解决方案

解决方案

solution

MV300P在九江联达引风机的节能改造案例

一、改造前基本情况

1. 基本情况

风机项目

数量

额定功率

额定电压

额定电流

额定转速

运行时间

挡板开度范围

1#引风机

1

220kw

380V

401A

960

24

50%—65%

2#引风机

1

185kw

380V

336A

960

24

60%—77%

2.改造前设备操作的缺点

二、传统方案情况

1、 传统风机运行情况分析

1.1 电能浪费
    风机功率220KW,挡板的调节控制风门。风机的转速恒定,由挡板来控制风量,造成风量的大小与电机输出功率不成比例,造成大量的能量浪费。
1.2 对生产工艺中负荷的适应能力差
    由于生产负荷在变化,而风门的调节也在不断变化,若风量不稳定,便造成风压的变化,影响到工作效率。
1.3 电机起动冲击电网
    电机启动采用降压起动方式。在启动过程中起动冲击高压额不定期电流的3-4倍,对电网冲击很大。而且操作复杂,维护量大,设备故障率高,维护费用高,造成停产损失大。

2、传统方案概况

通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合,根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样,不论生产的需求大小,风机都要全速运转,而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中,不仅控制精度受到限制,而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加,设备使用寿命缩短,设备维护、维修费用高居不下。

三、改造方案设计要求

1、变频器工作原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。低压变频器主要采用交—直—交方式,先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通过变频器可以自由调节电机的速度。

image.png

 图1 变频器内的控制电路框图

2、MV300P变频器技术参数

2.1 MEGMEET变频器MV300系列变频器的主要技术特点:

控制

控制方法

V/F、矢量控制方式

频率设定分辩率

数字 : 0.01 Hz   模拟 : 0.02 Hz / 50 Hz,  输出频率范围:0 – 650 Hz

频率精度

数字 : 最大输出频率的0.01 %      模拟 : 12位绝对值+符号位

V/F 比率

线性, 平方根, 任意 V/F

过载能力

额定电流150 % -1 分钟, 额定电流200% - 1秒。(特性与时间成反比)

转矩补偿

手动转矩补偿 (0 - 20 %),  自动转矩补偿

运行

输入信号

运行方式

键盘/ 端子 /RS485 通讯

频率设定

模拟 : 0 - 10V / 4 - 20 mA /,     数字 : 键盘/RS485 通讯

启动信号

正转,反转

多段速度

至多可以设定8个速度 (使用多功能端子)

加减速时间

0-600秒,加减速时间可切换加减速方式:线性, S型

紧急停止

中断变频器的输出

寸动

慢速运行

自动运行

通过设定的参数自动运行(64段速度)

故障复位

当保护功能处于有效状态时,可以自动复位故障状态。

输出信号

运行状态

频率检测等级,过载报警,过电压,欠电压,变频器过热, 运行,停止,恒速,自动程序运行

故障输出

触点输出  – 交流250V 3A, 直流30V 3A

模拟输出

从输出频率,输出电流,输出电压,直流电压中选择(输出电压: 0 - 10V)

运行功能

直流制动,频率限制,跳频,滑差补偿,反转保护,PID 控制等

保护功能

变频器保护

过电压,欠电压, 过电流, 保险丝断,接地故障, 变频器过热, 电机过热, 缺相,过载保护,外部故障1,2, 通讯错误,速度指令丢失, 硬件故障, 选件错误等。

变频器报警

堵转防护,过载报警, 温度传感器故障。

瞬间掉电

小于15 毫秒:连续运行大于15 毫秒:允许自动重新启动

显示

键盘

运行信息

输出频率,输出电流,输出电压,设定频率,运行速度,直流电压

错误信息

当故障保护时的运行状态, 保存有3个故障历史信息。

环境

环境温度

-10 ℃ ~ 40 ℃

储存温度

-20 ℃ ~ 65 ℃

环境湿度

最大90 % RH .(不结露)

高度/振动

1,000 m 以下,5.9m/秒2(=0.6g)以下

应用地点

无腐蚀气体、易燃气体、油雾及其它

冷却方式

强制风冷

 

3、 节能方案

3.1 改造原理

变频器的节能功能实质上是它通过对电机转速的控制来尽量减少电机不必要消耗而工艺却必须消耗的那部分能量。以风机为例,传统的控制是利用风门挡板的开度来调节风量,在这种情况下电机是以恒定速度运行的,输出的功率也是恒定的,但是在风门不是全开的情况下,总是有能量消耗在风门挡板上,而采用变频器时,风门全开,靠的是降低电机的转速来调节风量的,这种情况下,电动机是靠减小输出功率来实现减小风量的,节省的电能就是原系统中消耗在挡板上的那部分能量。在这个过程中,转矩是减小的,电压、电流也减小。  

