变频调速技术在风机上的应用

　　0引言在工矿企业中，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即不论生产工艺的需求大小，风机都提供固定数值的风量，而生产工艺往往需要对炉膛压力风速风量及温度等指标进行控制和调节，常用的方法则是调节风门或挡板开度的大小来调整受控对象，这样，就使得能量从风门挡板的节流中损失掉了。统计资料显，在工业生产中，风机的风门挡板及其相关设备的节流损失以及维护维修费用占到生产成本的725这不仅造成大量的能源浪费和设备损耗，而且控制精度也受到限制，直接影响产品质量和生产效率。

　　变频调速是上世纪80年代初发展起来的新技术，具有易操作免维护控制精度高等优点。普通电动机采用变频调速技术后，在其拖动负载无须任何改动的情况下，就可以按照生产工艺要求调整转速。因此，风机设备完全可以用变频器驱动的方案取代风门挡板控制方案，从而降低电机功耗，达到系统高效运行的目的。

　　1风机变频调速驱动机理1.1变频调速原理变频器是基于交直交电源变换原理，集电力电子和计算机控制等技术于身的综合性电气产品。变频器可根据控制对象的需要输出频率连续可调的交流电压。

　　由电机知识知道，电机转速与电源频率成正比关系；为电机磁极对数。

　　用变频器输出频率可调的交流电压作为风机的电源电压，就可以方便地改变风机的转速。

　　1.2风机负载特性风机的机械特性具有次方律特征，即转矩与转速的次方成正比例关系。在低速时，由于流体的流速低，使得负载的转矩很小；随着电动机转速的增加，流速加快，负载转矩和功率就越来越大。负载转矩丑和转速祀之间的关系可用下式根据负载的机械功率朽和转矩汀转速取之间的关系，有则功率丹和转速取之间的关系为②③④式中户分别为电动机轴上的功率损耗和转矩损牦；人人分别为次，负载的转矩常和功率常数1为。次方。负荻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取，会使电动机的功耗大大降低。

　　2风机变频调速系统设计21风机容量选择机容从的选择主要依据被拧对象对流量成压力的工求，可查阅相关的设计手册。如果是对使用中的风机进行变频调速技术改造，风机当然是现成的。

　　22变频器的容量选择风机在某转速下运行时，其阻转矩般不会发生变化，只要转速不超过额定值，电动机也不会过载，般变频器在出厂标注的额定容量都具有定的余量，所以选择变频器容量与所驱动的电动机容量相同即可。若考虑更大的余量，也可以选择比电动机容量大个级别的变频器，但价格要高出不少。

　　23变频器的运行控制方式选择风机采用变频调速控制后，操作人员可以通过调节安装在工作台上的按钮或电位器调节风机的转速，操作十分脎变频器运行控制方式的选择，可依据风机在低速运行时，阻转矩很小，不存在低频时带不动负载的问，故采用控制方式即可。从节能的角度考虑，线可选低的。

　　目前，许多生产厂家都生产有廉价的风机专用变频器，可以选用，为什么线可选得低呢，现说明如下2所，曲线，是风机次方律机械特性曲线，曲线1为电动机在控制方式下转矩补偿为，时的有效负载线。当转速为，时，对应于曲线0的负载转矩为7对应于曲线1的有效转矩为7.因此，在低频运行时，电动机的转矩与负载转矩相比，具有较大的余量。为了节能，变频器设置了若干低减，线，其有效转矩线2中的曲线2和曲线3.

　　在选抒低减1线时。，时会发生难以起动的问。如难以起动的。为此，可采取以下措施选择另低减1线，例如曲线1明的曲线在出厂时默认的补偿量，般变频器出厂时设置为转矩补偿矽，曲线，即频率产0时，补偿电压为定值，以适应低速时需要较大转矩的负载。但这种设置不适宜风机负载，因为风机低速时阻转矩很小，即使不补偿，电动机输出的电磁转矩也足以带动负载。为了节能，风机应采用负补偿的曲线，这种曲线是在低速时减少电压，因此，也叫低减曲线。如果用户对变频器出厂时设置的转矩补偿曲线不加改变，就直接接上风机运行，节能效果就比较差了，甚至在个别情况下，还可能出现低频运行时因励磁电流过大而跳闸的现象。当然，若变频器具有自动节，的功能设置，直接选取即可。

　　24变频器的参数预置因为风机的机械特性具有次方律特性，所以，当转速超过额定转速时，阻转矩将增大很多，容易使电动机和变频器处于过载状态。因此，上限频率不应超过额定频率。办，从恃性或况来说。风机对下限频率九没有要求。但转速太低时，风量太小，在多数情况下无实际意义。般可预Vii.20l风机的惯性很大。加速时间过短，容易产生过电流；减速时间短，容易引起过电压。般风机启动和停止的次数很少，启动时间和停止时间不会影响正常生产。所以加减速时间可以设置得长些，具体时间可根据风机的容量大小而定。

