空气悬浮风机变频调速节能原理_空气悬浮风机

空气悬浮风机变频调速节能原理：AERZEN——EXPECT PERFORMANCE！德国家族企业，150余年专业专注风机研发制造

　　根据P-V图表所示，图中的“f-d-c-a-f”过程为常规空气悬浮风机的工作过程，其面积即为常规空气悬浮风机工作过程所需的功耗；图中的“f-d-b-a-f”过程为Delta Hybrid S和H系列的工作过程，其组成的图形面积即为所需的功耗。

　　而从图表中的面积即可看出，图中“b-c-d”所形成的面积即为节省的能耗。将相同气量的气体介质提升至压力相同的情况下，Delta Hybrid S和H系列的工作过程中所需的功耗远小于常规空气悬浮风机的功耗。尤其是在较高压力段的工况下，其效率将极大的提高。

　　我们可以通过一个简单的对比案例证明上述理论的准确性：从两张性能曲线图表中可以看出，在相同流量（55m3/min）和压力（1000mbar）的工况下，螺杆风机（D62S）的轴功率为93KW，而Aerzen的空气悬浮风机（GM60S）的轴功率为114KW，降低了20KW的功耗。同时，由于螺杆风机的压缩效率提升，其用于转化为热量的能耗也随之降低，所以其排气温升也相应降低。

　　当然不同的现场工况下，空气悬浮风机和螺杆风机都有其独特的性能优势，浙江奔眀沃机械科技有限公司可根据您的现场工况及需求，为您量身定制一份完美的节能方案！

空气悬浮风机变频调速节能原理：空气悬浮风机的变频节能改造

　　原标题：空气悬浮风机的变频节能改造

　　山东锦工有限公司是一家专业生产空气悬浮风机、磁悬浮风机、回转式鼓风机等水产养殖曝气设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱磁悬浮风机、水冷磁悬浮风机、油驱磁悬浮风机、低噪音磁悬浮风机，赢得了市场好评和认可。产品和服务远销全国各地及东南亚，深受客户好评。