3 .2 变频节能特点和效果

节能效果显著。根据流体力学原理,风机负载的风量Q与转速N成正比,而所需功率P与转速N的三次方成正比。因此当风量小于额定风量时,改变电机转速,其功率明显下降,具有显著的节能效果。

风机的工作效率由下式计算: 

ηp=C1(Q/n)-C2(Q/n)2 

式中Q为风量,n为转速,C1C2为常数 

通过风门控风量时,因转速n不变,而风量Q下降,故效率ηp下降,而通过转速控制风量时,风量与转速成正比,比值(Q/n)不变,故效率ηp始终保持最佳状况。 

网侧功率因数提高:原电机直接由工频驱动时,满载时功率因数为0.85左右,实际运行功率因数远低于0.8。采用节能控制系统调速系统后,电源侧的功率因数可提高到0.9以上,无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率,满足电网要求,可进一步节约上游设备的运行费用。

设备运行与维护费用下降:采用节能控制系统调节后,由于通过调节电机转速实现节能,在负荷率较低时,电机、风机/水泵转速也降低,主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻,维护周期可加长,设备运行寿命延长;并且节能控制系统改造后风门/阀门开度可达100%,运行中不承受压力,可显著减少风门/阀门的维护量。节能控制系统器运行中,只需定期对节能控制系统器除尘,不用停机,保证了生产的连续性。随着生产的需要,调节风机/水泵的转速,进而调节风机/水泵风量,既满足生产工艺的要求,工作强度又大大降低。采用节能控制系统技术调速后,减少了机械磨损,维护工作量降低,检修费用下降。

③ 用节能控制系统调速装置后,可对电机实现软启动,启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍,对电网无任何冲击,电机使用寿命延长。在整个运行范围内,电机可保证运行平稳,损耗减小,温升正常。风机启动时的噪音和启动电流非常小,无任何异常振动和噪音。

④ 与原来旧系统相比较,节能控制系统器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能,更完善地保护了电机。

⑤ 操作简单,运行方便。可通过计算机远程给定风量或压力等参数,实现智能调节。

⑥ 适应电网电压波动能力强,电压工作范围宽,电网电压在-15%~+10%之间波动时,系统均可正常运行。

 

四、改造方案与传统方案理论上的对比

1、传统方案

传统挡板调节风量特性如下: 

image.png

图1为引风机用挡板门控制时,当风量要求从Q1减小到Q2,必须关小挡板。这时挡板的磨擦阻力变大,管路曲线从R移到R1,扬程则从Ha上升到Hb,运行工况点从a1点移到b1点。 要求扬程增加即电机的功率增加,能耗增加,挡板开度越小能耗越大,同时管网压力增加,加速设备的老化。由于电机始终工作在工频,电机电流大,不会随流量的变化而降低,从而也不会降低电机的使用寿命。

2、变频器调速方案

调节电机转速的流量特性:

 image.png

上图为调速控制时,当风量要求从QB减小到QC,由于阻力曲线R不变,引风机的特性取决于转速。如果把速度从n降到n′,运行工况点则从B点移到C点,扬程从HB下降到HC。风量减小时,电机的扬程减小,功率减小 能耗降低

3、方案对比

 

 image.png

在保证相同风量控制时,用挡板控制风量方案,部分功率被损耗浪费掉了(如图损耗部分的功率为BCHF阴影部分的面积),且随着挡板不断关小,这个损耗还要增加。而用转速控制时,由于风量Q与转速n的一次方成正比;扬程H与转速n的平方成正比;轴功率P与转速n的立方成正比,即功率与转速n成3次方的关系下降。如果不是用关小挡板的方法,而是把电机转速降下来,那么在转运同样风量的情况下,原来消耗在挡板的功率就可以全避免,取得良好的节能效果,这就是风机调速节能原理。

因此,目前大部分的风机控制都引入了最先进的变频控制,有效的降低了系统的功耗,符合国家倡导的绿色节能政策,目前正被大面积的推广。  

五、效益分析

备名设称

极数

电机功率

改造前功率

变频器型号

改造后功率

1#引风机

四极

220kW

158kW

MV300P-4T220

83kW

2#引风机

四极

185kW

110kW

MV300P-4T200

72kW

六、总结

对风机改造表明:

1、改造后系统运行非常稳定,麦格米特变频器性能好,品质优越,对其他设备无干扰。 
2、采用交轮流变频器对风机进行节能改造具有结构简单、改造方便、节能效果明显。
3、使用变频器后,风机可软起停、减少设备机械冲击、延长设备使用寿命、降低设备的维修费用。
4、变频调速技术先进、成熟,提高了设备的技术含量。