　　通常是风机容量越大，力减速时间设置越长。

　　风机在低速时阻转矩很小，随着转速的升高，阻转矩，大得很快；反之，在停机开始时，由于惯性的原因，转速下降较慢。所以，加减速方式以半3方式比较适宜。

　　风机在较高速运行时，由于阻转矩较大，容易在某转速下发生机械谐振。遇到机械谐振时，极易造成机械事故或设备损坏。因此。必浊考虑设置回避频率可采试验的方法进行预置，即反复缓慢地在设定的频率范围内进行调节，观察产生谐振的频率范围，然后进行回避频率设置。

　　启动前的直流制动为保证电动机在零速状态下启动，许多变频器具有启动前的直流制动功能设置。这是因为风机在停机后，其风叶常常因自然斗处十反转状态这时让机动则电动机处于反接制动状态。会产生很大的冲击电流。为避免此类情况出现，要进行启动前的直流制动功能设置。

　　25风机变频调速系统的电路原理般情况下，风机采用正转控制，所以线路比较简单。

　　但考虑到变频器旦发生故障，也不能让风机停止工作，应具有将风机由变频运行切换为工频运行的控制。3为风机变频调速系统的电路原理。

　　251变频器的接线与功能代码1通过控制电器接至电源，输出端1以通过电器接至电动机，使用时不允许接反。控制端子3为正转启动端，为保证电动机单向正转运行，将8与公共端30相接。

　　端子仙和嫩为变频器的升降速控制端，控制其与公共端3的通断，可以实现升降速。

　　变频器的功能预置1791使变频器处丁。外部。亍梭，朽。59=1使遥控方式有效，即用控制端子的通断实现变频器的升降速；1.182=2使1似端具有升速功能；1.181=1使端具有降速功能；1似与公共端30接通时，频率上升；出1与公共端30断开时，频率保持；而与公共端30接通时，频率下降；与公共端30断频率保持。

　　这里我们使用31和32两个按钮分别与册和相接，按下按钮31使出1与公共端30接通，控制频率上升；松开按钮3份1与公共端30断死频率保持。

　　同样抟下按讯82使疹与公共端30接通。控制频率下攘；松开按钮32，蔌与公共端30断死频率保持。

　　施为模拟信号输出端，可在扁和模拟信号公共端两端之间跨接频率，用于监视变频器的运行频率。

　　相应的变频器功能代码预置，55=50使频率的量程为，50出。

　　25.2电路电源接至变频器的输入端8接触器2用于将变频器至电动机。注意接触器咖2和咖3不允许同时接通，否则会造成损坏变频器的后果因此，2和阻3之间必须有可靠的互锁。热继电器用于工频运行时的过载保护。

　　253控制电路为便于对风机进行变频运行和工频运行的切换，控制电路采用位开关3人进行选择。

　　当3入合至工频运行方式时，按下起动按钮3821中间继电器1动作并自锁5进而使接触器咖3动作，电动机进入工频运行状态。按下停止按钮3，中间继电器1和接触器肘3均断电，电动机停止运行。

　　当3入合至变频运行方式时，按下起动按钮31中间继电器人1动作并自锁5进而使接触器咖2动作，将电动机接至变频器的输出端。2动作后使幻也动作，将工频电源接至变频器的输入端，并允许电动机启动。同时使连接到接触器413线控制电路中的1化12的常闭触点断开5龟保咖3不能接通。

　　按下按钮+中间继电器2动作，电动机开始加速，进入变频运行状态。2动作后，停止按钮1失去作用，以防止直接通过切断变频器电源使电动机停机。

　　在变频运行中，如果变频器因故障而跳闸，则变频器的8保护触点断开。接触器1.和12线圈均断电。其主触点切断了变频器与电源之间的连接。同时，1触点闭合，接通报警扬声器1和报警灯也进行声光报警。同时，时间继电器0得电，其触点延时段时间后闭合，使3动操作人员发现报警后。应及时将选择开关3人旋至工频运1位。这时，声光报警停止。并使时间继电器断电。

　　3节能计算对于风机设备采用变频调速后的节能效果。可根据己知风机在不同控制方式下的流量与负载关系曲线及现场运行以台工业锅炉使用的30 1鼓风机为例。运行工况以24小时连续运行。其中每天10小时运行在90负荷频率按462计算，挡板调节时电机功耗按98计算。14小时运行在50负荷频率按202计算，挡板调节时电机功耗按7，计算，全年运行时间在300天为计算依据。则变频调速时每年的节电量为相比较节电量为每度电按6元计算，则采用变频调速每年可节约电费58952元。般来说。变频调速技术用于风机设备改造的投资。可以在年左右的生产中全部节省回来。

　　4结束语风机设备采用变频调速技术是种理想的调速控制方效率，减少了设备维护。维修费用，较好地满足了生产工艺要求。经济效益十分明显。因此，中华人民共和国节约能源0，第39条己把它列为重点技术推广项目，1王廷才。电力电子技术肘。北京机械工业出版社2000 2石秋洁。变频器应用基拙。北京机械工业出版社，2003.

　　3张燕宾。变频调速应用实践牌。北京机械工业出版社，2000.

　　责任编校吴保奎