杭州摩擦材料有限公司節(jié)電方案
一、變頻器工作原理及技術(shù)規(guī)范
1、變頻器原理介紹
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。低壓變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。通過變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機的速度。如圖1為變頻器內(nèi)的控制電路框圖。
圖1 變頻器內(nèi)的控制電路框圖
2、變頻器技術(shù)規(guī)范
控制 | 控制方法 | 空間電壓矢量控制方式 | |||
頻率設(shè)定分辯率 | 數(shù)字 : 0.01 Hz (100 Hz以下), 0.1 Hz ( 100 Hz以上) 模擬 : 0.05 Hz / 50 Hz, 輸出頻率范圍:0 – 300 Hz | ||||
頻率精度 | 數(shù)字 : 最大輸出頻率的0.01 % 模擬 : 最大輸出頻率的0.1 % | ||||
V/F 比率 | 線性, 平方根, 任意 V/F | ||||
過載能力 | 額定電流150 % -1 分鐘, 額定電流200% - 0.5 秒。(特性與時間成反比) | ||||
轉(zhuǎn)矩補償 | 手動轉(zhuǎn)矩補償 (0 - 20 %), 自動轉(zhuǎn)矩補償 | ||||
運行 | 輸入信號 | 運行方式 | 鍵盤/ 端子 /RS485 通訊 | ||
頻率設(shè)定 | 模擬 : 0 - 10V / 4 - 20 mA /, 子板的另外端口(0 - 10V/4 - 20 mA) 數(shù)字 : 鍵盤/RS485 通訊 | ||||
啟動信號 | 正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn) | ||||
多段速度 | 至多可以設(shè)定8個速度 (使用多功能端子) | ||||
加減速時間 | 0-6000秒，加減速時間可切換 加減速方式:線性, S型 | ||||
緊急停止 | 中斷變頻器的輸出 | ||||
寸動 | 慢速運行 | ||||
自動運行 | 通過設(shè)定的參數(shù)自動運行(7段速度) | ||||
故障復(fù)位 | 當(dāng)保護功能處于有效狀態(tài)時，可以自動復(fù)位故障狀態(tài)。 | ||||
輸出信號 | 運行狀態(tài) | 頻率檢測等級，過載報警，過電壓，欠電壓，變頻器過熱， 運行，停止，恒速，自動程序運行 | |||
故障輸出 | 觸點輸出 – 交流250V 1A, 直流30V 1A | ||||
模擬輸出 | 從輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，直流電壓中選擇 (輸出電壓: 0 - 10V) | ||||
運行功能 | 直流制動，頻率限制，跳頻，滑差補償，反轉(zhuǎn)保護，PID 控制等 | ||||
保護功能 | 變頻器保護 | 過電壓，欠電壓， 過電流， 保險絲斷，接地故障， 變頻器過熱， 電機過熱， 缺相，過載保護，外部故障1,2， 通訊錯誤，速度指令丟失， 硬件故障， 選件錯誤等。 | |||
變頻器報警 | 堵轉(zhuǎn)防護，過載報警， 溫度傳感器故障。 | ||||
瞬間掉電 | 小于15 毫秒：連續(xù)運行 大于15 毫秒：允許自動重新啟動 | ||||
顯示 | 鍵盤 | 運行信息 | 輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，設(shè)定頻率，運行速度，直流電壓 | ||
錯誤信息 | 當(dāng)故障保護時的運行狀態(tài)， 保存有3個故障歷史信息。 | ||||
環(huán)境 | 環(huán)境溫度 | -10 ℃ ～ 40 ℃ | |||
儲存溫度 | -20 ℃ ～ 65 ℃ | ||||
環(huán)境濕度 | 最大90 % RH .(不結(jié)露) | ||||
高度/振動 | 1,000 m 以下，5.9m/秒²(=0.6g)以下 | ||||
應(yīng)用地點 | 無腐蝕氣體、易燃氣體、油霧或粉塵及其它 | ||||
冷卻方式 | 強制風(fēng)冷 | ||||
二、節(jié)能分析
變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:風(fēng)機、泵類在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機、泵類的工作點移到R2上的B點，壓力增大到H2，這時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機、泵類所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。
n1-代表電機在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性；
n2-代表電機降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性；
R1-代表風(fēng)機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；
