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施耐德变频器在奇幻城钢化炉风机中的节能应用
来源:奇幻城娱乐   发布时间:2014-05-09
1  引言   
       随着变频技术的成熟和变频器的广泛应用,在当前能源日益紧张的情况下,将电机变频调速技术用于风机的风量控制,用调节电机转速来调节风量的方法,取代传统的风机恒速运行、依靠百叶阀门调节风量的方法,节能效果十分显著。本文以一台奇幻城玻璃钢化炉功率为250kW的离心风机为例,介绍施耐德ATV61变频器对钢化炉风机调速的节能应用。
2  风机变频调速节能原理
2.1 风机的负载特性及基本数量关系    风机为变转矩类负荷,其风量风压及功率关系为:       
   
其中: Q-风量        H-风压        P-功率           n-转速
2.2 风机变频调速节能原理分析    由以上风机的风量、风压及功率关系可见:   
(1)在风量需求小于风机的额定风量时,即,电机工作在额定转速以下,降低风机转速,可以方便地调节风机的鼓风量。   
(2)随着风机转速的降低,电机的轴功率相应减小,其消耗的电功率明显下降。   
(3)因此,对于风机负载,采用变频调速技术取代百叶阀门调节风量,有显著的节能效果。
钢化炉风机节能预估:  
(1)当转速减少到额定转速的85%时(对应风量减少到额定风量的85%),其电机的轴功率将减少到额定功率的61%;    
(2)钢化炉风机维持在待机状态,风机转速减少到额定转速的20%时,此时电机的轴功率仅为额定功的0.008%。由此可见,风机采用变频调速,节能效果非常明显。
2.3 风机的变频调速与施耐德ATV61型变频器
      风机大多是三相异步电动机。从电机学知,三相异步电动机的转速与电源的频率成正比,改变电机的供电电源频率,电机转速即可成正比地改变,这就是众所周知交流电机变频调速基本原理。所以,用变频器对风机供电,改变供电电源的频率即可调节风机转速,起到非常理想的节能降耗效果。   
      施耐德ATV61型变频器是一款专门针对风机水泵而设计的变频器,它以“简、易、精、智”的特点,在工业风机控制中得到广泛应用。
3  玻璃钢化炉设备与钢化工艺
3.1 玻璃钢化炉设备   
      玻璃钢化炉是将普通玻璃经加热到软化的温度后,利用强大的气流急冷,使玻璃淬冷制造成钢化玻璃的设备。其组成如图1所示。
                                                                            图1  玻璃钢化炉组成图
      由图1可知,玻璃钢化炉由上片台、往复式加热室、吹风淬冷区、下片台等组成。
3.2 玻璃钢化过程与工艺   
      玻璃钢化炉的玻璃钢化工艺主要由两部分组成,即加热和淬冷。   
(1)先将普通玻璃在往复式加热室中均匀受热到玻璃软化点,使玻璃软化后进行极速淬冷来完成玻璃钢化。   
(2)淬冷使用的吹风来自一台功率为250kW的离心风机。   
(3)根据玻璃薄厚不同,离心风机转速按控制系统上位机设定的参数,产生流量大小不同的强大气流,均匀地对玻璃的正反面进行吹风淬冷。   
(4)经过钢化淬冷后的玻璃,在其表面形成压应力,当玻璃承受外力时,首先抵消表层应力,从而提高了承载能力,改善了玻璃抗拉强度。
4  钢化炉的变频节能控制
4.1 节能控制电气原理   
      钢化炉的风机变频节能改造电气原理如图2所示。其中ATV61是施耐德公司一款专门针对风机水泵而设计的变频器。
                                                                                    图2  电气原理图
      淬冷离心风机由ATV61HC25N4变频器供电和调速控制。LI1与+24V间连接启动/停止选择开关;AI2/COM为模拟量输入端口,接受来自PLC的4-20mA模拟量电流信号,用来控制变频器的输出频率。整个电路十分简洁。
4.2 节能控制及变频器参数设定   
      变频器在PLC的控制下,根据需要进行频率变换,使风机在最佳的节能状态下运行。   
(1)风机待机阶段    当玻璃在加热阶段的过程中,风机处于待机状态,风机出口的风闸关闭。PLC输出约7.2mA模拟量信号给变频器,变频器对应输出频率为10Hz,风机待机运行。风机待机状态,维持较低频率运行,以便在需要淬冷时,风机能及时加速到淬冷需要的转速。    待机状态,风机转速只需额定转速的20%,电机的轴功率仅为额定功的0.008%。经测试,此时一台250kW的风机测得的电流只有4A左右,消耗的电能同直接用市电驱动风机相比,几乎可以忽略不计。   
(2)淬冷前30秒风机提速阶段    当受热软化好的玻璃即将输送至吹风淬冷区的前30秒,按照上位机的频率设定PLC输出相应的模拟量值给变频器,变频器对应输出40-50Hz的交流电,使风机加速到设定的淬冷转速,这一阶段风机转速从待机状态加速达到额定转速的80%-100%。对于厚度为5.8-4.0mm的汽车玻璃,这一转速范围此设备即可达到其需要的淬冷风量和风压要求。   
(3)玻璃淬冷钢化阶段    受热完成后的高温玻璃快速输送到吹风淬冷区后,风闸迅速拉开,强大流量的气流经风管进入风栅,均匀地吹在玻璃上下表面,使玻璃极速淬冷,达到钢化的目的。
      淬冷阶段根据玻璃厚薄不一,所需风量不同,即风机转速不同。除部分厚度为4.3mm以下的玻璃外,一般风机运行在额定频率的85%以下,此设备即可满足大部分玻璃淬冷工艺要求。由于风机的转速在额定转速85%时,其输出轴功率为额定功率的61%,淬冷过程中,采用变频调速与使用百叶阀门来调节风量比较,节电效果明显。    附表是一台功率为250kW的钢化炉离心风机采用ATV61变频器的参数设定。
附表  变频器参数设定
这里需要特别注意的是:   
●  对变频器自整定操作前,必须正确设置所有电机参数。   
●  加速时间和减速时间的设定最为关键。加速时间过短,风机的加速电流将很大;加速时间过长,将导致玻璃到达吹风淬冷区时还未完成加速过程,影响玻璃钢化效果;减速时间不宜过短。   
●  用户应根据实际情况进行参数设定和调试。
5  结束语   
      对钢化炉风机进行变频节能改造后,风机的用电量大幅度下降,节能效果非常显著,同时风机转速下降,降低了机械磨损,减少了风机的故障率和提高了风机的使用寿命,经济效益巨大。
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