关键词：多电平 高压变频器

一.除尘风机工艺要求

　　邯郸钢铁团体一炼钢1#和2#两个混铁炉，当混铁炉既不兑铁也不出铁时不需要风量；当混铁炉工作时，一个兑铁口兑铁需要风量35万m3/h；一个出铁口出铁需要风量15万m3/h；两台炉出铁口同时出铁需要风量30万m3/h；当一台混铁炉的兑铁口和出铁口同时兑铁出铁时需要风量50万m3/h。两个混铁炉兑铁口不能同时打开，只能有一个兑铁口打开，两个混铁炉出铁口可以同时打开。
　　兑铁：由一台125t天车完成，铁水罐分为70t和100t两种规格，每罐兑铁时间为4-6min；
　　出铁：按三台炼钢转炉同时生产20炉/班计算，单台混铁炉出铁30罐/班，天天三班，每班八小时，单罐出铁时间1-2min，两次出铁周期最短为8min，每班出铁累计时间30-60min。

　　随着变频技术的成熟，变频器在电气传动领域中应用越来越广泛。其控制方式的多样性、完善的电机保护功能以及其特有的优点是目前在工控领域其它无可比拟的。  

　　一：改造原理 

　　由流体传输设备水泵和风机的工作原理可知：水泵和风机的流量与其转速成正比；水泵和风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵和风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵和风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）根据上述原理可知：降低水泵和风机的转速，那么其功率可以下降得更多。例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=（45/50）3=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz,屋顶负压风机，则P40/P50=（40/50）3=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。 

　　水泵和风机消耗功率与转速的三次方成正比。即N=KN3 N：为水泵和风机消耗功率；n：为水泵和风机运行时的转速；K为比例系数。而水泵和风机设计是按工频运行时设计的，但除高速外，大部分时间流量较小，由于采用了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使水泵和风机运行的转速随流量的变化而变化，最终达到节能的目的。实践证明，使用变频设备可使水泵和风机运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。 

　　因水泵和风机属于典型的平方转矩负载类型，所以其功率（轴功率），转矩（压力），转速满足以下关系（相似定理）： 

　　P电=P轴=QH 
　　Q’/Q=N’/N 则Q’=QN’/N 
　　P’/P=（N’/N）3 则P’=P（N’/N）3 
　　异步电机的转速公式 n=60f（1-s）/p 
　　式中：N、Q、H、P??水泵和风机的额定转速，流量，轴功率 
　　N’、Q’、H’、P’??调速后水泵和风机的额定转速，流量，轴功率 

　　在一定范围满足生产要求的前提下，可以通过改变转速来灵活的调节水压和流量，以方便均匀的冲洗工件,通风除尘，并且不改变工作周期。这种特性表明，调节水泵和风机转速，改变电动机出力，使之始终满足工艺要求。 

　　综上所述：利用变频技术改变电机转速来调节流量和速度的变化用来取代传统工频电路的控制，能取得明显的节能效果 

　　二：现场工况和改造方案 

　　现场为其中为一套清洗工件和烘干系统。清洗工作原理是：工件通过链条输送，以一定的速度进入箱体入口，箱体两侧布满管道喷射龙头，喷头在水泵的作用下，以一定的压力和流量来清洗工件。工件不断的向前推进，经过近百米的清洗管道，最终清洗干净达到产品要求，再从箱体出口处送入烘干系统。烘干系统为风机，通过风机流量的作用下来烘干工件，送入下一工作流程。 

　　整个系统中有11台清洗用水泵电机和12台风机电机。由工艺要求可知，每一清洗阶段和工件的不同所需清洗压力和热风流量也不尽相同，先前水泵和风机系统的流量与压力是靠阀门和旁通调节来完成，又由于此系统为开环循环水系统，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量现象，不仅大量浪费电能，而且还造成清洗效果不佳的情况。为了解决这些问题，通过调节变频器转速，使水泵和风机随着负载的变化调节水流量并关闭旁通，能使节能效果达到20%。 

　　再因水泵和风机采用工频起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，在大的电流冲击下，，会影响电网的稳定及其它设备的运行安全用电，也使接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。 

