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变频调速器的应用 电气自动化071 姬帅 【摘要】化工厂的设备负荷是多变的。如果风机、水泵按照固定的转速，不能随化工负荷的变化而变化，必将造成浪费电能或化工负荷突变而烧毁或损坏机械设备。 本设计利用变频调速器，使风机、水泵随时都将随化工负荷的变化而变化，改善设备的起动和运行特性，减少机械磨损，提高经济效益。 【关键词】变频器 风机 节能 一、指导思想和依据 （一）指导思想 培养学生创新精神和技术应用的能力，通过毕业设计环节的训练，能使学生灵活、正确地应用所学的理论知识，联系实际独立地完成设计项目工作，以全面检验学生分析问题、解决问题的能力。 （二）依据 本设计依据南化氮肥厂合成氨车间二台氮气鼓风机，它是合成氨系统中补充氮气的重要设备。正常情况下一台运行一台备用。只有大检修、停车置换时才两台同时运行。年运行时间8760h，年平均负荷率不足30％，因此大大浪费了能源，本设计利用变频调速器对鼓风机变频调速，可以提高经济效益。 二、变频调速器的原理及其构成 （一）变频调速器的原理 变频器的基本原理就是将工频交流电源通过整流变成直流电源再通过逆变输出生产所要求的频率的交流电。鼓风机的节电原理就是用调速控制代替挡风板控制风流量，这是一个节电的有效途径。因此，通过对变频器输出频率的控制，实现交流电动机的调速，最终达到对传动负载的精确定量控制。变频调速控制系统主要由电控设备、变频器、交流电动机、传动机械及传感器等部分组成。变频控制系统可进行开环控制，也可进行闭环控制。 （二）主回路 1.整流部分 将工频电源变换成为直流电压。 2.平滑回路部分 把整流部分中整流后的直流电压中含有电源6倍频率的脉动电压，为了抑制电压波动采用直流电抗和电容吸收脉动电压。 3.逆变部分 把直流电功率变换成生产所需频率的交流电功率。 （三）控制回路 1.运算回路 将外部速度、转矩等指令同检测回路的电流电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压频率。 2.电压/电流检测回路 与主回路隔离检测电压、电流等。 3.驱动回路 驱动主回路元件的导通和关断。 4.保护回路 检测主回路的电压、电流等。当发生过载或过电压等异常时为防止逆变器和异步电动机损坏使逆变器仃止工作或抑制电压、电流值。保护回路分为变频器保护和电动机保护。 5.变频器保护 （1）瞬时过电流保护 （2）过载保护 （3）再生过电压保护 （4）瞬时仃电保护 （5）接地过电流保护 （6）冷却风机保护。 6.异步电动机保护 （1）过载保护 （2）超频（超速）保护。 7.其它保护 （1）防止失速过电流 （2）防止失速再生过电流 三、变频器的应用设计： （一）工艺系统图 阀1：出口档板； 阀2：旁路阀 阀1、阀2均由计算机控制，开路大小取决于系统需要。系统需氮量由阀1进行调节，余气由阀2返回鼓风机入口。为了防止煤气返回氮气系统，在不需要氮气时也不能仃车，气体全部通过阀2进行循环，鼓风机效率在40％，而电机则满负荷运行。 （二）风机的H一一Q特性 图一 A为100％风量曲线 B为50％风量曲线 图一为风机的风压一一风量曲线（H一Q）。图中曲线1为恒速时 图中曲线1为恒速时的H一一Q曲线； 图中曲线2为管网风阻特性曲线（档板开度全开）； 假设风机工作在A点为额定工作点，输出风量Q1为100％，轴功 率P1与Q1、H1的乘积即AH1OQ1的面积成正比。根据生产工 艺的要求，当风量需要从Q1减少到Q2（50％）时，如采用调节档板的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性曲线变为曲线（3），系统由原来的工作点A移到新工作点B运行。从图中可以 看出流量减少，风压反而增加。轴功率P2和Q2、H2的乘积即面积 B H2O Q2成正比，很显然P2较P1减少不多。如采用转速控制方式 风机转速由n1降到n2如图中曲线（4）所示，工作点移到C点， 可见在满足同样的风量Q2的情况下，风压H2大幅度降低，轴功率 P3也显著减少。 曲线： 恒速时H一一Q特性曲线 管网风阻特性曲线（档板全开） 管网阻力特性曲线（档板50％开起） 转速控制曲线 （三）风量、转速一一所需功率特性曲线： 风机最大的特点是：流量与转速成正比； 负载转矩与转速的平方成正比；轴功率与转速的立方成正比。