R2-代表風(fēng)機、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低10%（輸出頻率45HZ時），則功率P2=（0.9）3*P1=0.729P1,節(jié)電27.1%。假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低20%（輸出頻率40HZ時）則功率P2=（0.8）3*P1=0.512*P1，節(jié)電48.8%。由于功率與轉(zhuǎn)速成三次方的關(guān)系，因此，轉(zhuǎn)速變化越大，功率的消耗將呈幾何級數(shù)減少。
三、改造前設(shè)備工況
除塵器在平時不需要很大的風(fēng)量，目前的這種操作方式的缺點是:（1）電機及風(fēng)機的轉(zhuǎn)速高，負荷強度重，電能浪費嚴重；（2）電氣控制直接起動，啟動時電流對電網(wǎng)沖擊大，需要的電源（電網(wǎng)）容量大，功率因素較低；（3）起動時機械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；（4）電氣保護特性差，當(dāng)負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設(shè)備等。采用變頻器可實現(xiàn)大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。
四、除塵設(shè)備表及所配變頻型號
設(shè)備編號 | 設(shè)備名稱 | 額定容量（KW） | 臺數(shù) | 配變頻型號 | 備注 |
02-403-007 | 脈沖除塵器 | 55 | 1 | CDI9100-G055T4 | |
02-403-008 | 脈沖除塵器 | 22.5 | 1 | CDI9100-G022T4 | |
02-403-009 | 脈沖除塵器 | 18.5 | 1 | CDI9100-G018T4 | |
02-403-028 | 反吹除塵器 | 25 | 1 | CDI9100-G030T4 | |
02-403-037 | 扁布袋除塵器 | 45 | 1 | CDI9100-G045T4 | |
02-403-010 | 除塵器 | 19 | 1 | CDI9100-G022T4 | |
02-403-011 | 除塵器 | 11.5 | 1 | CDI9100-G015T4 | |
02-403-004 | 除塵器 | 44.5 | 1 | CDI9100-G045T4 | |
02-403-005 | 除塵器 | 41 | 1 | CDI9100-G045T4 | |
02-403-012 | 除塵器 | 44.5 | 1 | CDI9100-G045T4 | |
02-403-006 | 除塵器 | 41 | 1 | CDI9100-G045T4 |
五、改造方案
每臺設(shè)備安裝成工/變頻切換柜，在變頻有故障的時候可以工頻啟動，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。具體電氣圖見附圖。
六、節(jié)能狀況預(yù)期
系統(tǒng)節(jié)電運行時，按每年運行7000個小時、加權(quán)運行頻率以43HZ計算，節(jié)電狀況如下：節(jié)電率：N1=[1-（43/50）3]*100%=36%，電價以0.6元，效率以0.85計算，改造總功率共367.5KW，則全年節(jié)電為：367.5*36%*7000*0.85*0.6=472311元。
七、采用變頻器控制的優(yōu)點
(1)、采用變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障 率，節(jié)電效果顯著；
(2)、采用變頻器控制電機，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了設(shè)備的使用壽 命，避免了對電網(wǎng)的沖擊； (3)、電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了
噪聲對環(huán)境的影響；
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能；
(5)、變頻具有工/變頻切換功能，能夠保證生產(chǎn)的連續(xù)性。
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能；
(5)、變頻具有工/變頻切換功能，能夠保證生產(chǎn)的連續(xù)性。
實踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設(shè)備維護、維修費用，另外當(dāng)采用變頻調(diào)速時，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，也可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯。
附一：電氣圖
附一：電氣圖
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