引风机风量控制系统改造方案

一、系统现状

原系统采用恒转速风机提供风量，在风机运行过程中，风量提供为一恒定值。但在实际使用过程中，风量的需求并不是恒定的，会根据实际需要选择适当风量以完成生产需求。当供风量大于实际需求量时，富裕风量会白白消耗电能，增加生产成本。另外，多余的供风量也会对生产带来一定的负面影响。 二、需求分析

本方案所要解决的首要问题是对风量的控制，以达到按生产需要来调节风量，使风机能提供最佳风量，满足生产需求。其次，在保证合适风量，满足生产需求的前提下，起到节能降耗的作用，节约能源消耗，降低生产成本。 三、设计原则

1.风量调节

从需求分析看，用户在风量供应需求上，一是需要一个稳定适宜的供风量，二是可调性。从第一点分析，采用定转速风机，虽然可以满足稳定风量的供应，但因定转速风机本身，对合适风量的控制较难实现。从第二点分析，生产过程中随着设备运行生产环境的改变以及供电、现场环境的改变，供风量损耗及净风量将会产生波动。另外，合适的风量将对生产效率起到至关重要的作用，但什么样的风量是最佳风量，不仅需要多次尝试，还要考虑用风量以及供风系统效率等问题。

综上两点，采用定转速风机显然不能满足需要。 2.节能降耗

生产过程中除设备投入成本外，还需要消耗大量的动力能源，这就是生产成本。产品成本除了生产成本外，还包含原料成本、人员管理成本等诸多因素在里面。从生产角度分析，控制生产成本，是降低产品成本的行之有效的方法。

减少不必要的能源消耗，将有效降低生产过程中成本的增加。

风机节能技术改造具有技术成熟、投资少、节能效果显著的特点，各大工矿企业均将风机节能技术改造列为重点节能改造项目。综上所述，现有设备中引风机的风量调节上还存在着较大的节能潜力，因此对风机装置实施变频调速改造，将获得显著的节能效果和经济效益。

四、设计依据

1.系统通风特性、风机工作特性及节能潜力分析:

目前风机送风系统控制大多数都是采用控制调风阀门的开度来实现送风量的控制，不管需要的风量是大是小，风机都是以设计时的最高转速运行，造成严重的资源浪费。由于使用调节阀门开度来实现变风量的控制，以实现控制供风风量、压力的目的。这种调节方式既不方便，又浪费大量的电能，很容易造成阀门及风机的损坏。另外，调风阀门调节精度不高，阀门调节也容易引起故障，造成维护成本增加,造成系统的不稳定性。

一般使用的风机，选用的设备额定的风量，通常都超过实际需要的风量，又因为工艺需要在运行中变更风量，而目前采用档板来调节风量的调节方式较为普遍，虽然方法简单，但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，这种节流调节方法浪费了大量的电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。

从流体力学原理知道，风机风量与电机转速及电机功率有如下关系： Q1/Q2 = n1/n2 H1/H2 = （ n1/n2 )2 P1/P2 = ( n1/n2 )3 其中 Q－风量 H－风压 P－电机轴功率 n －电机转速

当需要小风量时，用变频控制装置降低风机转速，电动机的输入功率也相应的减少。如风量减少到 80% ，转速 （ n ）也下降到 80% ，其轴功率则下降到额定功率的 51% ；若风量下降到 50% ，轴功率将下降到额定功率的 73% ，其节能潜力非常大，因此对风量调节范围较大的风机，采用变频节电调速节能控制装置来代替风门调节，是实现节能的选择之一。 许多工况下，通风阻力会随工况变化而发生一定的波动，对于已建成的生产线由于风道的有效截面积和有效高度为定值，其阻力为： ΔP=k·Q2

式中:ΔP——风道阻力，MPa； Q——供风风量，m3；

k——阻力系数，由生产、物料结构及生产规模等众多因素决定。 罗茨风机属定容式通风机，风道阻力变化对风量影响甚少。离心式通风机的送风量随风道阻力变化而波动，风量随阻力增加而减少。为了保证较稳定的送风，它需要较稳定的工况，亦即需要较高的技术水平和操作水平。系统供风时不可避免地存在着或多或少的漏风(如风管漏风、风机内漏等)。系统的排风量应正比于送风量，过大的排风量不仅增大了电能消耗，降低工作效率，而且还会影响设备正常工作，降低设备的使用寿命。因此排风量应根据实际使用风量进行调节。综上所述，系统的送、排风特性与现有风机的供风、排风特性并不完全匹配，系统的风机尚存在着很大的节能潜力。

2.调速节能原理: (1)风机节能原理:

在风路的截面积不变时，罗茨风机和离心式通风机的风量均正比于风机的转速亦即电动机的转速，而风压与风速n平方成正比，即电动机输出转矩M与转速Ω平方成正比，由功率N=M·Ω，说明电动机输出功率与转速三次方成比例，即N∝n3。三相异步电动机的转速表达式如下：

n=(1－s)×60×f/p  式中:n——电动机转速，r/min； s——转差率；

p——电动机极对数； f——频率，Hz。

对于已选定的电动机而言，转差率s和电动机极对数p均为常数，电动机的转速取决于电源的频率，改变电源的频率就能改变转速进而达到改变风量的目的。变频调速器是一种比较理想的改变电源频率的装置，它通过改变电动机使用的电源频率而达到改变风量的目的。其工作原理是将三相工频电整流成直流电，用正弦波脉宽调制技术逆变为频率可在0～50Hz范围可调、幅度随之改变的三相交流电，再供电动机使用。 3.设计原理

风机是输出环节，转速由风机变频器控制，用以实现变风量恒压控制。风机变频器接受控制器的信号对风机进行速度控制，控制器综合给定信号与反馈信号后，经模糊控制算法调节，向风机变频器输出运转频率指令。压力传感器监测风口压力，并将其转换为控制器可接受的模拟信号，进行调节。

变频调速节能控制装置的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速范围大，精度高可实现无级调速，而且容易实现协制和闭环控制。由于可以利用原鼠笼式电动机，所以特别适合对旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单，可靠耐用，维修方便的优点，又能达到节电的显著效果，是风机交流调速节能的理想方法。 在控制上,一般根据现场实际情况,选用以下两种控制方式:

手动调节（即开环调节）系统组成

采用手动控制时，可以根据生产对风压和风量的需要，调节变频输出频率，改变风机的转速达到生产需要的风压，使风量满足工艺要求。 自动调节（即闭环控制）系统组成。

自动控制系统在手动控制系统的基础上增加PID 调节器和压力传感器。利用变频器自带PID调节功能达到调节目的，风压传感器即时检测风管的风压并转化为4-20mA电流信号，送入变频器，设定给定风管风压值、PID参数值。当风道风压高于设定风压时，经内置PID运算后控制变频器输出频率降低，从而控制风机的运行速度减慢，使风道风压减小，风量恒定；当风道风压低于设定风压时，经变频内置PID运算后控制变频器输出频率升高，从而控制风机的运行速度加快，使风道风压增加，风量恒定；系统参数可以在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。 4.变频调速器的选用:

变频调速的控制系统有3类：其一是磁通恒定控制法(V/F控制)，是以控制平均力矩为目的，保持逆变器输出的交流电压和频率之比为恒值；其二是转差频率控制法(s·f控制)，也是以控制平均力矩为目的，以异步电动机的转速角频率作为反馈信号与设定的转差频率相加，用来控制定子电流角频率；第三是矢量变换控制法，它是以控制瞬时力矩为目的。利用磁通反馈的方式进行控制。本系统风机应用交流变频调速，主要是为了节电，因此在动态响应性、静态精度等方面要求并不高，一般选用V/f控制系统的变频调速器就能满足要求。 5.使用变频调速的优势

1)启动平稳、调速精度高，频率调节偏差小，无大电动机启动时常有的大电流冲击电网现象，取消了风机电动机启动柜；具有完善的自我保护功能，能确保电动机不被烧坏。 2)电动机功率因数大大提高，无功损耗和风机房噪音明显降低。据测定，当变频器负载由51％提高到93％时，功率因数由0.增加到0.98；噪音由105dB左右降到85dB左右。 3)就平均来看，安装变频器的风机处于相对低速下运行，磨损较小，电动机和罗茨风机的寿命延长。

4)将风管压力显示装置引入变频器安装位置，有利于指导变频器对风机流量的调节。 5)保留原有控制系统，确保变频器检修时风机的正常运行。 五、系统构成

系统主要由风机变频调速装置和风管压力反馈装置构成，结构图如下：

变频调速系统拓扑图

风机调速控制原理主要是利用变频对电机的连续调节作用以及自带的PID调节功能，利用风管上安装的压力变送器采集的压力反馈信号，与设定的压力目标值进行对比，经内部PID运算后，对电机的输出频率进行连续调节，从而改变风机电机的转速，以大到调节风量的目的。最终经连续自动调节后，使风机的供风量趋近于设定目标值并保持恒定。

本系统采用手动调速方式，即通过观测压力反馈值，人工调节变频输出频率，从而达到调节风机风量目的。

原有控制设备建议保留，在变频设备检修时作为备用系统投运，以保证生产正常运行。 六、设备选型

本系统采用ABB510系列变频，该变频已在原有部分设备上有过成功改造，因电机距离变频控制柜较远，且控制室电子设备较多，变频干扰较大，在变频输出端应加入一电抗器。 因需要与原中控系统连接，变频的起停与调速是在操作界面上完成的，因此变频安装好后，系统上要增加一开关量和模仪量点，以满足变频控制要求。

设备名称 变频器 电抗器 扩展模块 程序调整 柜体（含低压电器）

正原电子有限公司

2008-4-21

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