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[摘 要]通过对宽带钢加热炉助燃风机系统现状进行分析，从循环经济角度及能源利用出发，对其进行变频节能技术改造，大大降低了用电成本，达到了预期的节电效果，实现了降本增效的目的，提高了宽带钢市场竞争力。
[关键词]变频器 节能技术 改造方案
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-579-01
能源工业作为国民经济的基础，能源紧张日趋严重，节约能源对于全社会的发展都显得极为重要。当前全球经济发展过程中，能源紧张制约了相当多发展中国家的经济增长，能源问题成为全球的问题。因此，如何有效利用能源是当前工业生产中重要的研究课题，作为能源消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类等设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的20%，维护成本高。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品竞争力的重要手段之一。 变频调速技术，正是顺应了工业生产现代发展的要求，在我国工业生产中电机传动设备中得到广泛应用。卓越的调速性能、显著的节电效果，提高设备利用率，从而降低电机功耗达到系统高效运行的节能降耗目的。
1、助燃风机运行现状分析
带钢加热炉助燃风机由四台功率是355KW的风机组成，通过对现场观察分析及正常运行状况下研究，助燃风机开度都在50%以下状况运行，设备负载率低。造成能耗浪费严重，相应设备节流损失，维护成本费用较高，同时风机如果直接启动电流较大，严重影响设备寿命，严重影响宽带钢降本增效的方针。
2变频节能原理
2.1、变频降速节能：
为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。如图1所以。
风机和水泵是典型的变转矩负载。变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。风机和水泵的电动机的轴功率P与其流量（风量）Q，扬程（压力）H之间的关系式如下：P∝Q×H
当流量由Q1变化到Q2时，电动机的转速为N1、N2，Q、H、P相对于转速的关系如下：
Q2=Q1×（N2/N1）（1）
H2=H1×（N2/N1）2 （2）
P2=P1×（N2/N1）3 而电动机的轴功率P和转矩T的关系为：
T∝P/N 因此： T2=T1×（N2/N1）2 （3）
由式（2）和式（3）可以看出，风机和水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。图1（a）显示出了风机和水泵的扬程（压力）与风量（流量）的关系曲线，图1（b）显示出转矩与电机速度的关系曲线：
从图1中可以看出，在低速时，功率会有很大的下降。由于风机或水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时风机和水泵效率很低，机械磨损大，容易损坏电机。从理论上讲，速度降低10%时会带来30%左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效果。
2.2 动态调整节能：
迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。 在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F 曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。
2.3、变频器软启动节能：
在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收6- 7倍的电机额定电流，会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。采用软启动后，启动电流可以从0开始达到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击和对供电容量的要求，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。
2.4、功率因数补偿节能
电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。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，绕组由于其感抗作用。对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，设备使用效率低下，浪费严重。采用变频节能调速器后，由于其性能为：公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S-视在功率，P-有功功率，Q-無功功率，COSФ-功率因数，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。
3改造方案
3.1 主电路改造
对于需要水电阻或软启动器起动的高压风机由原来的单一工频电源供电改造为工频变频双电源供电，两者可以随时进行手动切换。本方案的每台变频器均采用一拖一方式运行，选用一台匹配功率的变频器、同时配备工频旁路系统，水电阻切换系统，以备在必要的情况下，电机能在工频下运行。
3.2鼠笼型高压电机
对于355KW/10KV设备，QF为上级用户高压柜开关。其中QS1，QS2，QS3为隔离柜的手动隔离开关；KM1，KM2，KM3为工频旁路柜的高压真空接触器，QS2，QS3或KM2，KM3之间机械或电气互锁。对于需要水电阻启动（笼型）的高压风机由原来的单一工频电源供电改造为工频、变频双电源供电，两者可以随时进行手动切换.
