变频器在风机节能上的应用.pdf

变 频 器 在 风 机 节 能 上 的 应 用 刘 亮 崖海娇 广 东岭 南职业技 术 学院5 1 0 6 6 3 【 摘要】 在 实际 生产 中， 电机 所 带动 的 负载通 常 是 变化 不 定 的 。在 机 器设 计 的时候 ， 一般 是考 虑 到 电机 所要 带动 的最 大 负载 来选定 电机 ， 这 样在 负载变 小的 时候 ， 就 显得 设 计参数 裕度 过 大， 使 得 能 源使 用效率低 下 ， 造成 了能 源的 浪 费。利 用 P L C与 变频 器 相 结合 ， 自动 根 据 负载 的 变化 来调整 电机 转速 ， 不但 可 以起 到很 好 的节 能效果 ， 还 可以减 轻设 备 的机 械 负荷 ， 延 长设 备 的使 用寿命 ， 因此得 到 了广泛 应用 。 【 关 键词I I L C； 变频 器 ； 风机 ； 节能 一 、引 言 我 国是一 个人均能源相 对贫乏 的 国家， 人均 能源 占有量 不足 世界水平 的一半 ， 随着我 国经济 的快速 发展 ， 我 国已成 为世 界第二 耗能大 国 ， 但能 源使 用效 率普 通偏 低 ， 造成 电能浪 费现 象十 分严 重 。尽管我 国电网总装机容 量和发 电量 快速扩容 ， 但仍 赶不 上用 电量增加 的速度 ， 供 电形势严 峻 ， 节能节 电已迫在 眉睫。利用变频 器对 拖动 电动机进行 变频调速 从而实现 节能的效果 非常显 著 ， 因 而得 到了广泛应用 。本文讲述一例用变频器 多段 速功能结合 P L C 实现 风机调速 的节能实例 。 二、 变频调 速的原理 通常交流 电动机 的同步转速表达式为 n -- - 6 0 f 1 一 s ／ p 式 中 n 一异步 电动 机的转 速 ； 卜 异步 电动机 的频 率 ； s ～ 电动 机转 差率 ； p ～ 电动机极对数 。 由上式 中可知 ， 转速 n与频率 f 成 正 比， 只要改 变频率 f 即可 改变电动机 的转速 ， 当频率 f 在 0 --5 0 Hz的范围 内变化 时 ， 电动机 转速调节范 围非 常宽。变频器就是通过改变 电动机 电源频 率实现 速度调节 的， 是一种理想 的高效率 、 高性能的调速手段 。 三、 利用变频器多段速功能结合 P L C实现风机节能调速的实例 某公 司有 五台设备共用一 台主 电机 为 1 1 KW 的吸尘 风机 ， 用 来吸取 电锯 工作时产生的锯屑 。不 同设备对风量 的需求 区别不是 很大 ， 但设备运转 时电锯并 非一直工作 ， 而是根据 不同的工序投入 运行 。设计 1 1 K W 的吸尘风机是考虑到五台设备 的电锯 同时运转 时所 需的风量 ， 但 多数情 况下都不是五 台设备 的电锯 同时运转 ， 这 样就使得 设计参数裕度过大 ， 造成了资源的浪费 。 1 、 提 出改造方案 。针对这 种情况 我们 提 出了如下 改造 方案 用 P L C接收各机 台电锯工作 的信 息并 对投 人工 作 的电锯 台数 进 行判断 ， 根据判 断结果 驱动相应 的输 出点 动作来控制 变频器 的多 段 速端子 ， 实现 多段 速控制 ， 自动根据投-人电锯的 台数进行风 量控 制 。根据投入运行 的电锯 台数 实施 五个 速段的速度控制 。速度设 定方案如下 当运行 电锯 台数分别 为 1 、 2 、 3 、 4 、 5时 ， 对应 变频 器输 出频率分别 为 3 0 、 3 5 、 4 0 、 4 5 、 5 0 。 P L C控制要求 P L C自动检测 车 间内 电锯投入 运行 的实 际 台 数 ， 根据检 测结果驱 动相应 的输 出点 动作来控制 变频器 的多段速 端子 ， 使变频器运行在相应 的频率上 ， 得到适 当的风量 。 2 、 方 案 的 实施 1 ． 电锯投入运行 信号 的采集 。用电锯工作时的控制接触器的一 对常开辅助触点控制一个 中间继 电器 ， 中间继 电器接人 P L C的一 个 输入点 ， 这样就实现了 P L C对投入 电锯信号的接收， 改造 简便 。 2 ． 变频器的参数设置 1 变 频 器参 数 的设 定 。我 们 使 用 的 变频 器 是 富 士 F R E N- I C 5 0 0 0 G9 S 系列 的。