1、空冷器風機調速改造姓 名：單 位：2013年08月16日摘 要為了控制產品的冷卻溫度，需為空冷器風機的轉速增加調控手段。本次空冷器風機調速改造方案中，采用了變頻調速技術，可實現無級平滑變速傳動。選用變頻器為ABB公司生產，技術非常成熟。本次改造方案的設計中，保留了原有的控制系統作為備用，提高了風機的運行可靠性。但在電路設計中，一、二次控制回路均采取安全措施，雙重電氣聯鎖，保證系統運行安全。文章通過分析變頻器投入運行后的相關運行參數，可以得出以下結論：普通的三相異步電動機也能使用變頻器控制其轉距和轉速，且節能效果良好。關鍵詞：空冷器；三相異步電動機；變頻調速目 錄第1章 引 言- 3 -1.1

2、問題的提出- 3 -1.2 三相異步電動機的調速方法的選擇- 3 -1.2.1 三相異步電動機的工作原理- 3 -1.2.2 空冷器風機驅動系統改造選用變頻調速方法- 3 -第2章 變頻器的工作原理和節能分析- 4 -2.1變頻器工作原理- 4 -2.2風機的特性和節能分析- 4 -第3章 空冷器風機驅動系統變頻改造過程- 5 -3.1 空冷器風機驅動系統介紹- 5 -3.2空冷器風機驅動系統改造方案簡述- 5 -3.3 空冷器風機驅動系統變頻改造主電路介紹及元器件選擇- 6 -3.4 空冷器風機驅動系統變頻改造的控制電路介紹- 9 -3.5變頻器運行參數值設置的幾點說明- 11 -第4章 空

3、冷器風機驅動系統變頻改造節能效果分析- 11 -第5章 空冷器風機變頻改造待改進事項- 13 -第6章 總結- 14 -致謝- 15 -參考文獻- 16 -第1章 引 言1.1 問題的提出*公司一廠的芳烴分離裝置T0102塔產品參數控制不甚理想，經過分析認為是空冷器冷后溫度過低造成的。為此，建議對E0106M1/M2、E0105M1/M2/M3這五臺空冷器的電動機增加調速功能，降低風機轉速，以提高冷后溫度。1.2 三相異步電動機的調速方法的選擇 三相異步電動機的工作原理電動機定子繞組上接入三相交流電時，定子與轉子之間的空氣隙內產生一個旋轉的磁場，它與轉子繞組產生感應電動勢，出現感應電流，此電流

4、與旋轉磁場相互作用，產生電磁轉矩。使電動機轉起來。轉子的實際轉速 比磁場的同步轉速 要慢一點，所以稱為異步電動機， （1-1）式中：為三相交流電源頻率，一般是50Hz；為磁極對數。為轉差率。1.2.2空冷器風機驅動系統改造選用變頻調速方法從（1-1）可見，改變供電頻率f、電動機的極對數p及轉差率s均可達到改變轉速的目的。故三相異步電動機的調速有如下表中七種方法。現針對風機用電動機就七種調速方法加以分析：電動機調速 方法分析說明結論1變極對數調速法電機繞組更改困難，且需增加電機電纜和更改控制系統，改造復雜，造價高。不可行2變頻調速法技術成熟 ，工程改動小，目前變頻器價格也不貴。可行3串級調速法這

5、是針對繞線式電動機，風機電動機為籠型電動機。不可行4繞線式電動機轉子串電阻調速法5定子調壓調速法技術落后，效率低下。不可行6電磁調速電動機調速法這是針對電磁調速電動機。如更換電動機，其安裝很困難，需改動電動機的安裝方式和與風機的聯接傳動方式，改動非常復雜，投入成本高。不可行7液力耦合器調速法這里電動機是立式安裝，根本不可能安裝液力耦合器裝置。不可行由式（1-1）可以看出，對于三相異步電動機，改變輸入電源的頻率就可以改變電動機的轉速，進而達到異步電機調速的目的。綜上所述，本次空冷器風機驅動系統改造選用變頻調速方法。第2章 變頻器的工作原理和節能分析2.1變頻器工作原理變頻調速系統主要設備是提供變

6、頻電源的變頻器 ,目前國內大都使用交- 直- 交變頻器。圖1交- 直- 交變壓變頻器的原理框圖1上圖繪出了變頻器的原理框圖，它仍是一個交-直-交變壓變頻裝置，只是整流器UR是不可控的，它的輸出電壓經電容濾波后形成恒定幅值的直流電壓，加在逆變器UI上，逆變器的功率開關器件采用全控式器件，按一定規律控制其導通或斷開，使輸出端獲得一系列寬度不等的矩形脈沖電壓波形。在這里，通過改變脈沖的不同寬度可以控制逆變器輸出交流基波電壓的幅值，通過改變調制周期可以控制其輸出頻率，從而同時實現變壓和變頻。2.2 風機的特性和節能分析2風機是傳送氣體的機械設備，是把電動機的軸功率轉變為流體的一種機械。風機電機輸出的軸

