科炜变频器-排风机系统智能变频节能改造方案
嘉兴科炜电子科技有限公司
编号：FA20260106
(排风机系统智能变频节能改造方案)
嘉兴科炜电子科技有限公司
编制
目前风机系统运行中所存在的问题及解决方案
一、 风机自动调节功率问题
对于风机系统来说，由于交流电动机自身没有功耗调节装置，不能象锅炉主机一样自动调节输入输出功率，当系统负荷下降以后，风机系统仍不得不以最大转速运行，造成实际耗电大量浪费的现象。如果安装JHI90系列智能节电一体柜系统，就能根据实际负荷量的大小，动态地自动或手动调节鼓风引风量和消耗功率，把系统不需要的那部分耗电节省下来。（一般节电率可达30%—70%左右）
风机理想运行曲线
二、 电动机轻载运行时的低效率问题
由于电动机的负载特性在负载发生变化时是由无数条负载特性U/I曲线组成的。因此，单纯改变电动机的电源频率并不能最大限度达到节能的目的。
当电机负荷减小时，电流曲线的最低点会发生平移，此时如果不能及时找到电流曲线的最低工作点并输出相应的电压值，仍会有较大一部分电能被白白浪费掉（大致在7%—10%左右）
1,启动电流对电动机及设备的损害
电动机在启动阶段，往往采用自藕变压器降压启动或（星三角）启动方式，这两种方式虽然能降低启动电流对电动机的损害，但仍有高达额定电流5—6倍的启动电流，严重危害着电动机、水泵、单向阀、管路系统的使用寿命。
2,使用JHI90系列智能节电一体柜实现了真正意义上的软启动和缓冲停机，变频器在调节速度时候同步调整输入电压，用以保证启动电流的平稳性能。同时因U/F的比值的优化最大程度的保持电机磁通量的最大值且不饱和，又保证了电机的启动扭矩。从根本上消除了启动电流对电动机及其它设备的危害，大大延长了设备的使用寿命。
三、 节能的原理
风机属平方转矩负载，根据流体力学的知识可知：
1．风机的流量与电机的转速成正比
2．风机的扬程与转速的平方成正比
3．风机的轴功率与转速的立方成正比
设风机的轴功率为p，风机的转速为n，风机的扬程为h，流量为q
转速调节后：轴功率为po，转速为no，扬程为ho，流量为qo
p=kn3 h=kn2 q=kn
假设：当调整转速到原来的80%，即下降20%时
流量qo=k×(80/100)n=0.8kn=0.8q 即流量变为未调节前的80%，下降20%
扬程ho=k×(80/100)n2=0.64kn2=0.64h
轴功率po=k×(80/100)n3=0.512kn3=0.512p
这时轴功率下降(p－po)/p×100%
=(p－0.512p)/p×100%=［p（1－0.512）］/p×100%=48.8%
也就是说当风机转速下降20%时，流量也同比例下降了20%，但扬程却下降了(h－ho)/h×100%=［h(1－0.64)］/h×100%=36%，轴功率下降了48.8%，这时的轴功率即为节电率。当转速下降时扬程以转速的平方形式下降，轴功率则以转速的立方形式下降，而流量只是同比例下降（见下表和图一图二）。
| 频率Hz | 50 | 45 | 40 | 35 | 30 | 25 | 20 | 15 | |
| 转速％ | 100 | 90 | 80 | 70 | 60 | 50 | 40 | 30 | |
| 压力％ | 100 | 81 | 64 | 49 | 36 | 25 | 16 | 9 | |
| 扬程％ | 100 | 81 | 64 | 49 | 36 | 25 | 16 | 9 | |
| 流量％ | 100 | 90 | 80 | 70 | 60 | 50 | 40 | 30 | |
| 功率％ | 100 | 72.9 | 51.2 | 34.3 | 21.6 | 12.5 | 6.4 | 2.7 | |
| 节电率％ | 0 | 27.1 | 48.8 | 65.7 | 78.4 | 87.5 | 93.6 | 97.3 | |
| 举 例 | 扬程m | 150 | 121.5 | 96 | 73.5 | 54 | 37.5 | 24 | 13.5 |
| 流量m3 | 2000 | 1800 | 1600 | 1400 | 1200 | 1000 | 800 | 600 | |
| 功率kw | 110 | 80.19 | 56.32 | 37.73 | 23.76 | 13.75 | 7.04 | 2.97 | |
风机的使用率比较高，造型容量都比较大，但在实际使用过程中时大时小甚至及小，而风机仍旧按照额定的功率运行，故而造成了浪费。现通过JHI90系列变频器恒温自动控制来进行节能改造，在按实际温度需求量的情况下进行节能，这样既不影响生产又能达到更好的节能效果。
从以上三个特性曲线图形可以看出，利用JHI90系列变频器恒温自动控制方式所消耗的电能远远小于用其他方式所消耗的电能。
从流体力学的理论角度分析
风机的流量与转速成一次方关系：Q11/n1∝Q2/n2
风机的功率与转速成三次方关系：P1/（n1）3∝P2/(n2)3
假设将风机转速降低10%（输出频率45Hz时）
则功率P2=（0.9）3×P1=0.73P1,节电27%。
