、选

4、型过程中，考虑裕量过大。如设计过程中很难计算管网的阻力，并不能考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，同时风机、水泵的系列有限，往往选不到合适的型号就往上靠，大20%～30%的情况比较常见。生产中，对风机常用阀门进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变频器对风机设备进行调速控制，不需要再用阀门进行节流调节，将阀门开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。2.2风机类负载流量调节方法一般情况下，风机的性能特性曲线和管道阻力曲线如图1所示。图1 风机、水泵的特

5、性曲线图1中，风机在工频运行的特性曲线为n1，额定工作点为A，额定流量Q1，额定压力H1，管网理想阻力曲线R1。此时系统的工作点为A，电动机的轴功率P1与面积0-Q1A-A-H1-0成正比。如果要将流量减少为Q2主要的调节方法有两种：一是采用节流调节，电动机的转速保持不变，将阀门关小，这时的实际管网阻力曲线R2，工作点为B，流量Q2，压力H2，电动机轴功率P2与面积0-Q2-B-H2-0成正比。二是采用变频调速，阀门的开度不变，降低电动机的转速，这时特性曲线n2，理想工作点为C，流量Q2，压力H3，电动机的轴功率P3与面积0-Q2-C-H3

6、-0成正比。由此可以看出，采用两种流量调节方法，电动机轴功率相差△P=http://www.gtjia.comP2-P3即H3-C-B-H2的面积。3风机变频改造的节能分析3.1电机调速方案由电机转子异步转速公式（1）可知若要改变异步电动机的转速，可以有以下方法：（1）改变电动机的磁极对数p（2）改变电动机的电源频率f1（3）改变电动机的转差率s（1）变极调速通过改变电动机定子绕组的接线，改变电动机的磁极对数，从而达到调速的目的。如图2，当T1、T2、T3外接三相交流电源，而T4、T5、T6对外断开时，电动机的定子绕组接法为△，极对数为2P

7、；当T4、T5、T6外接三相交流电源，而T1、T2、T3连接在一起时，电动机定子绕组的接法为YY，极对数为P。只适合于特定的笼型--异步电动机，不能实现连续调节。（2）变频调速改变电源频率从而使电动机的同步转速变化达到调速的目的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽(10%～100%)和精度高等性能。图2变极调速由异步电机的电势公式U∝E=4.44fNΦm，变频调速基本有两种控制方式。在基频以下，保持不变，磁通恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时，电压U不变，磁通降低，属于“恒功率

8、调速”。http://www.gtjia.com图3变频调速控制方式在大部分场合，要求在调速时，电机产生最大转矩不变，需要维持磁通不变，由频率和电压协调控制来实现，称为可变频率可