CN101363446B - 风机节电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风机节电装置。所述风机节电装置包括：风压检测单元，用于检测所述风机输出风的压力并得到所述压力信号；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述风机电机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述风压检测单元得到的所述压力信号，根据压力风量关系得到风机的实测风量，预先测定所述实测风量与需要调整的风机电机运转频率的对应关系，在所述实测风量大于工作风量要求时，计算出将风机电机运转频率调整到足以使所述风机输出风压力达到预设数值的变频信号，输出所述变频信号到所述变频处理单元。本发明可有效降低风机的能耗。

Description

风机节电装置

技术领域

本发明涉及风机，特别是涉及采用变频技术的风机。

背景技术

现有技术有关设计规范规定，工厂车间的风量裕度为5％～10％，风压裕度为10％～15％。在设计过程中，因很难计算管网的阻力、还需考虑到长期运行过程中发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为风机选型的依据。但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上靠，因此，目前安装风机后车间风量、风压裕度大于20～30％比较常见。

其中，一种现有技术风机在运行时，靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性，靠调节风门、风道档板或阀门的开度来调节风机风量的方法，称为节流调节。在节流调节过程中，风机固有特性不变，仅仅靠关小风门、挡板或阀门的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机，水泵的节能运行。

另一种现有技术风机采用调速控制装置，通过改变风机的转速，从而改变风机风量以适应生产工艺的需要，这种调节方式称为风机的调速控制。风机以上述调速控制方式运行能耗较省，综合效益较高。交流电机的调速方式有多种、其中变频调速是高效的调速方案，变频调速的输出频率是人为采用可调电阻设定。

发明人在实践中发现，现有技术采用变频调速的风机难以工作在最佳模式，原因是其输出频率采用人为可调电阻设定，人为因素较大，难以根据现场的实际情况精确调节风机在较优模式下工作，因此风量、风压裕度经常处在不合理状态，浪费电能；并且由于无动态调节功能，风机维护的人工和时间成本高。

发明内容

为解决现有技术风机难以精确调节在较优模式下工作而造成电能浪费的技术问题，本发明提供一种节能的风机节电装置和风机。

为解决上述技术问题而提供的本发明技术方案是：提供一种风机节电装置，包括：风压检测单元，用于检测所述风机输出风的压力并得到压力信号；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制风机电机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述风压检测单元得到的所述压力信号，根据压力风量关系得到风机的实测风量，预先测定所述实测风量与需要调整的风机电机运转频率的对应关系，在所述实测风量大于工作风量要求时，依据所述对应关系，计算出将风机电机运转频率调整到足以使所述风机输出风压力达到预设数值的变频信号，输出所述变频信号到所述变频处理单元。

为解决上述技术问题而采用另一本发明技术方案：一种风机，包括电机和控制电机运转频率的风机节电装置，所述风机节电装置包括：风压检测单元，用于检测所述风机输出风的压力并得到压力信号；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制风机电机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述风压检测单元得到的所述压力信号，根据压力风量关系得到风机的实测风量，预先测定所述实测风量与需要调整的风机电机运转频率的对应关系，在所述实测风量大于工作风量要求时，依据所述对应关系，计算出将风机电机运转频率调整到足以使所述风机输出风压力达到预设数值的变频信号，输出所述变频信号到所述变频处理单元。

以上技术方案可以看出，区别于现有技术风机因难以精确调节在较优模式下工作而造成电能浪费的技术问题，本发明通过自动检测风机的输出风压得到风机当前的实测风量。一旦检测到的实测风量大于所述工作风量要求时，则自动发送变频信号降低风机电机的运转频率，调节风机过高的风量输出，最终可以使风机的实测风量与工作风量要求相一致，在不影响风机工作的同时降低风机电机的运转频率，实现有效节能的目的；本发明采用全闭环自动控制系统，减少或免去了人工操作的时间，容易实现、提高效率而且成本低。

附图说明

图1是本发明风机实施方式的原理框图；

图2是本发明风机节能原理示意图；

图3是本发明风机节电装置实施方式的原理框图。

具体实施方式

由流体力学理论可知，大部分流体传输设备(如离心式油泵、风机等)的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P(扬程)与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：

Q＝K1×n

P＝K2×n2

N＝Q×P＝K3×n3(K1、K2、K3为比例常数)

由上述原理可知，降低风机中电机的转速，其的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3＝0.512。

并且从前述分析中可知，风机电能浪费问题的最直接原因是风机的风量输出与工作风量要求不相适应，在不需要很大风量时却输出了较大风量，风量裕度过大。针对此问题，发明人经长期实践证明，在风机中接入本发明风机节电装置，形成全闭合控制系统，在工作风量要求低时利用变频技术降低风机的电机运转频率来降低风机的风量输出，结合上述的流体力学分析能取得明显的节能效果，节电率比较高。以下结合附图详细描述本发明。

图1是为实现上述技术效果而提供的本发明风机实施方式之一：

所述风机包括电机和控制电机运转频率的风机节电装置。所述风机节电装置包括：

状态检测单元，用于检测并得到所述风机控制系统的工作状态信号；

风压检测单元，用于检测所述风机输出风的压力并得到所述压力信号；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述风机电机的运转频率；

中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述风压检测单元得到的所述压力信号，根据压力风量关系得到风机的实测风量，在所述实测风量大于工作风量要求时，输出要求降低所述风机电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。

上述的本发明风机实施方式主要是在现有技术风机的基础上改进风机节电装置，通过自动检测风机的风压得到风机当前的实测风量。一旦检测到的实测风量大于所述工作风量要求时，则自动发送变频信号降低风机电机的运转频率，调节风机过高的风量输出，使风机的实测风量与工作风量要求相一致，实现节能的技术效果。

