变频调速技术在罗茨风机上的应用研究
变频技术在风机、泵类负载节能中的应用
变频技术在风机、泵类负载节能中的应用摘要：本文通过变频调速在风机、水泵类设备上的应用，阐述了风机、水泵变频调速的节能原理。
介绍了风机、水泵负载对变频器的性能要求。
关键词：变频器；风机、水泵；节能；0.前言我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。
造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。
由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。
因此推广交流变频调速装置效益显著。
1.变频调速节能原理1.1变频节能由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果风机、水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。
即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％。
2.2 功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
罗茨风机改造方案
罗茨风机改造方案一、罗茨风机工作原理三叶罗茨鼓风机是一种双叶轮同步压缩机械，每个三叶型转子用两个轴承支承,利用一对同步齿轮,使两个转子的相对位置始终保持不变。
属容积式鼓风机，具有强制输气特征。
作为回转式机械，具有比较稳定的工作特性，转子与转子、转子与泵体、转子与侧盖之间都有微小间隙，因而工作腔内没有摩擦,无接触磨损部分；经济耐用，无需润滑，使用寿命长，动力平衡性好。
运转一周有六次吸排气过程，容积效率高。
结构简单，使用维护方便，不需要内部润滑，输送的介质不含油等特点。
泵转子的支承采用了可靠的消隙结构,转动部件作细致的动平衡,并采用高精度的斜齿轮,因此,运行平稳,噪声低,使用更加可靠,可在高压差下长期运行。
动密封部位采用了进口的专利技术,并采用进口油封,控制轴封处的跳动量小于0.01mm。
二、现场情况根据现场的观察和操作工的描述：现场电机的型号为：Y315MI-6、额定电流为168.8A、额定转速为980r/min、额定电压为380V、运行电流100A左右；风门的开度为50%-90%之间（根据现场操作工的介绍）；那么我们以阀门最大的工作状态进行分析：贵厂风机为90KW（风门开度实际为90%）计算风机功率为：90KW实际使用的功率是电动机额定功率的85%。
按照每年工作300天，一天工作24小时，每度电0.5元计算每年的电费理论值为（1KW×1小时=1度电）：90KW×300天×24小时×0.5元×85%≈27.6万元三、投资回收期应用变频器将风门完全开启，将风机转速将为原有转速的85%，即（按最高频率），频率为42.5HZ，那么实际运行效率为：运行率%=[1-（1-15%）3]×100%=61.5%理论计算电费应为：90KW×300天×24小时×0.5元×61.5%=19.9万元/年节省电费为：27.6-19.9=7.7万元/年（那么一年就可以收回投资成本）四、改造方法及线路图我们改造遵循小改动，高效率的原则；所以以前的线路我们不动，只是在以前的线路和电动机之间，加上我们的变频装置，在变频工作模式下，由变频器输出的电压来驱动风机；在工频模式下由以前的市电来驱动风机；从以前的电源端引三相380v的电压到我们的变频器QF端，作为我们变频器的工作电压，再由我们变频器的输出端（U、V、W）输出我们所需要的三相可变电源来控制我们风机电动机的转速；从而达到我们所需求的风量，使电机在最佳的模式下运行。
变频器在风机中的应用
变频器在风机中的应用变频器是一种电子控制设备，可以将电源电压与频率转换成可控电源电压输出。
在风机的应用中，变频器可以改变电动机的转速，并控制风机的流量，使得风机在不同的工作状态下能够实现最佳效率。
一、变频器在节能方面的应用1.1 恒定流量控制传统风机在运行时通常采用阀门、叶片调节或变速装置的方式进行调整。
这种调节方式既能耗费大量电能，又易损坏风机，操作也不便捷。
而使用变频器能够实现恒定流量控制，可根据要求调整风机转速，以实现稳定的风量输出。
1.2 节省能源传统的风机调节方式需要消耗很多能源，而使用变频器可以降低电机启动时的电流冲击，减少电机的能量损失，从而达到节约能源的目的。
同时，变频器还能够根据实际负载调整风机的转速，以满足系统的需求。