　　某卷烟厂除尘房主要负责生产车间机台除尘和烟丝风送，由除尘系统和集尘系统组成，系统采用布袋式除尘器，采用集中集尘并由负压输送至压尘机处理。其中集尘器的负压由两台22KW的空气悬浮风机提供，一台用于制丝线集尘，一台用于卷包线集尘。原风机额定功率的设计选型是根据工艺的最大流量来选择的，按当时的设计思路，风机的选型一般在满足工艺负荷工作条件下还要增加一定的裕量。但实际运行中，工艺的运行参数随各种因素而发生变化，往往实际运行负荷要比设计的最大流量小得多，造成能源浪费的情况。二、问题的提出根据本系统的运行数据统计，空气悬浮风机实际使用的功率也仅为额定功率的70%--75%左右。，即所消耗的电能有20%～25%被浪费掉。因此，对磁悬浮风机进行节能改造有着显著的经济和环境效应。三、节能改造方法的确定空气悬浮风机属容积回转式风机，其工作特点是当转速一定而压力在允许范围内加以调节时，流量的变动甚微，转速和流量之间保持正比的关系。采用旁路调节法不能改变磁悬浮风机的吸气量，所以风机始终在满负荷下运行，无法节能。而改变转速，使风机吸气量发生变化，其功率消耗也随之改变。所以，对磁悬浮风机进行变速调节就可达到节能的目的，而调速方法也较多。若改为变频调速方式调节风机风量，即能减少风机电耗的浪费。一）磁悬浮风机变转速工作特性1、流量特性磁悬浮风机的理论流量与转子转速的关系式为磁悬浮风机的实际流量为由式（1）和式（2）可知，对每一台具体的磁悬浮风机，其叶轮外径、长度和面积利用系数都是一个定值，当可忽略容积效率的变化时，磁悬浮风机的流量正比于转速。2、功率特性磁悬浮风机的轴功率为由式（1）和式（3）可知，当磁悬浮风机转速n变化时，其轴功率与转速成正比。3、 转矩特性磁悬浮风机的转矩为由于磁悬浮风机的轴功率与转速成正比，因此由式（1）可知，当转速变化时，转矩不变，即磁悬浮风机属于恒转矩运行。二）变频调速的工作原理变频器调速的原理是将交流顺变成直流，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流变成不同频率的交流电，使电机获得无级调速所需的电压和频率，从而直接改变和控制电机的输出轴功率。空气悬浮风机的驱动采用交流三相异步电动机，其转速与电源频率的关系为[3]由式（1）可知，转速与频率成正比，只要改变频率即可改变电动机的转速，当频率在0～50Hz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。因此，决定采用变频调速技术对磁悬浮风机进行技术改造，不但可达到节能目的，同时也可提高装置的自动控制水平。四、空气悬浮风机的变频改造一）、硬件设计1、变频器的选用根据电机容量，选用丹佛斯FC300变频器。丹佛斯FC300系列变频器的优点：（1） 调速范围广，机械特性硬，精度高，运行可靠；（2） 磁通―电流控制（FCC）功能改善动态响应特性，并且优化电动机的控制；（3） 控制不同的负载，具有相应的V/F特性；（4） 变频器的PID调节器具有较高的品质（参数自整定）可用于简单的过程控制；（5） 快速电流限制功能（FCL），避免运行中不应有的跳闸；（6）可实现电动机的过压、欠压、过热等功能。2、变频器控制与调节变频器可通过在控制柜门“远程/本地”开关的切换实现“远程控制”与“本地控制”。“远程控制”是在主控室内上位机与变频器进行数据通信，操作人员可通过触摸屏的画面对风机和变频器的工作电流、频率、转速以及启动、停止、故障等状态进行实时监控。同时操作人员根据工艺或外界条件的变化，通过改变变频器的频率来调节转速。另外，在风机房内还装有一个本地控制的机旁操作箱，在风机出现故障时可在电机旁进行操作。为了保证生产的连续运行，在变频器出现故障后，可将故障变频器通过旁路柜隔离，风机电动机可切换为工频运行或启、停控制。二）、PLC与变频器通讯的实现原除尘系统的配置为：1套PLC主站（S7-300，315-2DP），1个MP 270触摸屏，现将两台空气悬浮风机的Danfoss FC300变频器通过现有的PROFIBUS-DP网络进行PLC和变频器的通讯，变频器通过PROFIBUS-DP来实现电机的启/停和调速控制，并把变频器的实际运行状态通过PROFIBUS网络输送并显示在触摸屏MP 270，从而达到对空气悬浮风机的运行控制目的。五、系统调试及运行效果一）系统改造后的调试完成空气悬浮风机变频器改进安装后，并投入系统运行前的调试，目的主要是检查所选择的变频器性能、改进方案的功能是否达到设计要求以及满足实际生产需要。经调试，变频器性能运行非常稳定，达到设计要求。二）运行效果变频器经过一个月试运行及投入正常使用后，从实际运行来看，变频运行状态比较稳定，满足设计要求，系统稳定可靠。设备方面由于变频具有软启动功能避免了电机启动时对电机的冲击损害，转速的降低，对风机的叶轮、轴承等寿命得以延长，设备运行状况良好。1、节能效益制丝集尘风机的运行实际工频大约为42HZ，工作电流为32A；卷包集尘风机运行实际工频大约为40HZ，工作电流为34A。根据测定数据可计算有功功率，其公式：P=1.732×U×I×cosα改造前：P1=1.732IV cosα=1.732×380×45×0.85=25.17kW制丝集尘改造后：P2=1.732×380×32×0.85=17.90KW卷包集尘改造后：P3=1.732×380×34×0.85=19.02KW每小时节电P节约=2× P1- P2- P3=13.43kW车间每天两班生产，工作时间16小时，一个月生产天数20天，一个月可节约电能4296.47 kW。2、设备影响（1） 避免了电动机启动时对电机的冲击损害及对电网的冲击；（2） 提高了空气悬浮风机的自动控制能力；（3） 减少了空气悬浮风机及其消声器等的机械振动、噪声和冲击；（4） 由于转速的降低，空气悬浮风机的叶轮、轴承等寿命得以延长。六、结束语变频器控制技术用于空气悬浮风机控制达到显著的节电效果，提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，经济效益十分明显。

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空气悬浮风机变频调速节能原理：空气悬浮风机采用变频节能的研究

　　原标题：空气悬浮风机采用变频节能的研究

　　山东锦工有限公司是一家专业生产磁悬浮风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱空气悬浮风机、水冷空气悬浮风机、油驱空气悬浮风机、低噪音空气悬浮风机，赢得了市场好评和认可。

　　空气悬浮风机设备通常在现代工业生产、产品加工、污水处理等制造业中主要配合锅炉燃烧系统、冷却系统、烘干系统、曝气系统、通风系统等大型机器共同应用。根据不同的生产需要，结合传统的风门、挡板、阀门的控制方案，对炉膛内压、风速、风量等指标进行控制及调节，以适应工艺要求和运行工况。在整个过程中，磁悬浮风机都必须不间断的全速运转，这将导致大量的能源浪费以及设备损耗。如何精确的控制能量在整个过程中的分配和流失情况则显得至关重要。

