1 引言
在(zai)電(dian)氣(qi)拖(tuo)動(dong)設(she)備(bei)的(de)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)，經(jing)常(chang)遇(yu)到(dao)這(zhe)樣(yang)的(de)問(wen)題(ti)，即(ji)拖(tuo)動(dong)設(she)備(bei)的(de)負(fu)荷(he)變(bian)化(hua)較(jiao)大(da)


，而(er)動(dong)力(li)源(yuan)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)卻(que)不(bu)變(bian)
，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)不(bu)能(neng)隨(sui)負(fu)荷(he)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)。在(zai)實(shi)際(ji)中(zhong)這(zhe)種(zhong)“大馬拉小車”的(de)現(xian)象(xiang)較(jiao)為(wei)普(pu)遍(bian)，浪(lang)費(fei)能(neng)源(yuan)。在(zai)許(xu)多(duo)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)實(shi)現(xian)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)變(bian)速(su)運(yun)行(xing)，不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)生(sheng)產(chan)的(de)需(xu)要(yao)，而(er)且(qie)還(hai)能(neng)降(jiang)低(di)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)，延(yan)長(chang)設(she)備(bei)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。這(zhe)裏(li)介(jie)紹(shao)的(de)煤(mei)氣(qi)鼓(gu)風(feng)機(ji)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)調(tiao)，並(bing)應(ying)用(yong)PLC構成風壓閉環自動控係統
，實現了電機負荷的變化變速運行自動調節風量
，即滿足了生產需要，又達到了節能降耗的目的。

2 工況分析
鼓風機係統構成如下。
（1）風機型號：9-26，風量：8588 ~ 10735m3/h

，風壓：10020~9630Pa。
（2）電機型號：Y225M-2，功率：45kW，電壓：380V，電流：83.9A，頻率：50Hz，功率因數：0.89，效率：2970 r/min。
鼓風機的特性曲線如圖1所示。

通過對鼓風機幾年來的恒速運動實際情況的記錄分析，鼓風機係統運行規律如下：最大負荷時的風量為1600 m3/h
，電機的電流為38A

，運行時間1個月
；一般負荷的風量為950 m3/h，電機的電流為36A，運行時間9個月
；最低負荷時的風量為500 m3/h，電機的電流為18A，運行時間2個ge月yue。由you此ci可ke以yi看kan出chu
，對dui於yu該gai鼓gu風feng機ji來lai說shuo
，最zui大da負fu荷he也ye不bu到dao額e定ding負fu荷he的de一yi半ban，當dang風feng量liang下xia降jiang時shi，用yong調tiao節jie管guan道dao風feng門men的de方fang法fa來lai改gai變bian風feng道dao阻zu力li，使shi功gong率lv下xia降jiang不bu多duo，耗hao能neng仍reng很hen大da，這zhe由you圖tu1可以看出。
圖1中曲線1為風機在恒速下調節風門時的風壓-風量（H-Q）特性，曲線2為恒速下調節風門時的功率-風量（P-Q）特性，曲線3為管網風阻（R-Q）特性。假設風機在設計時工作在A點效率最高，輸出風量Q1100%。此時，軸功率P1與Q1
、H1的乘積麵積AH1OQ1成正比（AH1OQ1為耗能），根據生產工藝要求

，當風量需從Q1減少到Q2（例如50%風量）時，如采用調節風門的方法調整風量
，相當於增加了管網阻力
，使管網阻力特性由曲線3變到曲線4
，係統由原來的工況點A變到新的工況點B運行，盡管此時風量由Q1減小到Q2，但風壓反而由H1增加到H2，軸功率P2與Q2、H2的乘積麵積BH2OQ2成正比，功率的減少並不多
，可見耗能仍然很大。
采用電氣傳動調速裝置來調節風機電動機的轉速是實現經濟地調節風量、有(you)效(xiao)節(jie)能(neng)的(de)最(zui)佳(jia)方(fang)法(fa)。我(wo)們(men)選(xuan)用(yong)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)裝(zhuang)置(zhi)對(dui)原(yuan)煤(mei)氣(qi)鼓(gu)風(feng)機(ji)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)了(le)改(gai)造(zao)，將(jiang)電(dian)機(ji)恒(heng)速(su)運(yun)行(xing)改(gai)為(wei)按(an)負(fu)荷(he)變(bian)化(hua)的(de)變(bian)速(su)運(yun)行(xing)，得(de)到(dao)風(feng)機(ji)合(he)適(shi)的(de)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)
，達(da)到(dao)了(le)節(jie)能(neng)降(jiang)耗(hao)的(de)目(mu)的(de)。

