森蘭變頻器在化工廠風機上的應用
1 引言
變頻調速技術因具有顯著的節電效果、方便的調速方式、較寬的調速范圍、運行可靠、完善的保護功能等優點而被廣泛應用。濟南裕興化工總廠是一家生產硫酸的大型企業，年用電量巨大。如何節約電能已經成為該廠降低成本的重要措施。
2 送風機變頻改造情況
2.1 改造前狀況
該供風系統采用350kW 380V風機，靠調節風道擋板控制送風量以適應生產負荷的變化。由于投建時風機選型較大，出現“大馬拉小車”情況，大部分電能被消耗在風道擋板上，從而使風機效率下降。
該系統在運行過程中還存在一些其他問題:
(1) 風道擋板動作遲緩。手動運行時人員操作不靈活，容易造成風機振動，很難滿足最佳調節品質。
(2) 風機擋板執行機構故障較多。
(3) 送風機在啟動時，雖然采用了自耦降壓啟動方式，但啟動電流仍然較大，電機受到的機械、電氣沖擊較大，經常發生轉子籠條斷裂的事故。
為了解決上述問題，決定對送風機控制系統進行改造，利用電機變頻調速方法實現送風量控制、電機軟啟動，達到節能和實現穩定控制的目的。
2.2 改造方案簡介
在原電機與開關之間增加一套變頻裝置，并保留了原有工頻回路做旁路，其電路結構圖如圖1所示。
圖1中，變頻器采用成都希望森蘭變頻器制造有限公司生產的SB61G375KW矢量型全能王變頻器，它是該系統的核心。變頻器的輸出電壓為0～380V，輸出頻率為0～400Hz。在實際使用中，變頻器上限頻率設置為50Hz。它由高性能數字處理器DSP控制，功率元件采用IGBT模塊，具有輸入、輸出波形好，諧波小等優點。SB61G375變頻器保護功能齊全，包含了過壓、過流、欠壓、缺相、短路，過熱、瞬時停電保護等，能有效地保護電機及自身裝置，并且可查詢故障時各參數變化的記錄，大大地簡化了維護的工作量。
變頻器采用高精度調節電位器來給定輸出頻率，根據需要的風量在現場調速。電位器通過屏蔽線與變頻器控制器連接，并且設置了低通濾波器以提高控制精度。通過Y1端口的輸出頻率信號作為現場監控。由于采用了電氣互鎖裝置，使系統不會出現誤操作等意外事故。
由于該變頻器容量較大，為了減少dv/dt及di/dt對系統的干擾，在變頻器直流側增加了直流電抗器。并在柜體的通風散熱上也采取了不少措施，通過增大進、出風口面積等方法，使變頻器的升溫減到較小的程度，從而保證了該變頻調速系統的可靠運行。
3 送風機變頻改造效益分析
根據流體力學可知，可從以下公式分析：風機電機的軸功率P與其風量Q、風壓H之間的關系是:
P∝Q×H
當電機轉速從n1變化到n2時, Q、H、P之間的關系為:
電機消耗的功率與電機轉速的立方成正比，風機的風量與轉速成正比。當轉速降低時，風機所消耗的電能按3次方比例關系下降。而采用風道擋板調節風量時，電機消耗的功率約額定功率的90%，實際利用量較少，相當一部分能量消耗在風道擋板上，能量損失嚴重。
4 采用變頻器改造的效果
該系統風機電機為350kW、額定電流629A、2極。原工頻工作時，平均運行電流530～590A，取550A計算，每小時耗電約317kWh（有功）；在投入變頻系統運行后，平均每小時耗電207kWh（有功），在變頻器輸入側（電源端）測試，電壓仍為380V，運行電流為280～320A，取300A計算；變頻系統功率因數取0.93；電價0.5元/kWh。
(1) 每小時節電
按有功計算，上式結果乘以上功率因數0.93
40%×0.93≈37%
每小時節電：317－207＝110(kWh)
(2) 年效益
該風機為不停機運行，年運行365天，故年節電效益為：
365×24×0.9×110×0.5≈43.4(萬元)
(3) 投資回收年限
該系統總投資20余萬元，每年收益43.4萬元。所以該項目投資回收年限只有半年；同時提高了生產效率，降低了生產成本，效益十分顯著。系統使用至今運行穩定，從未出現任何故障。
5 結束語
該項目的最大意義是節能。與原有的工頻驅動方式相比，風機效率穩定在理想的范圍內，電動機能耗大大降低。特別是機組低負荷運行時，效果更顯著。同時提高了可靠性，延長了電機壽命。另外，由于風門全開，減少了風道的振動與磨損，提高了機械壽命。總之，變頻裝置節能效果好、調速先進、使用成熟、性能可靠，是理想的節能項目。
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