　　变频器驱动技术的实现为我们带来了福音，它具有很高的节能空间。 目前，许多国家均已将变频调速装置用于指定流量压力控制，传统方式受到挑战，进而有取而代之的趋势。中国国家能源法第29条第二款也明确规定空气悬浮风机泵类负载应该采用电力电子调速。《中华人民共和国节约能源法》第39条就把空气悬浮风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行列为国家通用技术加以实施和推广，是我国节能的一项重点推广项目，受到国家政府的普遍重视。如在现代高参数、大容量电站中，泵与空气悬浮风机常采用变速调节。在现代工业生产中，空气悬浮风机、泵类设备应用范围广泛，其电能消耗不容忽视，是一笔不小的生产费用开支，有数据显示，设备各种损耗占到生产成本的 7%～25%。随着经济大环境的改变，市场竞争的不断加剧，节能降耗早已成为企业降低生产成本、提高产品质量的重要措施之一。因此，推广交流变频调速装置迫在眉睫，被公认为最有发展前途的调速方式。

　　1、存在的问题和原因

　　在企业生产中，磁悬浮风机的应用很普遍。传统的节流方式主要采用导流器(风门)进行，导致空气悬浮风机运行效率不高，造成巨大的能源浪费，并且空气悬浮风机维护、维修的费用也提高了企业的生产成本。企业使用的空气悬浮风机一般为容积式风机。风量的控制主要依靠空气悬浮风机入口的电机转速来调节，不但造成大量的能源浪费，而且空气悬浮风机运行时振动大、噪音高，设备炉膛内负压不稳定，容易发热等。因为实际生产过程中用汽量较小，锅炉鼓风、引风控制一般采用接触器控制，而相应的频繁启停，导致相应能源浪费和运行不稳定等突出问题。

　　当空气悬浮风机采用风门 (入口导流器)调节时，随着导流器角度的增大(即风门开度减小)，流量减小的同时空气悬浮风机的效率降低，尤其在导流器角度较大(风门开度较小)时空气悬浮风机效率大大下降。可见，调速空气悬浮风机效率高是空气悬浮风机变频调速节能的最主要原因。因此，空气悬浮风机的节能改造是势在必行的。空气悬浮风机节能改造的必要性主要表现在传统系统采用工频运行，利用主管路的阀门开度进行风量调节，尽管该法能够使电动机达到驱动要求，但剩余的力矩又增加了设备有功功率的损耗，在造成电能的浪费的同时，对生产调节具有很大的滞后作用，使整个工艺的运行处在不稳定状态。

　　2、空气悬浮风机采用变频节能的原理

　　目前，由于空气悬浮风机设备大多数采用异步电动机直接驱动的方式，存在诸多缺陷，如启动电流过大、电气保护特性差、机械冲击等。当电机负载过大时，不仅设备使用寿命受到影响，而且还造成机械故障，时常出现泵损坏或者电机发烫烧毁的现象。

　　近几年来，针对节能的迫切需要和以及企业对产品质量要求的不断提高，一种新型的设备开始流行，这就是变频调速器（简称变频器）。变速调节是在管路性能曲线不变时，用变速来改变空气悬浮风机的性能曲线，从而改变他们的工作点。其特点是易操作、控制精度高、免维护、高性能。随着变频器驱动的运用，传统的风门、挡板、阀门的控制方案逐渐被其取代。

　　变频调速技术的基本原理是在其他条件不变时，改变异步电动机定，子端输入电源频率进而改变电动机转速。根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60（f1- s）／p，（式中 n、f、s、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。频调速效率高，调速范围广，特别适合长时间在低速下运行的工况。

　　3、采用变频调节的节能分析

　　根据流体动力学的知识可知，对于空气悬浮风机存在如下关系：

　　Q∝n ①；p∝T∝n2②；P∝T?n∝n3③

　　式中：Q，p――分别为风量，风压；n，T――分别为转速，转矩；P――轴功率。

　　从式①中可看出，空气悬浮风机的风量和转速成正比，风压与转速的2次方成正比，而轴功率与转速的3次方成正比。当需要的风量降低时，电机转速的改变量在理论上其能耗将以其3次方的速率下降。与此同时，在空气悬浮风机转速降低的过程中，轴功率应以转速的3次方的速率降低，相应的驱动空气悬浮风机的电动机所需的电功率也将降低，可见调节转速是空气悬浮风机节能的重要途径。

　　普通空气悬浮风机的功率因数范围在 0.6- 0.7，使用了变频调速装置以后，由于变频器内部滤波电容的作用，进而降低了无功损耗，而相反的增加了电网的有功功率。使用变频节能装置后，通过变频器上的软启动功能可以使启动电流从零开始，并把电流限制在额定电流以内，这样缓解了其对电网的冲击以及对供电容量的要求，从而延长了设备及阀门的使用寿命。刘长军等人通过实践证明，变频器运用于空气悬浮风机类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的、高效的调速控制方式。不仅提高了设备的使用效率，又跟得上企业生产工艺要求。与此同时，又大大减少了设备维护及维修的费用，降低了停产周期，十分明显的提高了企业经济效益。

