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变频器在模冷风机系统中的应用

2015-2-8 21:00:03

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详细介绍





一、  概述

众所周知,模冷风机是玻璃器皿厂主要的生产设备,也是整条生产线最大的耗能设备(通常采用45-75KW的电机),在玻璃器皿的生产过程中,模冷风机提供冷却风,对器皿进行冷却,冷却风量的大小除受器皿大小的影响外,还受环境温度和环境湿度的影响,为了满足生产过程中不同工况的要求和各种其他变化的因素,模冷风机设计选型时通常按最大供风量设计,当生产小器皿或冬季不需要大风量时生产人员就关小风门,上述做法除白白浪费了大量的电能,还增加了产品质量的不稳定因素,因为有时昼夜温差较大,但生产人员不可能随时调整风门,而且,风门的调整完全靠操作人员的经验,从而增加产品的不可靠性。另外模冷风机电动机通常采用自耦降压启动,启动时电网电压波动大,有时会影响其他设备的运行。

针对上述情况,我公司为亳州古井玻璃厂设计安装了模冷风机变频调速系统,取得了非常成功的应用效果。

 

二、  变频器的应用

亳州古井玻璃厂有四条生产线,两条线采用55KW风机,另两条线采用75KW风机,每条线有两台功率相同的风机,一主一备。我们在每条线上采用一台RP600系列的变频器,通过西门子S7-200 PLC进行控制,可分别驱动主备风机,也可脱开变频,使用工频启动。

变频调速技术的主要工作原理是将供给电动机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流,变成直流,再将直流电用正旋波脉宽调制技术(SPWM)逆变为功率可调,幅度随之改变的三相交流电,以此为电源再供电给电动机使用,根据公式

      N=60f(1-s/P

     电动机转速N随频率f变化而变化,从而达到了通过控制频率即可调速的目的,从高速到低速可以保持高效率、宽范围和高精度的调速性能。

     电动机定子绕组的反电动势是定子绕组切割旋转磁场磁力线的结果,本质上是定子绕组的自感电动势。其三相异步电动机定子每相电动势的有效值是:                     

           E=4.44KFNφ

式中:E-气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值,单位为V

       F-定子频率,单位为Hz

       N-定子每相绕组串联匝数

      φ-每相气隙磁通量,单位为WB

当电动势的值较高时,可以忽定子绕组的漏磁阻抗压降,而认为定子相电压UE,则由以上公式可得φ=CV/F)式中C为常数。

在变频器调速的过程中,在不损坏电机的条件下,为了充分利用电机的铁心,发挥电机转距的能力,希望在变频时保持每相磁通用φ为额定值不变,如果气隙磁通量大于额定气隙磁通量,则电机的铁心产生过饱和,从而导致过大的励磁电流,严重时会因绕组过热而损坏电机,要保持磁通为额定磁通,则由公式C=C/f)可知,在调频的时候必须同时调压,才能满足异步电动机变频调速的基本的要求。

风机是传送气体的机械设备,是把电动机的轴功率转变为流体的一种机械,风机电动机输出的轴功率为:

 P=QH/102ηC

式中Q—流量   H—风压   η—风机效率  C—传动机构效率

从流体力学原理知:风机风量与电动转连相关,当风量减少,风机转速下降时,其电动机输入功率迅速降低。由风机的工作原理可知:风机的风量与风机的转速成正比,风机的风压与风机电机的平方成正比,风机的轴功率等于风量与风压的乘积,而风机的轴功率与风机电机转速的三次方成正比,如下表:

 

频率(Hz

转速N%

流量Q%

轴功率φ%

50

100%

100%

100%

45

90%

90%

725%

40

80%

80%

512%

35

70%

70%

343%

30

60%

60%

216%

25

50%

50%

125%

  根据上述原理可知改变风机的转速就可大大降低电机的功率,可节省大量的电能。

 

三、   控制方式

 模冷风机变频系统核心控制采用西门子S7-200 PLC,控制变频的供电、启停,工频的降压启动以及根据料重选择不同档位,还控制加湿/去湿、正常/预置等功能。功能介绍如下:

 档位选择功能:系统根据不同的料重,设定料重选择按钮,不同的料重风机提供不同的风量,总共有7个档位。每一档位的风量还可通过微调旋钮进行调节,设定好不同的料重后,操作人员只需根据不同的器皿规格选择不同的料重档位。

  温度调节功能:系统根据外部环境的温度,自动调节风量,温度升高,风量自动加大,温度降低,风量自动减小,温度范围-10 度到50度,风量影响范围10%

湿度调节功能:系统根据外部环境的湿度,自动调节风量,湿度升高,风量自动减小,湿度降低,风量自动加大,湿度范围0%100%,风量影响范围6%

加湿/去湿功能:根据特殊要求,定制加湿/去湿的调节范围,按下加湿按钮,风量根据要求自动减小。

正常/预置功能:可设定特定的风量,置入预置功能,通过正常/预置进行选择。

其它功能:系统还具有故障检测、过流、过压、缺相报警等辅助功能,以及风机软启动功能。

 

四、 使用变频器的优点

1、 节能效果显著,降低了生产成本;

2、 供风量根据环境实时调节,提高产品质量。

   3.能进行无极调速,调速范围广且调速精度高,适用性强;

   4.降低了起动电流,提高了电器保护质量,使用变频器后,电动机可以软起动,起动电流由原来的6倍左右降低到1.7倍以下,而起动转矩不下降,甚至可以提高。因此,对电动机和电网的冲击大幅度下降,起动压降减少,对电网的容量要求降低;

 

五、节能效果分析

     亳州古井玻璃厂4套系统运行已有6个月,节能效果非常显著,根据不同的料重,变频系统运行在38-48HZ之间,平均44HZ,参照上表计算节电率约30%,另外使用变频后功率因数由0.84提高到0.93,按其中一套75KW风机进行计算节电:

     75千瓦×24小时×30天×0.5/度×30%=8100

    每月可节省电费8100元。

    由此计算系统投资回收周期约8个月。


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