　　采用德力西CDI9000通用型系列变频器 

　　该产品的主要特点有： 

　　1．空间电压矢量控制技术。 
　　2. 转矩自动提升功能，低频大转矩输出。 
　　3. 载波频率可调，静音运行。 
　　4. 控制方式多样化，通用性强，多段速和程序运行功能。 
　　5. 内置刹车单元，快速停车。 
　　6. 内置PID调节功能，闭环控制简单。 
　　7. 内置RS-485接口，可计算机联网控制，也可以与DCS组成闭环控制系统。 
　　8. 具有时间累计功能，可以显示单次通电运行时间，累计运行时间。 
　　9. 32位电机控制专用微处理器，频率解析度高达0.01HZ。 

　　根据现场工况分析，需每台电机加装一台变频器，通过调节变频器面板上的旋钮来控制电机转速，输出工艺所需要的流量和压力，提高产品质量，达到节能效果。  

　　三：系统改造后的性能： 

　　（1）关掉旁路阀们，采用变频器控制，在满足使用要求的前提下达到了最大限度的节能（20%）。下图绘出了阀门控制调节和变频调速控制两种状态的水泵和风机功率消耗??流量关系曲线。 

　　上图显示了变频器控制和阀门控制水泵和风机所消耗的不同功率，从上图总我们可以清楚的看出在水泵和风机流量为额定的60％时，变频器控制与阀门控制相比，功率下降了60％；所以水泵和风机仅仅依靠阀门控制是远远不够的，进行变频器控制的节能改造是十分必要的。  

     风机盘管是集中式空调系统中广泛使用的末端设备。风机盘管的合理选用不仅直接影响空调效果，也是保证系统正常运行和降低空调能耗的重要环节，尤其是在高精度或有严格工艺要求的场合，更须合理的送风参数。送风和供冷（热）是风机盘管的基本功能。“风”是“冷”的媒介和载体，它直接影响供冷量、送风温差、换气次数以及室温梯度和波动幅度，即决定了空调精度和舒适性的好坏。因此，保证足够的风量是实现预期空调效果的先决条件。需要指出的是，这里所说的风量是机组在正常使用时的实际送风量。

    根据房间净空间体积和最低换气次数的要求，可以求出最低送风量。对高精度工艺性空调，风量校核是选型计算中必要程序。在选用国产风机盘管时，不能根据计算结果，按其样本参数选型，因为国产风机盘管的样本所列的名义风量要高于实际风量。

    我国原机械工业部行业标准《风机盘管机组》JB/T4283-91中规定：名义风量必须在盘管不通水、空气进出口静压差为零的特定工况下进行测定。但是，风机盘管的实际使用条件显然不同于测试条件：实际使用中，暗装机组往往还宜加装进、回风格栅，过滤器和短风管，加上盘管表面冷凝水、积尘和滤网堵塞等许多因素的影响，都会导致风阻增大、风量下降。明装式机组同样也存在风量下降问题，只是下降幅度较小而已，所以国产风机盘管的实际风量必然要低于名义值。而风量的不足，又将引起冷量下降，进而形成机组实际性能（风、冷量）都要低于名义值的现象，从而使空调系统达不到原设计效果。近几年来，我国风机盘管在结构形式、传热效率、室内空气品质、噪音和自动控制等方面都采用了一些先进的技术，取得了一些明显的成果，大大提高风机盘管机组的性能。但是与国外的先进产品相比，在各个方面我们都还有不小的差距。国产风机盘管的名义参数在实际使用条件下是不可再现的，因此不能作为选用产品的依据。我国行业标准以及各厂家样本中给出的名义参数对暗装机组来讲，实际上是没有意义的。因为其正常使用时，冷工况风量要比名义风量低20%-30%，长期运行的机组甚至低50%以上。

    国外风机盘管样本中，一般会给出不同机外静压下的风量及供冷量，以方便用户选用。有些国外简明样本虽然仅给出名义风量，但其含义不同于我国标准规定，其一般是指一定机外静压下的风量值，所以名义风量相近的国外风机盘管，风量会比国产机组高出20%-50%。

    同样需要说明的是，使用国外简明样本时，须注意国外各公司往往执行不同的标准，名义风量的含义也会存在某些差异。所以选用时，最好依据数据齐全的最新样本，或要求供货厂家提供产品在不同机外静压下的风量及冷量值，以确定可靠性。加之风量不仅能够增加换气次数，降低送风温差，改善空调效果，因为冷量相应提高，所以还可以缩小机组体积。因此，国外风机盘管的体积和重量，一般都要小于国产风机。提高机外静压和风量，是风机盘管的发展方向。当然，风量的提高也要受空调区允许风速的制约。下面是国内几个品牌的风机盘管性能比较表