南京瑞牛电气技术有限公司

应用范围：其它

产品系列：-

额定电压：其它 V

射流风机工况分析

射流风机参数如下：

总输入电功率：1340Kw

年平均耗电量：  (按350天，每天运转20小时计算)

1340×O．85×20×350=7973000度／年  电价0．72元／度

年总耗电为：574．06万元

一、   原系统改造的必要性

电机系统在设计过程中，需要考虑建设前、后长期工艺要求的差异和过载、重载启动、系统安全等因素，因此都留有一定的余量。这些电动机大多在满负荷下运行，电能利用率低、耗电量过大，浪费严重。变频调速技术已成为节约能源及提高产品质量的有效措施。很多用户实践的结果证明，节电率一般在10% ~ 30%，有的高达40%，变频调速技术作为高新技术、基础技术、和节能技术，已经渗透到经济领域的所有技术部门中。 

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。交流电动机的同步转速表达式：

n＝60 f(1－s)/p (1)

式中：　 n———异步电动机的转速； f———异步电动机的频率；

s———电动机转差率； p———电动机极对数。

由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f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。

采用变频器进行变频调速，可使电动机回到高效运行状态，是最佳的调速和节能方式。变频器通过降低电机转速减少输出功耗，实现按需供能。用于风机平方律特性负载，可达到50%的节能率；设备的转速降低后，可减少磨损，延长使用寿命，节约电能，获得可观的间接经济效益。使用变频器进行交流变频调速，取代变极调速、滑差调速、整流子电机调速、液力偶合调速、串极调速及直流调速等落后的调速方式，并与PLC上位机、CO传感器等进行配合，可以实现高精度控制，提高通风效率，有效节能，使隧道空气质量明显改善。

二、原系统控制特点和存在的缺点

l：电机软启动控制，工频运转，造成电能浪费较大：

2：系统流量控制精度不高；

3：电机启动电流大，对电网冲击较大；

4：对机械设备冲击较大，造成设备维修率提高；

5：运行噪声大，设备发热量大。

6  ：不能随隧道内CO浓度的变化进行自动控制转速和停止开启。

鉴于这种情况，我们对复兴东路隧道射流风机电气控制系统进行立项节能改造，采用变频器控制，根据传感器对隧道内CO浓度实际检测情况进行风机转速调节，确保通风条件、空气质量良好的状态下，最大提高节能效果。

三、变频改造后的优点：

l：电机无级调速，运行平稳；

2：软启动，电流冲击小，电网负荷减轻；

3：调速精度高，有利于通风质量的提升；

4：设备维护周期延长，降低停机故障率；

5：低噪音，有利于环保；

6：节电：优化的节能控制软件，实现节电20％-50％，实现绿色用电；

7：控制灵活：可自动、手动选择工作方式；

8：自我保护功能完善：能延长电机和机械的使用寿命和维护周期。

四、改造方案

在原电机与开关之间增加一套变频装置，并保留了原有软启动控制做旁路，变频装置通过隧道CO传感器实际检测情况进行风机转速调节和自动开启、停止，确保通风条件、空气质量良好的状态下，最大提高节能效果，从而达到节能降耗的目的。

其电路结构图如下图所示。

图中，变频器采用迅磊变频器制造有限公司生产的XL0037A4-V2.02变频器，它是该系统的核心。变频器的输出电压为0～380V，输出频率为0～70Hz。在实际使用中，变频器上限频率设置为60Hz。它由高性能数字处理器DSP控制，功率元件采用西门子模块，具有输入、输出波形好，谐波小等优点。XL0037 A4-V2.02变频器保护功能齐全，包含了过压、过流、欠压、缺相、短路、过热、瞬时停电保护等，能有效地保护电机及自身装置，并且可查询出现故障时各参数变化的记录，大大地简化了维护的工作量。

变频器采用高精度PID计算调节电位来给定输出频率，根据隧道CO传感器需要的风量进行自动调速。CO传感器设置了低通滤波器以提高传输精度。CO传感器通过端口的输入信号作为现场监控并使变频器有效进行频率变换。由于采用了电气互锁装置，使系统不会出现误操作等意外事故。在隧道通风系统中，最基本的控制对象是流量，通风系统的基本任务就是要：满足隧道在车流量变化时，监测隧道污浊气体的浓度。通过PID计算，调节变频装置的输出频率，改变射流风机的运转速度需求。目前，采用的气体浓度控制方式有现场二氧化碳浓度传感器直接检测，输出4—20mA标准信号。

低压变频器则根据传感器反馈的信号，自动调节变频器的输出频率与电压，从而改变射流电机的转速，使隧道内空气浓度维持在需要保持的恒定值。在保证隧道内的循环气流量和空气质量的情况下，也起到了节能作用，大大降低了射流风机的耗电量。

设计方案一：

   在原控制系统中将软启动器更换成变频控制器，不改变原系统控制方式，便于操作人员正常操作。但同时此方案存在以下缺点：

l：原2#控制柜元器件位置将做很大改动，现场安装施工工作量较大

2：原系统中的工频旁路与变频控制方式产生冲突，会造成变频输入输出短路故障

3：变频器故障后，备用软启动功能丧失，工频直接启动不利于设备安全

4、原2#控制系统柜不具备三防设计（防尘，防潮，防水），将增加设备的维护成本

设计方案二：

不改变原控制系统，增加一个独立的变频控制柜(安装尺寸通过实际测量确定) 此方案与方案一对比优缺点如下：

1：保留原软启动控制柜，新增加一只独立变频控制柜

2：原系统功能保留，通过转换开关来切换工作方式，操作简便

3：改造后具有双回路后备功能，提高整个系统的可靠性，运行的安全性

4：变频控制柜具备三防设计(防尘，防潮，防水)，延长设备的维护周期及降低维护成本

5：设备一次投入成本将略高于改造方案一

五、采用变频器改造的节能效果

(1、)射流风机编号：63(30kw)的运行数据如下表所示：  

风机具体参数为：频率50Hz，电压380V，2P，额定电流59A，电机功率30Kw。

变频改造前后的数据对比如下：

节能估算条件：是按一年运转时间进行比较，变频运行取节电率中间值估算。

根据以上数据计算，以0．6元／kwh的电费，按以下计算公式汁算：

年节电效益：=(工频时平均功率-变频时平均功率)×天运行小时数×年运行天数×电费单价；结果如下：

    (25kW-18kW)×20小时／天×350天／年×O．72元／kwh=：3．53(万元／年)

3.53(万元／年)×20台=70.6(万元／年)

(2、)射流风机编号：100(37kw)的运行数据如下表所示：

   风机具体参数为：频率50Hz，电压380V，4P，额定电流63A，电机功率37Kw。

变频改造前后的数据对比如下：

节能估算条件：是在同一时间段内进行比较，变频运行取中间值估算。

根据以上数据计算，以0．72元／kwh的电费，按以下计算公式计算：

   年节电效益：=（工频时平均功率-变频时平均功率)×天运行小时数×年运行天数×电费单价；结果如下：

    (30kW-20kW)×20小时／天×350天／年×0．72元／kWh=5.04(万元／年)

  5.04(万元／年)×20台=100.8(万元／年)40台射流风机年平均节电：

合计：70.6+100.8=171.4(万元)