根 据多段 速控 制的需 要和风 机运行 的特点 主 要设 定的参数如表 l 。 表 1 变频器参数设定 表 功 能代 码编号 设定值 意义 0 1 1 变频器操作方法 2 0 3 0 第一段速度 { 2 1 3 5 第二段 速度 2 2 4 0 第 三段 速度 2 3 4 5 第四段速度 2 4 5 0 第五段速度 2 多段速控制时端子 的组合。这个系列的变频器进行多 段速控 制的端子为 x1 R L ， X 2 R M 和 X 3 R H 。通过这三个端子的组合 最 多可以实现七段速度运行 。进行五段速度控制时的端子组合如表 2 。 表 2 多段速端子 与速 度段 组合 表 速度段 1 速 2 速 3 速 4 速 5速 接通 的控制端子 X1 X 2 X1 X2 X3 X1 X 3 3 ． P L C的选取和程序的编写 1 根据 改 造 输 入 输 出点 数 的 需 求 ， P L C选 取 的 是 F X1 S 一 1 4 MR--0 0 1 ， 其 I ／ O总数共 1 4 个 ， 其 中输入 8 个 ， 输 出 6 个 。 2 P L C的程序 主要分 为三个 部分 ， 这 种编 程方法 非常 直观 简 单 ， 很容易 就能看懂。 其一是对 电锯 的运行 和关 闭信 号脉冲的拾取 ； 其二是对运行 的电锯数 目进 行计算 ； 其三是根据运算结果 进行 比较输 出 ， 以控制变频 器 多段速 端 子 ， 程序 略 。 3 、 节能效果分析 1 ．理论节 能分 析 。风 机属 于一 种平 方转 矩负 载 ， 其转 速 n与 流量 Q， 扬程 H及泵 的轴 功率 N 的关 系如下 式所 示 Q 。 一Q n 。 ／ n 2 H1 一 H2 n l ／ n 2 。 Nl N2 n l ／ n 2 上式表 明， 风机的流量与其转速成正 比， 风机 的扬程与其转 速的 平方成正比， 风机的轴功率与其转速的立方成正 比。可 以十分 明显地 看 出， 采用调节转速的方法调节流量 ， 风机的轴功率将以转速的立方比 下降， 电动机所用的功率将大为减小 ， 是一种能够显著节约电能的方法 。 根据车间设备运行 的情况 ， 相当于时常有三 台设备运转 ， 亦 即 改造后变频器时常运转在 4 0 H Z。根 据 同步转 速公式 n 一6 0 f 1 一 s ， p和风机 消耗 功率 与其转 速三次方 成正 比可 知 ， 理 论上 改造前 后功耗 比为 P 1 ／ P 2 5 1 ． 2 即改造 后能耗 只为 改造前 的 5 1 ． 2 ％ ， 由 此可见节能效果非 常明显。 2 ． 实测能耗 。当变频器 在 5 0 H z和 4 0 Hz运行时在 变频器输 出 侧实测数据 4 0 H z时 电流为 1 2 ． 2 A， 电压 2 5 0 V 5 0 H z时 电流 为 1 5 ． 8 A， 电压为 3 7 0 V 。则 P l 一1 ． 7 3 2 X 2 5 0 X 1 2 ．2 5 ． 2 8 k w P 2 1 ．7 3 2 X 3 7 0 1 5 ． 8 A一 1 0． 1 3 k w P1 ／ P2 52 ． 1 ％ 由于此系统中电机总功率 比较小 ， 因此变频器的能耗占的比 重较大 ， 实测值与理论计算值有微小差距 。从 实测 的情 况看 ， 改造 后 每个小时能耗仍可节约 4 ． 8 5千瓦。 3 ． 节能效果计算 。改造前每年 消耗 的电能 按 每天 工作 2 2小 时 ， 每年工作 2 5 0 天计 W l 一 1 O ． 1 3 2 2 2 5 0 5 5 71 5 Kwh 改造后每年消耗 的电能 W 2 5．28 X 2 2 X 2 5 0 Kwh 2 9 0 4 0 Kwh 则每年节约 电能 为 w W 一w 一2 6 6 7 5 K wh ， 可 见节 能效 果 和经济效益相 当可观 。 【 参 考文 献】 [ 1 ] 张燕宾． 变频调速应用实践E M3 ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． 1 2 ． [ 2 ] 王树 ． 变频调 速 系统设 计与应 用E M3 ． 北京 机械 工业 出版 社 ， 2 0 0 5 ．4 [ 3 ] 侯 世 英．P L C教 程[ M3 ． 北京 人 民邮 电出版社 ， 2 0 0 7 ． 5 ．