7、功率為:P=其中：Q-風量； H-風壓；-風機效率；-傳動機構效率。從流體力學原理得知，風機的電動機軸功率P與其風量Q、風壓H之間的關系為：PQ×H當電動機的轉速由n1變化到n2時，風量由Q1變化到Q2，Q、H、P與轉速的關系如下： Q2= Q1× (1) H2= H1×2 (2) P2= P1×3 (3)由上式可以看出，風機的風量與風機的轉速成正比，風壓與轉速的平方成正比，風機的軸功率等于風量與風壓的乘積，即風機的軸功率與風機電機轉速的三次方成正比。由于風機的軸功率是和風機的轉速的三次方成正比，所以當需要對風機降速時，可以大幅度的降低電動機的輸出功率（

8、軸功率），也就可以大量地節約電能。 一般風機使用變頻調速以后可以節約20%50%的電能。第3章 空冷器風機驅動系統變頻改造過程3.1 空冷器風機驅動系統介紹 本次所需改造的空冷器風機有5臺。原控制系統采用傳統的起-保-停控制電路。控制柜安裝于芳烴裝置配電室，操作柱置于風機旁，現場操作，屬遠程異地控制。配電室距風機設備現場約150米左右。風機的電動機為防爆型三相異步電動機，6極，額定功率為30KW，額定電壓為380V。3.2 空冷器風機驅動系統改造方案簡述本次方案中，空冷器冷卻溫度的控制是通過改變空冷器風機的送風量大小來控制的，即通過風機的驅動電動機調速來控制風量。變頻調速目前已經成為主流的調速

9、方案，可實現無級平滑變速傳動。本次采用ABB變頻器ACS510系列，該系統產品適用于風機、泵類設備控制，符合空冷風機運行要求。本次技改，主要針對五臺空冷器風機（E-0105M1/M2/M3,E-0106M1/M2），增加五套變頻調速系統。變頻器集成后組裝在三個控制柜（新增）內。根據現場情況，變頻器控制柜安裝在芳烴裝置配電室。1、控制系統改造原則：保留現有控制系統不變，增加變頻器控制系統。兩控制系統均可獨立工作。從用電安全方面上考慮，兩控制系統之間增加電氣聯鎖。2、在電動機控制系統中設變頻器、原柜控制功能。正常情況下，電動機由變頻器控制，當變頻器發生故障時，切除變頻器，改為原柜控制，不會因變頻器

10、故障造成停機。（1）、由于現場每臺電機只有一個操作柱，這已被現有控制系統占用，故變頻器控制系統只能在配電室控制柜上控制。變頻器工作時，現場操作柱上的指示燈不亮，但操作柱上的電流表有電流指示，可監視電機運行狀況。DCS系統的監控不受影響，與現在操作一樣。（2）、當原柜控制時，變頻器不工作。空冷器現場操作，運行方式與現有運行方式一樣，即現場操作柱上操作。3.3 空冷器風機驅動系統變頻改造主電路介紹及元器件選擇我廠芳烴裝置空冷器電動機增設變頻器控制系統，同時保留原有控制系統，這樣構成雙系統控制。兩控制系統由于工作原理的不同，不能同時工作。在兩套控制系統之間進行切換操作時，有一個短暫停機過程。兩套控制

11、系統之間設置電氣保護聯鎖。圖2 空冷器風機驅動系統圖為便于獨立操作兩套控制回路，特為變頻器提供獨立電源。電源開關單元圖示如下：圖3 變頻器電源柜改造接線圖元器件選擇：(1) 變頻器3根據工藝要求，選用ABB ACS510-30變頻器。該變頻器用于鼠籠式電動機的速度和轉矩控制，模塊化設計，具有體積小、安裝簡便、節能能源、控制準確、安全可靠等特點。適用于水泵、風機類設備驅動。 保護特性：過流保護、過壓保護、欠壓保護、過熱保護、短路保護、接地保護、欠壓緩沖、電機欠/過載保護、堵轉保護等。(2)變頻器專用電抗器 由于我廠電動機距變頻器有150米左右距離，為了改善電網質量，選用ABB變頻器專用電抗器。

12、型號：NOCH 0070-6 REV U1。(3) 進線開關ACS510變頻器本身不包括斷路設備，因此，在交流輸入電源和ACS510變頻器之間，必須安裝斷路設備。這里，選用ABB斷路器，型號為：S2S-160/R63,3極。(4)交流接觸器三相交流電經變頻器轉換輸出后，相序、頻率均發生很大的變化，即使不改變輸出頻率，其輸出的相序也發生變化。下表數據為變頻器在50HZ工作狀態下的實測值：輸入電源（市電）與輸出電源（經變頻后）同相壓差輸入時的相序ABC輸入電源與輸出電源同極壓差328328328 可見，市電經過變頻器的處理后，電的相位已發生位移。其同極構成了相位差，如并線，就會發生“短路”現象，損

