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隨著變頻技術的成熟，變頻器在電氣傳動領域中應用越來越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機保護功能以及其特有的優(yōu)點是目前在工控領域其它無可比擬的。
一：改造原理
由流體傳輸設備水泵和風機的工作原理可知：水泵和風機的流量與其轉(zhuǎn)速成正比；水泵和風機的壓力（揚程）與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，而水泵和風機的軸功率等于流量與壓力的乘積，故水泵和風機的軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）根據(jù)上述原理可知：降低水泵和風機的轉(zhuǎn)速，那么其功率可以下降得更多。例如:將供電頻率由50Hz降為45Hz，則P45/P50=(45/50)3=0.729，即P45=0.729P50（P為電機軸功率）；將供電頻率由50Hz降為40Hz，則P40/P50=(40/50)3=0.512，即P40=0.512P50（P為電機軸功率）。
水泵和風機消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即N=KN3 N：為水泵和風機消耗功率；n：為水泵和風機運行時的轉(zhuǎn)速；K為比例系數(shù)。而水泵和風機設計是按工頻運行時設計的，但除高速外，大部分時間流量較小，由于采用了變頻技術及微機技術有微機控制，因此可以使水泵和風機運行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，最終達到節(jié)能的目的。實踐證明，使用變頻設備可使水泵和風機運行平均轉(zhuǎn)
速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達20%-40%。
因水泵和風機屬于典型的平方轉(zhuǎn)矩負載類型，所以其功率（軸功率），轉(zhuǎn)矩（壓力），轉(zhuǎn)速滿足以下關系（相似定理）：
P電=P軸=QH
Q’/Q=N’/N 則Q’=QN’/N
P’/P=(N’/N)3 則P’=P(N’/N)3
異步電機的轉(zhuǎn)速公式 n=60f(1-s)/p
式中：N、Q、H、P——水泵和風機的額定轉(zhuǎn)速，流量，軸功率
N’、Q’、H’、P’——調(diào)速后水泵和風機的額定轉(zhuǎn)速，流量，軸功率
在一定范圍滿足生產(chǎn)要求的前提下，可以通過改變轉(zhuǎn)速來靈活的調(diào)節(jié)水壓和流量，以方便均勻的沖洗工件，并且不改變工作周期。這種特性表明，調(diào)節(jié)水泵和風機轉(zhuǎn)速，改變電動機出力，使之始終滿足工藝要求。
綜上所述：利用變頻技術改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量和速度的變化用來取代傳統(tǒng)工頻電路的控制，能取得明顯的節(jié)能效果
二：現(xiàn)場工況和改造方案
現(xiàn)場為其中為一套清洗工件和烘干系統(tǒng)。清洗工作原理是：工件通過鏈條輸送，以一定的速度進入箱體入口，箱體兩側(cè)布滿管道噴射龍頭，噴頭在水泵的作用下，以一定的壓力和流量來清洗工件。工件不斷的向前推進，經(jīng)過近百米的清洗管道，最終清洗干凈達到產(chǎn)品要求，再從箱體出口處送入烘干系統(tǒng)。烘干系統(tǒng)為風機，通過風機流量的作用下來烘干工件，送入下一工作流程。
整個系統(tǒng)中有11臺清洗用水泵電機和12臺風機電機。由工藝要求可知，每一清洗階段和工件的不同所需清洗壓力和熱風流量也不盡相同，先前水泵和風機系統(tǒng)的流量與壓力是靠閥門和旁通調(diào)節(jié)來完成，又由于此系統(tǒng)為開環(huán)循環(huán)水系統(tǒng)，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量現(xiàn)象，不僅大量浪費電能，而且還造成清洗效果不佳的情況。為了解決這些問題，通過調(diào)節(jié)變頻器轉(zhuǎn)速，使水泵和風機隨著負載的變化調(diào)節(jié)水流量并關閉旁通，能使節(jié)能效果達到20%。
再因水泵和風機采用工頻起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3～4倍，在大的電流沖擊下，，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它設備的運行安全用電，也使接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現(xiàn)象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。
采用德力西CDI9000通用型系列變頻器
該產(chǎn)品的主要特點有：
1．空間電壓矢量控制技術。
2. 轉(zhuǎn)矩自動提升功能，低頻大轉(zhuǎn)矩輸出。
3. 載波頻率可調(diào)，靜音運行。
4. 控制方式多樣化，通用性強，多段速和程序運行功能。
5. 內(nèi)置剎車單元，快速停車。
6. 內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能，閉環(huán)控制簡單。
7. 內(nèi)置RS-485接口，可計算機聯(lián)網(wǎng)控制，也可以與DCS組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