　　4、改造措施和效果

　　随着企业用电负荷的大范围增加，引空气悬浮风机的风量需要随着用电负荷的变化而变化，然而由于经常在工频状态下的低效率运行，致使大量的能量在风道挡板上浪费流失了。因此，采用高压变频技术对空气悬浮风机进行变频改造就显得格外的迫切。张维，杨春等人在研究了锅炉鼓引空气悬浮风机的变频节能改造后提出：空气悬浮风机、引空气悬浮风机变频改造后，运行效果良好，主要表现在①噪音与振动减小；②运行安全稳定性更高；③节约能源，降低成本，包括节能节电。王永辉等人在研究了变频技术在污水处理厂空气悬浮风机上的应用的过程中提出有关空气悬浮风机变频系统的改造方案。其中包括①在空气悬浮风机上装设闭环控制方式的变频系统；②在原工频系统保留的基础上结合变频器相互作用；③采用本地、远程控制相结合的监控措施；④设置远程控制和故障报警系统，保证生产工艺的方便性、安全性。胡炫，朱虎，杨志等人在研究了高压变频器在发电厂引空气悬浮风机上的应用与节能分析中指出：空气悬浮风机在变工况运行中，调节深度愈大，节能效果愈显著，变频调速曲线最接近理想曲线，其运行能耗最低，节能效果最佳。他们提出在大功率设备上应用ASD6000S系列高压大功率变频器进行空气悬浮风机技术改造，取得了明显的节能效果。ASD6000S系列高压大功率变频调速系统是由多个功率模块串联起来，通过叠加了多个低压功率模块的输出而汇总得到高压输出，具有谐波小、可靠性高等技术特点。

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空气悬浮风机变频调速节能原理：磁悬浮风机系统中变频调速装置的应用

　　山东锦工有限公司是一家专业生产磁悬浮风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱空气悬浮风机、水冷空气悬浮风机、油驱空气悬浮风机、低噪音空气悬浮风机，赢得了市场好评和认可。

　　一、磁悬浮风机改造与节能降耗

　　通过对磁悬浮风机恒速运动实际情况的记录分析，磁悬浮风机系统运行规律如下：最大负荷时的风量为1600m3/h，电机的电流为38A，运行时间1个月；一般负荷的风量为950m3/h，电机的电流为36A，运行时间9个月；最低负荷时的风量为500？m3/h，电机的电流为18A，运行时间2个月。由此可以看出，对于该磁悬浮风机来说，最大负荷也不到额定负荷的一半，当风量下降时，用调节管道风门的方法来改变风道阻力，使功率下降不多，耗能仍很大，风机在恒速下调节风门时的风压-风量（H-Q）特性，恒速下调节风门时的功率-风量（P-Q）特性，管网风阻（R-Q）特性。假设风机在设计时工作在A点效率最高，输出风量Q1100%。此时，轴功率P1与Q1、H1的乘积面积AH1OQ1成正比（AH1OQ1为耗能），根据生产工艺要求，当风量需从Q1减少到Q2（例如50%风量）时，如采用调节风门的方法调整风量，相当于增加了管网阻力，使管网阻力特性产生变化，系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行，尽管此时风量由Q1减小到Q2，但风压反而由H1增加到H2，轴功率P2与Q2、H2的乘积面积BH2OQ2成正比，功率的减少并不多，可见耗能仍然很大。采用电气传动调速装置来调节空气悬浮风机电动机的转速是实现经济地调节风量、有效节能的最佳方法。我们选用变频调速装置对磁悬浮风机系统进行了改造，将电机恒速运行改为按负荷变化的变速运行，得到风机合适的功率输出，从而达到了节能降耗的目的。

　　二、磁悬浮风机变频调速节能原理

　　即改变频率可改变电机的转速。当改变空气悬浮风机的转速，由额定转速n1调整到某一转速n2时，理论上风量、风压及轴功率变化的关系如下：Q2=Q1（n2/n1），H2=H1（n2/n1）2，P2=P1（n2/n1）3。可见，风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。可以看出当风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，在转速n2下的风压-风量特性如曲线5所示。可见，在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率P3（相当于面积CH3OQ2）明显减小，节省的功率损耗DP=P1-P2与面积BH2H3C成正比，节能效果十分明显。所以，采用改变风机转速的方法对风量和风压进行控制是最合理和经济的。

　　在磁悬浮风机系统中采用变频调速运行方式，不但可以根据负荷的变化自动调节风机的转速，而且可以降低生产成本，延长设备使用寿命。为节能降耗，减轻劳动强度，改善工作环境提供了新的选择。

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