13、壞設備。 為防止反串電，在兩控制系統的出線處均增設交流接觸器作為電氣聯鎖。 交流接觸器型號：ABB A63。(5) 排風扇為了更好的為變頻器散熱，我們在變頻器控制柜頂部加裝了兩臺排風扇。排風扇規格選用：6寸。(6)電源開關 為了整個低壓供電系統的安全，每一個回路出線均設一級電源開關作為供電設備的電源開關。 這里選用ABB斷路器，型號為：S2S-160/R80,3極。3.4 空冷器風機驅動系統變頻改造的控制電路介紹 本次空冷器風機驅動系統考慮到工藝需要，其一、二次電氣回路均作了相應更改。圖4 變頻器控制柜主回路圖3說明：KM1和KM2為電氣聯鎖交流繼電器，避免反串電損壞元器件。圖5 變頻器控制柜

14、控制回路原理圖4變頻器及電抗器工作時會產生大量的熱量，故每臺變頻器控制柜頂部均安裝2臺排氣扇。3.5 變頻器運行參數值設置的幾點說明（1）ABB變頻器內置豐富的應用宏，只需選擇需要的應用宏，相應的所有參數都自動設置，輸入輸出端子也將自動配置，這些預設的應用宏配置大大節約了調試時間，減少出錯。（2）電動機的啟動數據設置一定要準確，變頻器的所有運算均以啟動數據為基礎。（3）電動機控制參數值中開關頻率的設置尤為重要。 電動機噪音與開關頻率大小有直接關系。當開關頻率高時，可使輸出波形非常逼近正弦波，這時電動機相對噪音就小。但是，開關頻率也不能設置太高。變頻器自身的功率損耗與開關頻率有關，且隨著開關頻率

15、的提高、功率損耗增大，這樣一則使效率下降，二則使功率模塊發熱增加，對變頻器運行是不利的。 第4章 空冷器風機驅動系統變頻改造節能效果分析下面摘錄了變頻器投入運行前后電動機運行參數。不同頻率下電動機的運行參數不同頻率下電機運行參數設備位號頻率電流轉速功率E-0105M15040.597820.14538.888816.64033.879012.1E-0105M25038.797619.34536.588915.64031.779111.1E-0105M35036.897817.54534.5890144029.27919.8E-0106M15041.397520.74536.188816.340

16、31.679011.83528.47129E-0106M2504297620.54536.888816.34032.979111.93528.97129不同頻率下電機輸出功率圖例示：E-0105M1 E-0105M2 E-0105M3 E-0106M1 E-0106M6從上表中數據可知：轉速降低10%，電動機功率可降低20%；轉速降低20%，電動機功率可降低40%左右；當轉速降低30%時，電動機功率則降低了50%。可見，通過調整電動機的轉速，電動機的輸出功率會隨之有很大的變化。從經濟效益上分析，每年按設備運行8000小時（其中一半的時間運行在45HZ）、每度電費按0.6元計算，可節約電費支出：

17、12萬元。本次空冷器風機驅動系統變頻改造投資共計12.8萬元。由上可知，一年左右就會收回投資成本。除此之外，由于變頻器的調控作用，每年可節約裝置用蒸汽的數量雖無法定量計算，但是可以肯定此項費用比節約的電費支出大很多。下面是海油總公司節能減排監測中心對*公司一廠變頻器技改項目的鑒定評價：*第5章 空冷器風機變頻改造待改進事項由于空冷器風機增加變頻器控制功能屬改造項目，此方案必須保留原有的控制系統，故在方案的制定中，我們要結合生產工藝要求、現場設備安裝與運行情況綜合考慮。有下列兩點問題有待以后改進：1、空冷器風機現場不能操控變頻器現場只有一個操作柱，兩個系統不能共用，主要是從生產工藝的安全角度考慮

18、，而不是從技術角度考慮。因為，空冷器在這套生產裝置中起著關鍵作用，不容其出現任何故障停機。如果增加一個多級轉換開關，雖能在兩套控制系統之間任意轉換，但相應也增加了系統出錯點。2、沒有實現DCS控制（自動控制）由于空冷器本體及進出口管線上沒有安裝溫度傳感器，故DCS不能監測空冷器溫度，因而不能調控變頻器。以后，可在空冷器設備上安裝溫度傳感器，溫度實時數據通過DCS處理后向變頻器發出指令，從而實現風機電動機的轉速隨冷卻溫度的變化而自動調節。第6章 總結變頻器驅動普通三相異步電動機是可行的，目前技術非常成熟，運用廣泛。普通三相異步電動機是可以長期運行在低頻（35Hz）以下（包括恒轉矩負載）。一般風機也可以運行在低頻（35Hz以下），但不可長期運行在50Hz以上，因為轉速的提高，風葉將承受更大的力矩，超出其額定承載能力。本次改造方案中，保留了原有的控制系統作為備用，提高了風機的運行可靠性。但在電路設計中，一、二次控制回路均采取安全技術措施，雙重電氣聯鎖，保證設備運行安全。對于輸出電纜較長時，需在變頻器的輸出端增加電抗器，這樣可以改善供電質量，減小電動機絕緣老化及電纜線損。風機屬冷卻設備，風量的大小決定了所冷卻介質的溫度。對于工藝變化較大的裝置，風機的調速就有了可供操控的空間，這也為生產節能提供了空間。