变频调速技术在罗茨风机上的应用研究

变频调速技术在罗茨风机上的应用研究

摘要：本文通过介绍变压变频调速系统（VVVF）的结构原理，对变频器在风机类设备中的节能原理及成效进行了详细研究，为风机的稳定运行积累了经验。

关键词：变频调速技术罗茨风机节能应用

随着电力电子技术，微电子技术和信息技术的发展，出现了对交流机来说最好的变频调速技术。变频调速技术是一种以改变电机频率和电压来达到电机调速目的的技术。它是基于电力电子、微电子、信息技术发展的产物。变频调速具有三大优势：一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高的SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT等电力电子器件来完成的；二是它的控制部分和负载状态的检测是由CPU（32位计算机）来完成，这是微电子器件发展的结果；三是内置4-20mA 接口和RS485接口可以和仪表、DCS相接，实现数据传输。

1变频调速系统的原理及组成

变频调速技术的原理是把工频50HZ的交流电转换成三相频率和电压可调的交流电，通过改变交流电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的（即VVVF技术）。

交流变频调速系统一般由三相交流异步电动机、变频器及控制器

组成。变频装置即变频器是变颇调速的主要设备。

2变频器在罗茨风机中的应用

2.1工艺流程

201子项八工段罗茨风机主要负责空气提升系统的排气，包括201车间的空气提升排气、中放蒸发排气、脉冲萃取柱的脉冲排气、铀线工艺排气、初步净化后的钚线工艺排气，经过核级高效过滤器后由罗茨风机排至418/1-34厂房排放。罗茨风机的运行状态的好坏直接影响空气提升流量的稳定性，而空气提升流量的稳定性又直接影响到工艺一些重要设备（如脉冲柱等）的正常运行。

2.2变频器的选择与应用

为了满足工艺要求，只有通过改变电源的频率来实现电机转速的改变，从而改变风机转速。

式中：

n——电机额定转速

f——电源频率

p——磁极对数

s——转差率

由公式（1）可以看出，要改变电机额定转速，共有三种方法：⑴改变电源频率；⑵改变磁极对数；⑶改变转差率。

后两种方法中，要改变磁极对数，只有更改电机绕组接线方式，现场和设备不具备条件，无法实现。要改变转差率，只有在转子回路串电阻，这种方式适用于绕线式转子。罗茨风机电机的转子为鼠笼式转子，也不能实现，且采用上述两种方式后，电机额定转速不能连续可调，因此只有改变电机电源的频率，才能实现电机额定转速的改变，而且电机电源的频率与电机额定转速成正比。

根据上述原理，罗茨风机选用由西门子公司生产的变频器（型号为MICROMASTER 430）

来调节电机转速，以达到有效地控制罗茨风机的排气量，控制系统负压的目的。

2.3变频器与罗茨风机接线原理

接线原理如下图所示。控制盘上有黄、绿、红三个指示灯。当空气开关合上时，电源指示（红灯）亮；电机正常运行时，运行灯（绿

灯）亮；系统发生异常时，报警灯（黄灯）亮。电源指示灯接在电源空开下侧，运行和报警指示灯分别接在变频器的两个输出继电器常开和常闭触电上。

3罗茨风机节能分析及计算

3.1公式分析

当风机转速从n变到n′后，风量Q、风压H及轴功率P的变化关系如下：

Q′=Q×(n′／n)（2）

H′=H×(n′／n)2（3）

P′=P×(n′／n)3（4）

当风机转速低于额定转速时的节电量为:

E=[1一(Q／Qn)3]×P×T(kWh)（5）

式中：Qn为额定转速时的流量；T为时间；Q为实际流量；P 为额定转速时电机功率。

3.2节能计算

罗茨风机配备电机型号为Y225S-4B3，额定功率37kw,额定电压380V,额定频率50HZ,额定电流69.8A，额定转速1280转/分，电机在额定转速时的输出功率为30KW,根据中试厂管网负荷的要求，变频器设定频率为40HZ,电压285V,转速950转/分，运行工况以24小时连续运行，全年运行时间在365天为计算依据。则变频调速时每年的节电量为：

Wb=30×24×[1—（40/50）3]×365=128246.4kW·h

采用挡板调节（挡板开度）时，因风机转速不变，故风机特性曲线不变，但挡板调节后管网的特性曲线上移，即电机需要克服管网和挡板的阻力增加，在用挡风板控制额定风量100%输出与风量减半50%输出时，轴功率P2比P1比减少不多。变频调节设定40HZ时，风量为额定转速的80%，电机实际输出功率为P′=P×(n′／n)3=30×（40/50）3=15kw,挡板调节时，相同风量（80%）时，电机轴功率降低很小，粗略估算为额定风量时的95%，则挡板开度时的节电量为Wd=30×（1－95%）×24×365=13140 kW·h

相比较多出的节电量为：W=Wb－Wd=128246.4－13140=115106.4kW·h

每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年比采用挡板调节多节约电费115106.4×0.5=

57553.2元。

4 结语

随着变频技术的发展，作为大容量传动的国产变频调速技术也得到了广泛的应用，在电力行业对于许多大功率的辅机设备推广和采用变频技术，不仅可以取得相当显著的节能效果，而且也得到了国家产业政策的支持，代表了今后更多行业节能技术的方向。目前，很多行业越来越多的人员对此都形成广泛的共识。

参考文献

[1]陈伯时.变压变频原理及应用［Ｍ］．上海:上海交大出版社,2002．

[2]林水生.变频器原理与应用［Ｍ］．西安:西安电子科技大学出版社，2001．

[3] MICROMASTER 430变频器使用说明书［S］．德国: 西门子公司,2004.