假设将风机转速降低20%（输出频率40Hz时）
则功率P2=（0.8）3×P1=0.51P1,节电49%。
由于功率与转速成三次方的关系，因此，转速变化越大，功率的消耗将呈几何级数减少。
节能设备的技术参数
| 输入电压/频率 | 380V±20%/48-63 HZ |
| 输出电压 | 0-380V |
| 输出频率 | 0-650HZ |
| 冷却方式 | 强制风冷 |
| 过载电流 | G系列150%一分钟,P系列130%一分钟,Z,B系列200%一分钟 |
| 控制模式 | 无感矢量控制,恒功率控制,VF控制. |
| 能耗制动 | 11KW及以下内置制动单元,15KW以上外接制动单元 |
| 直流制动 | 直流制动电压0-30%可调,0.5-650制动. |
| 低频转矩补偿 | 0-30%可调 |
| 标准功能 | 转速追踪,暂停减速,PID控制,自动速度补偿,功率转矩控制，自动多段速运转,摆频运转,信号叠加控制,自动重置. |
| 通讯接口 | 内建序列通讯功能选件,可同时进行多台最多99台动态控制 |
| 七段显示 | 输出电流,功率因数角,输出功率,输入功率,功率系数,超载累积为准值,输出功率限制,输出频率转速换算,直流母线电 |
| 电机过热检测 | 预设输入端子为OH电机过热保护功能时,开路正常运行. |
| 保护功能 | 电机热保护 电机堵转保护 过载保护 输出电压缺相保护 接地保护 通讯故障保护 直流过压/欠压保护 输入电压缺相 负载过流保护 |
| 功率因数 | ＞0.98 |
| 效率 | ＞0.98 |
| 模块过温工作能力 | 85℃ |
| 防护等级 | IP21 |
四、采用变频节能装置的优点、特点
1)矢量控制电机参数自动调节
特点：内建动态参数自动调节功能,可自动识别电机参数,确保系统的稳定性和精确性.变频器运转在无感矢量控制演算系统,提供额外的转矩补偿电压,除了增加电机低速运转转矩之外,并且可以补偿负载增加造成的转差。
优点：实现参数自动调谐,低频转矩大,转速精度高。采用先进的可编程式端子，配合各种产业机械常用的预设功能，可以让用户随心所欲，发挥本产品的许多附加功值。
2）谐波小
KV90系列变频器大功率都内置有直流电抗器减小了谐波，也提高了对电源动态干扰的抵抗力。
设备在全电压启动、运行、停止的过程中，由于无法进行及时有效的调节，会产生严重的机械噪音增加、震动加剧等现象，这些现象都具有极大的破坏性，并会增加进线变压器的负荷状况。采用JHI90系列变频智能控制系统后，可以通过延长升、降速时间来延长起动或停机的过程，即使在运行过程中，也可以通过对工作频率点的选择，跳过容易引起设备共震的工作点，从而使轴承的磨损也大大减轻，设备的工作寿命将大大延长。
四、控制原理：
由于风机系统中设备的设计和选用是根据系统在外部环境、温度条件最差，设备的各支路满负荷运行，再加上一定设计余量来确定的，但实际使用中，绝大多数时间风机系统是在非满负荷状态下运行，这样系统长时间工作于低效率状态，有时甚至出现风门关闭而风机仍不得不全速运行的现象，造成很大的能源浪费，因此，具有极大的节能潜力。
根据国际通行的“最低限度满足使用”的原则，通过直接控制结果变量，对系统进行运行工况实时跟踪，自动调节风机的运行状况，使系统始终保持在高效节能和最佳的运行状态。（此点可根据用户要求定制修改。）
五、投资回收期
1．根据客户提供的现场测试数据
现场测试数据一览表
| 设备名称 | 功率（KW） | 数量 （台） | 每天开机时间（h） | 年开机时间（h） | 电费（元） |
| 风机 | 75 | 1 | 24 | 8640 | 414720 |
设备选型及投资回收表
| 设备型号 | 单价（元） | 数量（台） | 合计（元） | 年节约电费（元） | 投资回收期（月） |
| JHI90 -075G-4 | 32000 | 1 | 32000 | 103680 | 3.7 |
| 合计 | 32000元 | ||||
原年开支电费为：
设备功率KW×每天以24小时×30天×12月×负载率80%×电价0.8元/KW.h
（75）×24×30×12×0.8×0.8 =414720（元）
年节约电费 原年电费×节电率 25%（预计）
414720×25%= 103680（元）
投资回收期
32000 ÷ (103680 ÷12)=3.7个月
六、安装及售后服务
1 、安装本系统不改变原有设备控制，可代替老式控制柜。
2 、本产品质量保修期为1年，使用寿命长达十年以上，终身维护。
3 、若有技术质量问题，工程技术人员在48小时内到达现场。
七、综合评价
本方案设备投资金额 32000元，在进行节电改造后将会有很好的节电效果。按目前情况来看，每年可节约电费约 103680 多元左右，用3.7个月左右的时间就可收回全部节电设备投资。设备使用按10年计算，该节电项目实施后将为贵公司创造约 1036800 多万元的利润，是一个投资少、效益高的项目。节电投资与其它投资不同，不受外界因素的影响，所节约的电费就是公司的纯利润。因此，我们建议贵公司尽早决策，早受益。
