排风机变频调速系统的设计.docVIP

前言 交流变频调速技术是集电子、自动控制、微电子、电机学等技术之大成的一项先进技术。它以其优异的调速性能、显著的节能效果被广泛应用在各个领域，是电气传动的发展方向。 商业楼宇等大中型楼宇大约要用去所有建筑物用电量的19%，这其中的1/4为各类电动机所消耗。一个大型建筑中用于泵类和风机类的电机是主要负荷，其中多数是适合于采用调速运行的。传统做法是风机、泵类采用交流电动机恒速传动，靠调节风闸和阀门的开度来调节流量，这种调节的方法是以增加管网的损耗，耗用大量的能源为代价的。如果改用调节电机转速的办法来调节流量，就从根本上克服了电能的浪费。随着电力电子技术的飞速发展，变频调速技术已日臻完善。它不仅仅可以大幅度节能，而且在改善机械性能、实现完善的自动控制、环境保护等多方面都有显著的效果。 尾气排风机的排风量要求是根据换气次数标准计算出来的，它必须满足“最大需求量”原则。但事实上一个环境的排风量需求并不是一个定数。例如地下车库，不同的时段，不同的情况，停车量是变化的，即排放的量也在变。所以我们可以给风机加装一台变频器来改变风机转速、改变排风量。用CO2传感器检测车库空气质量，并控制变频器输出，使风机的转速（排风量）始终对应于指标即可，风机无需始终运行在最高速来排风，这样既节省能源也减少了噪音污染。 如果是排风和消防合用的风机，也无须双速风机来解决不同排风量的要求，完全可用变频调速获得所需的排风转速。 1 排风机系统 1.1 排风机系统组成 排风机控制系统是由变频器、PID调节器、传感器、异步电机、数显表、调节阀等元器件组成，其控制原理如图1—1所示。风压传感器检测到排风机出口风压传给PID调节器根据设定压力输出一个4～20mA信号传给变频器，当传感器检测到的压力大于设定压力，PID调节器输出电流减小，变频器频率降低，导致排风机转速降低，输出风压减小；当输出风压低于设定风压时，PID调节器输出电流增加，变频器频率增加，排风机转速增加，输出风压也增加，达到自动控制风压的目的。 另外，排风机在运行过程中循环水温不能过高，一般不能超过30℃，因此在系统中有一套自动控制水温系统，当循环水温度超过设定温度时，报警器报警，同时温度传感器检测到的信号传给调节器，调节器输出信号增加，通过步进电机对调节阀进行调节，使水温降低。排风机系统还有油压显示回路，排风机的油压通过压力传感器送到压力数字显示表，显示油压的高低，并有油压高低报警显示。 1.2 排风机变频调速节能原理 交流变频调速是80年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术。由于该技术具有很多明显和优点，发展非常迅速，现已成为现代交流调速的基础和主力。在发达国家，变频调速装置已经开发了从不足1kW到数千千瓦的系列产品。在我国，适应中小容量的变频器，已经进入推广应用阶段。 变频式能量调节是指用改变压缩机电动机供电频率的方法，改变电动机转速，相应地改变排风机的转速，使排风机输出风压大小达到最佳匹配。这种能量调节适用于各种排风机，并具有良好的调节特性和经济性。 排风机是一种传送气体的机械设备，是把电动机的轴动率转变为流体机械能的一种机械。交流电动机通过皮带带动气体压缩机进行往复运动，气缸内把空气进行压缩变成压缩空气，然后通过管道输送给用户。这里假定用风量不变，压缩机输出的压力与气缸的运动频率成正比，气缸的运动频率越大输出压力越大，反之气缸的运动频率越小输出压力越小，而气缸的运动频率与电动机的转速成正比，交流异步电动机的转速公为： (1-1) 式中：N— 电机转速；F— 频率； P— 极对数； S—转差率（0～6%）。 由转速公式1-1可见，只要设法改变三相交流电动机的供电频率F，就十分方便地改变了电动机的转速N，因此采用变频调速来改变电动机的供电频率F也就改变了电动机转速，同时也改变了排风机气缸的运动频率，进而改变了排风机输出的气体压力，达到了调节排风机输出气体压力的目的。 从以上分析看出，排风机输出的气体压力与变频器的输出频率成正比，因此，把排风机的出口压力变化通过压力传感器反馈到数字PID调节器，再由PID控制变频器输出频率的大小来调节电机的转速，使排风机出口风压保持恒定，达到节能目的。 图1—1 排风机控制系统原理框图 2 变频调速系统 2.1 变频器概述 2.1.1 通用变频器的分类 通用变频器按其主电路结构形式有交-交变频器和交-直-交变频器两大类，如果主电路中没有直流中间环节的称为“交-交变频器”，有直流中间环节的称为“交-直-交变频器”。由直流电变为可调频、调压的交流电的变换器称为逆变器（DC-AC变换器）。变频装置从结构上分，有间接变频器和直接变频器两大类。其中间接变频器根据中间环节的不同又可分为电压型和电流型