3 風機變頻調速節能原理
交流異步電動機的轉速公式為
n = 60f / p (1- s ) （1）
由式（1）可以看出
，電源頻率f與轉速n成正比。即改變頻率可改變電機的轉速。當改變風機的轉速
，由額定轉速n1調整到某一轉速n2時，理論上風量、風壓及軸功率變化的關係如下：Q2 = Q1 (n2 / n1)，H2 = H1 (n2 / n1)2，P2 = P1 (n2 / n1)3。可見，風量與轉速的一次方成正比
，風壓與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。由圖1可以看出當風機轉速由n1降到n2，根據風機參數的比例定律，在轉速n2下的風壓-風量特性如曲線5所示。 可見，在滿足同樣風量Q2的情況下
，風壓H3大幅度降低
，功率P3（相當於麵積CH3OQ2）明顯減小，節省的功率損耗 DP = P1-P2與麵積BH2H3C成正比，節能效果十分明顯。所以

，采用改變風機轉速的方法對風量和風壓進行控製是最合理和經濟的。

4 係統構成
對原有煤氣鼓風機加裝變頻調速裝置，並且在鼓風機係統出口的管道上安裝壓力變送器
，測定管道的風量變化，通過PLC對dui管guan道dao壓ya力li信xin號hao的de變bian換huan和he處chu理li

，為wei變bian頻pin調tiao速su裝zhuang置zhi提ti供gong參can變bian量liang，實shi現xian對dui頻pin率lv的de自zi動dong調tiao整zheng，也ye就jiu是shi說shuo對dui電dian機ji的de轉zhuan速su進jin行xing調tiao整zheng，以yi達da到dao根gen據ju負fu荷he變bian化hua調tiao整zheng輸shu出chu功gong率lv，節jie能neng降jiang耗hao的de目mu的de。
經過比較

，我們選用日本富士變頻器FRN45P9S-4，德國西門子公司可編程序控製器S7-200

，組成風壓變頻調速自動控製裝置
，對原鼓風機係統進行改造。
4.1 硬件組成
係統構成框圖如圖2 所示。

各部分主要功能分述如下
（1）操作台。實現係統操作控製及參數的設定與顯示。
（2）可編程序控製器。選用S7-200可編程序控製器及EM235模擬量I/O模塊

，完成風壓信號和操作信號可輸入以及PLC的控製輸出。
（3）變頻器。選用FRN45P9S-4變頻器

，具有手動和自動調速功能。
（4）切換裝置。由繼電器、接觸器，開關等組成，實現1台變頻器控製3台鼓風機的切換，以及在變頻器故障時鼓風機的旁路工頻運行。
（5）壓力變送器。選用CECY型電容器式變送器
，測定管道的風量變化。
4.2 軟件框圖
PLC軟件采用梯形圖語言，實現各種邏輯順序控製，風壓閉環控製等
，程序框圖如圖3所示。

在軟件設計中利用PLC定時中斷功能完成數據采樣，數字濾波

，PID運算及控製輸出。

5 運行結果
變頻調速裝置安裝投入運行後
，風門全部打開，在壓力為2200 Pa，風量為600 m3/h
，即可滿足生產要求。此時測得的係統參數如下：變頻器輸出頻率為25 Hz，電壓為189 V，電流為20 V；電機轉速為1485 r/min。實際運行工況在以下幾個方麵有了明顯改善：?噪聲由80 dB降為40 dB左右；?風量（壓力）控製自動化，降低勞動強度
，故障率降低；?運行參數觀測直觀
，可同時顯示壓力、頻率、轉速
、電壓、電流
、轉矩等運行參數；?管道閥門全部打開，節門損失大大降低。

6 節約電能計算
采用變頻調速前全年總耗能為1.511×105kW・h

，變頻調速後全年總耗能為4.53×104kW・h。采用變頻調速後全年節約電能為10.58×104kW・h。
另外在投運變頻調速裝置後

，根據運行工況測算，可延長修周期1～2年，每年可節約大修費用約2萬元。

7 結論
實踐證明，在煤氣鼓風機係統中采用變頻調速運行方式，可以根據負荷的變化自動調節風機的轉速，解決了“大馬拉小車”的問題，為降低生產成本
，延長設備使用壽命，節能降耗，減輕勞動強度，改善工作環境開創了新的途徑。