采用上述本发明，风机的电机不再是在额定转速运转，而是改由变频处理单元根据风机实际需求进行调速运行，形成全闭环控制系统。调速的结果使风机工作处于较优或最优模式，节省电能消耗的同时节省人工成本。

在其他本发明风机实施方式中，所述中央处理单元中输出变频信号的操作由降频计算单元处理，比如积分(PID)调节器。所述降频计算单元用于在所述实测风量大于工作风量要求时，得出将所述风机电机运转频率降低到足以使所述风机输出的实测风量与工作风量要求相一致的变频信号，并输出变频信号到所述变频处理单元。

这里的将所述风机电机运转频率降低到足以使所述风机输出的实测风量与工作风量要求相一致，是指预先测定所述实测风量与需要调整的风机电机运转频率的对应关系，只要检测到风机输出风的风压并得出对应的实测风量，就能依据所述对应关系，计算出将风机电机运转频率调整到足以使后续的风机输出风压力达到设定数值的变频信号。

图2为风机风压H-风量Q曲线特性图，以说明本发明的节能原理。其中：

n1-代表风机在额定转速运行时的特性；

n2-代表风机降速运行在n2转速时的特性；

R1-代表风机管路阻力最小时的阻力特性；

R2-代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1×OQ1的面积。

在风机额定转速的情况下，根据工艺要求需减小风量到Q2，现有技术的方法是通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到H2，这时风机所需的功率正比H2×Q2的面积，即正比于BH2×OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能。

采用本发明上述实施方式后，通过风压检测单元检测风量，然后根据现场实际风量要求，可以通过PID调节器控制风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3。这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3×OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的，同时并不影响风机的正常工作。

此外，可以增加人机界面以方便观测和操作，比如增加连接所述中央处理单元的LCD界面、PVC键盘以及LED指示灯。

请参阅图3，是本发明提供的风机节电装置实施方式之一，其包括：

状态检测单元，用于检测风机控制系统的工作状态信号；

风压检测单元，用于检测所述风机输出风的压力并得到所述压力信号；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述风机电机的运转频率的运转频率；

中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述风压检测单元得到的所述压力信号，根据压力风量关系得到风机的实测风量，在所述实测风量大于工作风量要求时，输出要求降低所述风机电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。

在另一本发明风机节电装置中，所述计算出将风机电机运转频率调整到足以使后续的风机输出风的压力达到设定数值的变频信号，可以由积分(PID)调节器处理完成。

所述变频处理单元可以采用正弦波脉宽调(SPWM)的自关断器件，变频调速范围能适应各种调速设备的要求。控制精度高，变频处理单元的数字设定分辨率为±0.01％，模拟设定分辨率为±0.1％。

所述变频处理单元变频器为容性负载，可有效改善电机的功率因数，减少无功损耗；还具有过流、过压、过载、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保证整个系统的正常运作；变频拖动系统的启动、停止及速度转换过程平稳顺畅，舒适感较好；有“手动”“自动”两种工作模式，在变频器出现故障的情况下，仍可按手动工作方式继续运行；并且还具有电压、电流、功率因数、频率等显示功能。

所述中央处理单元可以是可编程控制器(PLC)，或者由PLC、PID调节器及一体化节电器组成的计算单元，又或者是由压力比较器、PLC以及PID调节器组成的计算单元，根据实际工况进行调节输出功率。由压力比较器、PLC以及PID调节器组成的计算单元中，压力比较器中设有设定压力，与来自风压检测单元的风压信号进行比较，将差值经PLC输入到所述PID调节器。

以上可以看出，本发明风机节电装置可跟踪风机输出风压力的变化以及实际工作风量要求，自动调节风机电机的转速，调节风机的风量，使实测风量与工作风量要求保持一致，不影响风机正常工作的同时降低能耗。

同时，风机节电装置的软启动功能及平滑调速的特点可实现对风机的平稳调节，并可延长机器的使用寿命。

以上对本发明所提供的一种风机和风机节电装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种风机节电装置，其特征在于，包括：

风压检测单元，用于检测所述风机输出风的压力并得到压力信号；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制风机电机的运转频率；

中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述风压检测单元得到的所述压力信号，根据压力风量关系得到风机的实测风量，预先测定所述实测风量与需要调整的风机电机运转频率的对应关系，在所述实测风量大于工作风量要求时，依据所述对应关系，计算出将风机电机运转频率调整到足以使所述风机输出风压力达到预设数值的变频信号，输出所述变频信号到所述变频处理单元。

2.根据权利要求1所述的风机节电装置，其特征在于，所述中央处理单元中输出变频信号的操作由积分调节器处理。

3.根据权利要求1所述的风机节电装置，其特征在于，所述变频处理单元是采用正弦波脉宽调的自关断器件。

4.根据权利要求1所述的风机节电装置，其特征在于，所述中央处理单元是可编程控制器。

5.一种风机，包括电机和控制电机运转频率的风机节电装置，其特征在于，所述风机节电装置包括：

风压检测单元，用于检测所述风机输出风的压力并得到压力信号；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制风机电机的运转频率；

中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述风压检测单元得到的所述压力信号，根据压力风量关系得到风机的实测风量，预先测定所述实测风量与需要调整的风机电机运转频率的对应关系，在所述实测风量大于工作风量要求时，依据所述对应关系，计算出将风机电机运转频率调整到足以使所述风机输出风压力达到预设数值的变频信号，输出所述变频信号到所述变频处理单元。

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