变频调速器在鼓风机上的应用研究

电力18讯：    1  系统概况
    曝气池是污水处理系统的核心设备，鼓风机将压缩空气通过管道送入曝气池，使空气中的氧溶解在污水中，供给活性污泥中的微生物。污水中的含氧量必须保持在适当的范围内，否则微生物就会缺乏活性，起不到降解作用。由于鼓风机的风压是一定的，风量只能靠出气阀调节，实际生产运行中出气阀开度一般在50％～70％。因此，在上述过程中如果应用变频调速系统控制风量，即可满足工艺要求又可达到节能效果。
2  节能原理
    离心式鼓风机属典型的平方率负载的阻转矩T与转速N的平方成正比，即
    T=KtN2    (Kt为转矩常数)                 (1)
    P=KtN3/9550=KpN3  (KP为功率常数)         (2)
平方律负载的功率P与转速N的三次方成正比，即
    因此，在工艺允许的范围内尽可能的降低转速才会取得最佳节能效果。
3  应用中出现的问题
    (1)  最佳节能效果
    现代变频器有许多先进的功能，合理的选择利用会取得更好的效果。如图1所示，曲线0是平方律负载的机械特性，曲线1是电动机在V/F控制方式下的转矩曲线。当转速为Nx时，负载转矩为Tx，电机转矩为Tmx，可以看出，在低频运行时，  电动机的转矩与负载转矩相比，仍高出许多，也就是说该系统还有很大的节能潜力。因此合理的选择变频器的V/F曲线，可取得进一步的节能效果。但是在减低V/F曲线时，要注意低频时的启动问题。如图1中的曲线0和曲线3相交于S点，显然在S点以下系统不能启动。
    (2)  喘震问题
    在实际应用中会发现，如果变频器运行于41Hz左右时，系统就会发生严重的震荡，电流大幅变化，电机发出刺耳的噪音。

    原因分析，如图2所示，鼓风机风道出口位于曝气池底部，曝气池水位h是固定不变的，只有风道压力Pf大于水体对风道的压力Ps即Pf-Ps>0时空气才能顺利送入池中。当Ps与Pf非常接近时，由于Ps和Pf总有微小的波动，这时它们之差就时而大于0，时而小于0，因此压缩空气流呈断续状态，这就导致电流大幅波动，从而发生喘震现象。此时的频率称为喘震频率Nc。为避免喘震现象的发生，可以在选择V/F曲线时使S点对应的频率Nmin>Nc，并且变频器下限频率设定为Nmin即可解决问题，而此时的节电效果恰恰也是最好的。
    (3)  上限频率
    由于负载转矩与转速的三次方成正比，如果实际转速高于额定转速，负载转矩可能大大超过额定转矩。另外变频器一般具有转差补偿功能，  当变频器显示50Hz时，其实际转速一般高于50Hz，从而引起电机过载、轴承加速损坏等问题，因此应设定上限频率为49Hz。
4  改造效果
    (1)  风机电机功率为110kW，实际测量改造前电流为120～130A，采用FUJI110kW变频器改造后电流为70～80A，频率基本稳定在43Hz，应用公式(2)计算，月节电18000kW・h。以每年运行11个月，每度电0.45元计算，每年可节约电费9万余元。
    (2)  应用变频调速后，电机转速下降，轴承等机械磨损减少，寿命延长，维修工作量减少。
    (3)  应用变频调速后，  电机可以软起动，起动电压降减少，对电网的冲击大幅减少。