交流变频调速是交流电动机调速方法中最理想的方案，采用变频器对风机、水泵类机械进行调速以至调节风量、流量的方法，对节约能源，提高经济效益都具有重要意义。过去由于价格、质量、容量等因素的约束,使得变频器没有得到广泛应用。近年来随着电力电子技术、微电子技术、控制技术的不断发展，变频器的价格已大幅下降，可靠性得到进一步提高，容量不断增大（已达到400 kW），从而使变频器的应用日益广泛。如今，国内已将矢量控制的变频器广泛应用于机械、冶炼、纺织、印染、造纸、轧钢、化工等行业中，通过交流电动机的无级调速 ，取得了明显的节能效果。
        目前，中铝青海分公司第三电解厂是年产14 万吨铝锭的大型电解分厂，共有268 台电解槽，分5.5 万吨和8.5 万吨两期建设而成，配套建设的净化系统分为东、中、西部三个，每套系统由两台气提风机（75 kW）、三台罗茨（流态化）风机（75kW）、两台高压风机及排烟机等组成。其中气提风机采用离心式风机，主要用于超浓相供料，在正常生产工艺过程中，两台风机一直处于运行状态。
1风机变频调速的节能原理
        风机是传送气体的装置。采用变频器控制风机转速以调节风量的方法和一般常用的调节风阀控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。



图1 风机节电原理图


        如图1 所示，曲线（1）为风机在恒定转速n1 下的风压-风量（H-Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。假设风机工作在A 点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率P1 与Q1、H2 的乘积成正1OQ2AH积面用可中1 图，在比表示。如果生产工艺要求风量从Q1 减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A 变到新的工况点B 运行。从图1 中可以看出，风量虽然减小，风压反而增加，轴功率P2 与面积BH1OQ2 成正比，显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1 降到n2， ，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2 时的风量（Q-H）特性，如曲线所示。可见在满足同样风量Q2）4（的情况下，风压H3 大幅度降低，功率P3 随着显著减少，用面积CH3OQ2 表示。节省的功率驻P=（H1-H3） ×Q2，用面积BH1H3C 表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
        由此可见，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率P 与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当风量下降到80% 时，转速也下降到80%，而轴功率P 将下降到额定功率的51.2% 。如果风量下降到60%，轴功率P 可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此在装有风机的机械中，采用转速控制方式来调节风量或流量是节能的有效方法。
2 过程控制的实现
    气提风机变频调速采用恒压控制原理，其控制框图如图2 所示。当压力传感器P 将检测到的管道压力变换为电信号，经模拟量输入模块输入到PLC，PLC 根据给定的风压设定值与实测值进行比较运算后，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节风机电机的供电电压和频率，即改变风机转速、调节风量。当需要风量较小时，M1 电机投入变频运行，随着所需风量的增大，通过PLC 控制变频器频率不断增大以提高风量，当频率达到50Hz 仍不能满足系统的风量要求时，M1 自动切换到工频运行，同时M2 投入变频运行，频率不断上升，直到满足管道所需风量。根据设计两台风机完全可满足系统的风量要求。当所需风量逐渐减小时，控制原理与风量增大时相反，M2 逐渐减速，当变频器输出频率达到下限设定值而管道风压仍高于设定值时，则M退出运行, 同时M1由工频运行自动切换到变频运行，直到频率降低到零停机。



图2气提风机变频恒压控制原理框图 


        为了保证供风的不间断，系统设置了由PLC 控制的工频、变频自动切换电路如图3 所示，其PLC 控制如图4 所示。这样可以保证变频器出现故障时，供风系统不间断。其主回路中，KM1 用于将电源接至变频器的输入端，KM2 用于将变频器的输出端接至电动机，KM3 用于将工频电源直接接至电动机，因为在工频运行时，变频器不能通过电动机的过载进行保护，所以接入了热继电器KR，作为工频运行时的过载保护。



图3 PLC 控制的工频、变频切换电路




图4 切换控制的梯形图


        控制回路中，SA1 用于控制PLC 的运行，SA2 为工频运行和变频运行的切换开关。
       工频运行时，首先将选择开关SA2 旋至“工频 ”运行位，使输入继电器X0 动作，为工频运行做好准备。按起动按钮SF1，输入继电器X2 动作，使输出继电器Y2 动作并保持，从而接触器KM3 动作，电动机在工频电压下起动并运行。按停止按钮ST1,输入继电器X3 动作 ，“复位”从而接触器使输出继电器Y2 ，KM3 失电，电动机停止运行。如果电动机过载，热继电器触点KR 闭合，输入继电器X7 动作，输出继电器Y2 与接触器KM3 相继复位，电动机停止运行。
        变频运行可分为两步，即变频通电段和变频运行段。
        变频通电段 首先将选择开关SA2 旋至“变频 ”运行位，使输入继电器X1 动作，为变频运行做好准备。按起动按钮SF1,输入继电器X2 动作，使输出继电器Y1 动作并保持。一方面使接触器KM2 动作，将电动机接至变频器输出端。另一方面，又使输出继电器Y0 动作，从而接触器KM1 动作，使变频器接通电源。
按停止按钮ST1，输入继电器X33Y，在作动1Y器电继出输使，下提前的位复经已或未动作“复位”，接触器KM2 复位，切断电动机与变频器之间的联系。同
时，输入继电器Y0 与接触器KM1 相继复位，切断变频器的电源。
        变频运行段 按SF2，输入继电器X40Y，在作动3Y器电继出输，下提前的作动经已动作并保持，继电器KA 动作，变频器的FWD 接通，电动机开始加速并运行，进入变频运行阶段。同时，Y3 的常闭触点使“停止按钮”ST1 暂时不起作用，防止在电动机运行的状态下直接切断变频器的电源。按ST2，输入继电
器X5 动作，输出继电器Y3 复位，继电器KA 失电，变频器的FWD 断开，电动机开始降速并停止。如果变频器因故障跳闸，变频器的“30B-30A”闭合，则PLC 的输入继电器X103Y和1Y使面方，一作动，接触器KM2 和KM1，继电0Y器电继出输使而从，位复器KA 也相继复位，变频器停止工作。另一方面，输出继电器Y4 和Y5 动作并保持，蜂鸣器HA 和指示灯HL 工1Y时，在同。警报光声行进，作
已经复位的情况下，时间继电器T1 开始计时，其常开触点延时断开，使输出继电器Y2 动作并保持，电动机进入工频运行状态。
 3采用变频控制的经济效益分析
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