二、变频器在风机中的应用2.1 变频器调速通过变频器控制风机转速可以满足不同风量需求的场景以及不同的运行状态要求。
在低负荷运行环境下，通过变频器调速可以减少风机的能量损失，实现节能。
2.2 风机起停控制在工业生产环境中，风机起停控制具有很高的要求。
变频器可以通过外部控制触发，实现风机的起停控制，并且由于变频器的反应速度较快，能够及时响应外部控制信号，保障风机的安全运行。
2.3 数字化化管理在现代化的风机管理中，变频器的应用可以使得风机运转更加稳定，同时还能够实现数字化智能管理。
根据实际运行状态调整变频器控制参数，可以提高风机的运行效率，延长风机的使用寿命，为企业带来更多的经济收益。
总结：变频器可以为风机提供更加稳定和高效的控制方式，带来更多的经济效益。
同时，变频器应用的数字化化管理也有助于让企业更加清晰地把握风机的使用状况，提供科学依据，为企业的运营管理带来更好的智能化服务。
变频器在风机控制中的应用
变频器在风机控制中的应用随着科技的不断发展，变频器在工业控制领域中的应用越来越广泛。
在风机控制方面，变频器的应用可以提供更好的能效、精确的控制和稳定的运行。
本文将详细介绍变频器在风机控制中的应用。
一、变频器的基本原理变频器是电力电子器件的一种，它可以通过改变电源输入电压的频率和幅值，来调节电机的转速。
通过变频器可以实现电机的无级调速，从而使风机的转速可以根据需求随时调整。
二、风机控制的需求在许多工业领域中，风机的控制需求非常重要。
比如在通风系统中，需要根据室内温度和湿度的变化来调整风机的运行状态；在空调系统中，需要根据房间负荷的大小来调整风机的风量。
传统的风机控制方法往往采用阀门的开闭来控制风量，但这种方法调节范围有限、能效低下。
而变频器的应用可以解决这些问题，提供更好的控制性能和能效。
三、变频器在风机控制中的优势1. 节能效果显著：变频器通过调整电机的转速，可以根据实际需求精确控制风机的风量。
与传统的调压阀方法相比，变频器可以根据实时负荷需求来调整电机的转速，避免能量的浪费，大幅提高能效。
2. 精确控制：变频器具有高精度的控制特性，可以实现风机转速的无级调节，从而精确控制风机的风速和风量。
这对于一些对风速要求较高的场合非常重要，比如实验室、医院手术室等。
3. 稳定运行：传统的调压阀方法存在压力波动的问题，容易导致风机的运行不稳定。
而变频器能够根据负荷需求精确调整转速，使风机运行平稳，不易出现波动。
四、变频器在风机控制中的应用案例1. 通风系统中的变频器应用：在大型建筑物的通风系统中，通过变频器可以根据不同时间段和不同区域的负荷需求，精确调整风机的运行状态，从而提供更好的室内舒适度和能效。
2. 空调系统中的变频器应用：在空调系统中，通过变频器可以根据房间的热负荷变化，调整风机的风量，实现节能运行。
同时，变频器还可以实现空调系统的精确控制，提供更好的温度和湿度控制效果。
3. 工业生产中的变频器应用：在一些工业生产过程中，需要通过风机来实现物料的输送、处理和干燥等操作。
变频器在罗茨风机上的使用
２
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维普资讯
变频器在 罗茨风机上的使用
尚再 国 ， 张 斌 ， 郭新 杰 ， 学 忠 王
（ 天水 祁连 山水泥 有 限公 司设 备部 ． 甘肃 天水 ７ １ １ ） ４ ３ ６
由于工 艺线 的改 造 ． 我公 司二 台１ ５ Ｗ罗茨 风 机 ５ｋ
由原 来 １０ ０ 生 产 线 入 窑 生 料 供 料 改为 １５ ０／ 生 ０＠ ０ｔ ｄ 产线 生 料库均 化及入 窑 生料放 库用 ． 在严 重 能力过 存 剩 。为 了解决 这一 问题 ． 我们在 综 合分 析 现有二 台窑
台 数
１
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２
窑 ２ ｔ ２ ２ （ ５０ ）： － ｌ ｘ ３ ２０ ｔ， ｈ ４ ＂ 料库均化及卸料
风置 ： ｍ ／ｉ １ ￣ ｎ ５ ｍ 全压
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Ｓ ３＊５ Ｄ ６ ３
５ｋａ ０Ｐ
风量 １０８ｍＶ ｎ ２ ． ｍｉ 全压 ７ ．ｋ ａ ８４ Ｐ 电机 ± ８ Ｍ一 ５ Ｗ Ｙ２ ０ ４ ５ｋ
现 有 二 台大规 格 的Ｒ ０ 罗茨 鼓 风 机 ，购 置 调速设 备 ６。
改 变罗 茨鼓 风 机 的转 速 ， 取 合理 工作点 集 中控 制供 选
关于罗茨风机的详解!
