隨著變頻技術(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,，可以通過改變轉(zhuǎn)速來靈活的調(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)速來調(diào)節(jié)流量和速度的變化用來取代傳統(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清洗工件,。工件不斷的向前推進(jìn)，經(jīng)過近百米的清洗管道,，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),，通過風(fēng)機(jī)流量的作用下來烘干工件,，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,。為了解決這些問題,，通過調(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,，通過調(diào)節(jié)變頻器面板上的旋鈕來控制電機(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)來說,，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：
從上表中可見用變頻調(diào)速的方法來減少水泵和風(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
?。?）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,。
?。?）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,。
德力西變頻器公司除為用戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品外,，并且提供相關(guān)系統(tǒng)集成、安裝指導(dǎo),、調(diào)試和售后服務(wù),。我們的產(chǎn)品已經(jīng)在全國(guó)各行各業(yè)有普遍的應(yīng)用，下面是我公司產(chǎn)品在相關(guān)行業(yè)的業(yè)績(jī)：
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