8. 具有時間累計功能，可以顯示單次通電運行時間，累計運行時間。
9. 32位電機控制專用微處理器，頻率解析度高達0.01HZ。
根據(jù)現(xiàn)場工況分析，需每臺電機加裝一臺變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器面板上的旋鈕來控制電機轉(zhuǎn)速，輸出工藝所需要的流量和壓力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，達到節(jié)能效果。
三：系統(tǒng)改造后的性能：
（1）關掉旁路閥們，采用變頻器控制，在滿足使用要求的前提下達到了最大限度的節(jié)能（20%）。 下圖繪出了閥門控制調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速控制兩種狀態(tài)的水泵和風機功率消耗——流量關系曲線。
上圖顯示了變頻器控制和閥門控制水泵和風機所消耗的不同功率，從上圖總我們可以清楚的看出在水泵和風機流量為額定的60％時，變頻器控制與閥門控制相比，功率下降了60％；所以水泵和風機僅僅依靠閥門控制是遠遠不夠的，進行變頻器控制的節(jié)能改造是十分必要的。
對于水泵和風機來說，流量Q與轉(zhuǎn)速N成正比，揚程H與轉(zhuǎn)速N的二次方成正比，而軸功率與P與轉(zhuǎn)速N的三次方成正比，下表列出了它們之間的關系變化：
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水泵和風機轉(zhuǎn)速N% |
運行頻率F(Hz) |
水泵和風機揚程H% |
軸功率P％ |
節(jié)電率％ |
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100 |
50 |
100 |
100 |
0 |
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90 |
45 |
81 |
72.9 |
27.1 |
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80 |
40 |
64 |
51.2 |
48.8 |
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70 |
35 |
49 |
34.3 |
65.7 |
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60 |
30 |
36 |
21.6 |
78.4 |
從上表中可見用變頻調(diào)速的方法來減少水泵和風機流量進行節(jié)能改造的經(jīng)濟效益是十分顯著的，當所需流量減少，水泵和風機轉(zhuǎn)速降低時，其電動機的所需功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降；
當水泵和風機轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的10%即F=45Hz時，其電動機軸功率下降了27.1%，水泵和風機節(jié)電率為27.1％；
當水泵和風機轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的20%即F=40Hz時，其電動機軸功率下降了48.8%，水泵和風機節(jié)電率為48.8％；
當水泵和風機轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的30%即F=35Hz時，其電動機軸功率下降了65.7%，水泵和風機節(jié)電率為65.7％；
當水泵和風機轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的60%即F=30Hz時，其電動機軸功率下降了78.4%，水泵和風機節(jié)電率為78.4% ；
水泵和風機節(jié)電率的計算：
計算公式：冷凍和冷卻水泵和風機節(jié)電率=[1－（變頻器運行頻率÷50Hz）3]×100%
例如：水泵和風機轉(zhuǎn)速降低10％，即變頻器運行頻率＝45Hz
水泵和風機節(jié)電率＝[1－（45Hz÷50Hz）3]×100%＝27.1％
整個系統(tǒng)總功率為141.5KW，如每天工作8小時，電費按每度0.70元計算，負載系數(shù)為0.75，那么每年的可節(jié)約電費支出：
141.5×8×365×0.7×0.75×27.1％=58785元
（2）由于降速運行和軟啟運，減少了振動、噪音和磨損，延長了設備維修周期和使用壽命，提高了設備的MTBF（平均故障維修時間）值，并減少了對電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。
（3）系統(tǒng)具有各種保護措施，使系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率和安全可靠性大大提高。 德力西變頻器公司除為用戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品外，并且提供相關系統(tǒng)集成、安裝指導、調(diào)試和售后服務。我們的產(chǎn)品已經(jīng)在全國各行各業(yè)有普遍的應用，下面是我公司產(chǎn)品在相關行業(yè)的業(yè)績：
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