罗茨风机在污水处理曝气设备中应用广泛，本文从原理到使用维护做一个较详细的介绍！
1、罗茨鼓风机基本原理
罗茨鼓风机系属容积回转鼓风机。
这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。
转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道。
两转子互不接触，它们之间靠严密控制的间隙实现密封，故排出的气体不受润滑油污染。
2、罗茨鼓风机的选型
1、选型
在污水厂鼓风机选型时，风机厂家产品样本上给出的均是标准进气状态下的性能参数，然而风机在实际使用中并非标准状态，当鼓风机的环境工况如温度、大气压力以及海拔高度等不同时，风机的性能也将发生变化，设计选型时就不能直接使用产品样本上的性能参数，而需要根据实际使用状态将风机的性能要求，换算成标准进气状态下的风机参数来选型。
2、压力。
变频调速技术在风机、水泵控制系统中的应用
领域 普 遍 ； 电 能 耗 损 和 譬 如 阀 门 、 扳 有 关 配 置 的 节 流 亏 损 以 及 如 下 关 系 ： 其 档
保 护 、 理 花 费 占 到 制 造 工 本 的 ７ ２ ％ 。 一 笔 非 常 大 的 制 造 花 费 修 ％一 ５ 是 花 销 。随 着 财经 改 制 的不 停 深 人， 业 经 济 的市 场 竞逐 的不 停 加 重 ； 商
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风 机 水 泵 控 制 设 备 现 状
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在 各 种 工 业 用 风 机 、 泵 中 。 锅 炉 鼓 、 风 机 、 井 、 心 泵 水 如 引 深 离 等 ， 部 分 是 额 定 功 率 运 行 ， 机 流 量 的 设 计 均 以 最 大 风 量 需 求 来 大 风 设 计 ， 调 整 方 式 采 用 档 板 ， 门 、 流 、 停 电 机 等 方 式 控 制 。 法 其 风 回 起 无
形 成 闭 环 控 制 ， 很 少 考 虑 省 电 。水 泵 流 量 的 设 计 同 样 为 最 大 流 量 ， 也
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压 力 的调 控 方 式 只能 通 过 控 制 阀 门 的大 小 、 机 的启 停 等 方 法 。 电 电
由上 表 可见 ： 需 求 流 量 下 降 时 ， 节 转 速 可 以节 约 大 量 能 源 。 当 调 例 如 ： 流 量 需 求 减 少 一 半 时 ， 通 过 变 频 调 速 ， 理 论 上 讲 ， 需 当 如 则 仅 额定 功 率 的 １ ５ ， 可 节 约 ８ ． ％ 的能 源 。 ２．％ 即 ７５ 四 、 泵 变 频 调 速 控 制 系 统 的 设 计 水
罗茨风机变频调速范围
工艺需要的罗茨风机变频调速范围
我为一家欧洲罗茨风机制造商工作，时常客户要求罗茨风机变频调速以达到调节风量的目的，尤其是在SBR工艺中。
但是，客户往往不能就风量的调节范围提出明确的要求，而概以“越宽越好”言之。
当压力在5-8米水柱时，我们的罗茨风机可以从100％向下调节到10％～40％，这是目前非常领先的技术水平。
用于确定风机转速下限的标准有三个，任何一个都不能逾越：
1、风机的排气口温度不能超过最高允许值，否则风机的轴承和齿轮将因过热而损坏。
2、风机的进出口温升不能超过最高允许值，否则风机壳体的热变形将超出可控范围。
3、风机的转速不能低于机械最低允许转速，否则甩油盘将不能提供充沛的飞溅润滑。
下图是一张典型的罗茨风机变频调速性能曲线图，横坐标是转速，左边纵轴是风量，右边纵轴是轴功率。
本图中，风机的压力（588mba）是固定的即“水位保持6米不变”，上方的黑实线是“风量-转速”曲线，下方的黑实线是“功率-转速”曲线。
我注意到，通常情况下单机离心风机的风量调节范围也就在30％-100％之间。
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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.。