4结束语
通过对加热炉助燃风机进行变频改造后，降低了设备损害，降低了设备维护费，大大节约了电耗，调速和控制精度有了进一步提高，更容易控制风量，从而优化生产流程，提高产品质量，取得了良好的经济效益。
参考文献：
[1]杨威，潘宇妮.变频电源在风机测试中的应用[J]，变频器世界，2009（11）
[2]唐贤军，金立坤，陈均，付欣欣.热风炉助燃风机变频调速技术的应用[J].节能技术，2005（02）
[3]蒋裕，程旺生，彭鹏，张兴丰.热风炉节能增效技术在马钢2500m～3高炉的应用[J].安徽冶金，2011（02）
[关键词]变频器 节能技术 改造方案
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-579-01
能源工业作为国民经济的基础，能源紧张日趋严重，节约能源对于全社会的发展都显得极为重要。当前全球经济发展过程中，能源紧张制约了相当多发展中国家的经济增长，能源问题成为全球的问题。因此，如何有效利用能源是当前工业生产中重要的研究课题，作为能源消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类等设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的20%，维护成本高。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品竞争力的重要手段之一。 变频调速技术，正是顺应了工业生产现代发展的要求，在我国工业生产中电机传动设备中得到广泛应用。卓越的调速性能、显著的节电效果，提高设备利用率，从而降低电机功耗达到系统高效运行的节能降耗目的。
1、助燃风机运行现状分析
带钢加热炉助燃风机由四台功率是355KW的风机组成，通过对现场观察分析及正常运行状况下研究，助燃风机开度都在50%以下状况运行，设备负载率低。造成能耗浪费严重，相应设备节流损失，维护成本费用较高，同时风机如果直接启动电流较大，严重影响设备寿命，严重影响宽带钢降本增效的方针。
2变频节能原理
2.1、变频降速节能：
为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。如图1所以。
风机和水泵是典型的变转矩负载。变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。风机和水泵的电动机的轴功率P与其流量（风量）Q，扬程（压力）H之间的关系式如下：P∝Q×H
当流量由Q1变化到Q2时，电动机的转速为N1、N2，Q、H、P相对于转速的关系如下：
Q2=Q1×（N2/N1）（1）
H2=H1×（N2/N1）2 （2）
P2=P1×（N2/N1）3 而电动机的轴功率P和转矩T的关系为：
T∝P/N 因此： T2=T1×（N2/N1）2 （3）
由式（2）和式（3）可以看出，风机和水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。图1（a）显示出了风机和水泵的扬程（压力）与风量（流量）的关系曲线，图1（b）显示出转矩与电机速度的关系曲线：
从图1中可以看出，在低速时，功率会有很大的下降。由于风机或水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时风机和水泵效率很低，机械磨损大，容易损坏电机。从理论上讲，速度降低10%时会带来30%左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效果。
2.2 动态调整节能：
迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。 在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F 曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。
2.3、变频器软启动节能：
在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收6- 7倍的电机额定电流，会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。采用软启动后，启动电流可以从0开始达到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击和对供电容量的要求，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。
2.4、功率因数补偿节能
电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。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，绕组由于其感抗作用。对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，设备使用效率低下，浪费严重。采用变频节能调速器后，由于其性能为：公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S-视在功率，P-有功功率，Q-無功功率，COSФ-功率因数，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。
3改造方案
3.1 主电路改造
对于需要水电阻或软启动器起动的高压风机由原来的单一工频电源供电改造为工频变频双电源供电，两者可以随时进行手动切换。本方案的每台变频器均采用一拖一方式运行，选用一台匹配功率的变频器、同时配备工频旁路系统，水电阻切换系统，以备在必要的情况下，电机能在工频下运行。
3.2鼠笼型高压电机
对于355KW/10KV设备，QF为上级用户高压柜开关。其中QS1，QS2，QS3为隔离柜的手动隔离开关；KM1，KM2，KM3为工频旁路柜的高压真空接触器，QS2，QS3或KM2，KM3之间机械或电气互锁。对于需要水电阻启动（笼型）的高压风机由原来的单一工频电源供电改造为工频、变频双电源供电，两者可以随时进行手动切换.
4结束语
通过对加热炉助燃风机进行变频改造后，降低了设备损害，降低了设备维护费，大大节约了电耗，调速和控制精度有了进一步提高，更容易控制风量，从而优化生产流程，提高产品质量，取得了良好的经济效益。
参考文献：
[1]杨威，潘宇妮.变频电源在风机测试中的应用[J]，变频器世界，2009（11）
[2]唐贤军，金立坤，陈均，付欣欣.热风炉助燃风机变频调速技术的应用[J].节能技术，2005（02）
[3]蒋裕，程旺生，彭鹏，张兴丰.热风炉节能增效技术在马钢2500m～3高炉的应用[J].安徽冶金，2011（02）