風機水泵節電裝置的製作方法
2023-05-23 20:26:41 1
專利名稱：風機水泵節電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及風機，特別是涉及採用變頻技術的風機。
背景技術：
現有技術有關設計規範規定，工廠車間的風量裕度為5%~10%，風 壓裕度為10%~15%。在設計過程中，因很難計算管網的阻力、還需考慮 到長期運行過程中發生的各種問題，通常總是4巴系統的最大風量和風壓 裕度作為風機選型的依據。但風機的型號和系列是有限的，往往選取不 到合適的風機型號時就往上靠，因此，目前安裝風機後車間風量、風壓 裕度大於20~ 30%比較常見。
其中， 一種現有技術風機在運行時，靠調節風門或風道擋板的開度 來滿足生產對風量的要求。風機機械特性為平方轉矩特性，靠調節風門、 風道檔板或閥門的開度來調節風機風量的方法，稱為節流調節。在節流 調節過程中，風機固有特性不變，僅僅靠關小風門、擋板或閥門的開度， 人為地增加管路的阻力，由此增大管路系統的損失，不利於風機，水泵 的節能運行。
另一種現有技術風機採用調速控制裝置，通過改變風機的轉速，從 而改變風機風量以適應生產工藝的需要，這種調節方式稱為風機的調速 控制。風機以上述調速控制方式運行能耗較省，綜合效益較高。交流電 機的調速方式有多種、其中變頻調速是高效的調速方案，變頻調速的輸 出頻率是人為採用可調電阻設定。
發明人在實踐中發現，現有技術採用變頻調速的風機難以工作在最 佳模式，原因是其輸出頻率採用人為可調電阻設定，人為因素較大，難 以根據現場的實際情況精確調節風機在較優模式下工作，因此風量、風 壓裕度經常處在不合理狀態，浪費電能；並且由於無動態調節功能，風
才幾維護的人工和時間成本高。
發明內容
為解決現有技術風機難以精確調節在較優模式下工作而造成電能 浪費的技術問題，本發明提供一種節能的風機水泵節電裝置和風機。
為解決上述技術問題而提供的本發明技術方案是提供一種風機水 泵節電裝置，包括風壓檢測單元，用於檢測所述風機輸出風的壓力並 得到所述壓力信號；變頻處理單元，用於接收變頻信號，並依據所述變 頻信號控制所述風機電機的運轉頻率；中央處理單元，用於接收、處理 以及發送信號，包括接收所述風壓檢測單元得到的所述壓力信號，根據 壓力風量關係得到風機的實測風量，在所述實測風量大於工作風量要求 時，輸出要求降低所述風機電機運轉頻率的所述變頻信號到所述變頻處 理單元。
為解決上述技術問題而採用另一本發明技術方案 一種風機，包括 電機和控制電機運轉頻率的風機水泵節電裝f，所述風機水泵節電裝置 包括風壓檢測單元，用於檢測所述風機輸出風的壓力並得到所述壓力 信號；變頻處理單元，用於接收變頻信號，並依據所述變頻信號控制所 述風機電機的運轉頻率；中央處理單元，用於接收、處理以及發送信號， 包括接收所述風壓檢測單元得到的所述壓力信號，根據壓力風量關係得 到風機的實測風量，在所述實測風量大於工作風量要求時，輸出要求降 低所述風機電機運轉頻率的所述變頻信號到所述變頻處理單元。
以上技術方案可以看出，區別於現有技術風機因難以精確調節在較 優模式下工作而造成電能浪費的技術問題，本發明通過自動檢測風機的 輸出風壓得到風機當前的實測風量。 一旦檢測到的實測風量大於所述工 作風量要求時，則自動發送變頻信號降低風機電機的運轉頻率，調節風 機過高的風量輸出，最終可以使風機的實測風量與工作風量要求相一 致，在不影響風機工作的同時降低風機電機的運轉頻率，實現有效節能 的目的；本發明採用全閉環自動控制系統，減少或免去了人工操作的時 間，容易實現、提高效率而且成本低。
圖1是本發明風機實施方式的原理框圖2是本發明風機節能原理示意圖3是本發明風機水泵節電裝置實施方式的原理框圖。
具體實施例方式
由流體力學理論可知，大部分流體傳輸設備(如離心式油泵、風機 等)的輸出流量Q與其轉速n成正比；輸出壓力P (揚程)與其轉速n 的平方成正比；輸出功率N與其轉速n的三次方成正比，用數學公式可
表示為
Q = Kl x n
P = K2 x n2
N = Qxp = K3xn3 (Kl、 K2 、 K3為比例常數) 由上述原理可知，降低風機中電機的轉速，其的輸出功率就可以下 降更多。如將電機的供電頻率由50Hz降為40Hz,則理論上，低頻^Hz 與高頻50Hz的輸出功率之比為(40/50) 3=0. 512。
並且從前述分析中可知，風機電能浪費問題的最直接原因是風機的 風量輸出與工作風量要求不相適應，在不需要很大風量時卻輸出了較大 風量，風量裕度過大。針對此問題，發明人經長期實踐證明，在風機中 接入本發明風機水泵節電裝置，形成全閉合控制系統，在工作風量要求 低時利用變頻技術降低風機的電機運轉頻率來降低風機的風量輸出，結 合上述的流體力學分析能取得明顯的節能效果，節電率比較高。以下結 合附圖詳細描述本發明。
圖1是為實現上述技術效果而提供的本發明風機實施方式之一 所述風機包括電機和控制電機運轉頻率的風機水泵節電裝置。所述 風機水泵節電裝置包括
狀態檢測單元，用於檢測並得到所述風機控制系統的工作狀態信號；
風壓檢測單元，用於檢測所述風機輸出風的壓力並得到所述壓力信
號；
變頻處理單元，用於接收變頻信號，並依據所述變頻信號控制所述
風機電機的運轉頻率；
中央處理單元，用於接收、處理以及發送信號，包括接收所述風壓 檢測單元得到的所述壓力信號，根據壓力風量關係得到風機的實測風 量，在所述實測風量大於工作風量要求時，輸出要求降低所述風機電機 運轉頻率的所述變頻信號到所述變頻處理單元。
風機水泵節電裝置，通過自動檢測風機的風壓得到風機當前的實測風 量。 一旦檢測到的實測風量大於所述工作風量要求時，則自動發送變頻 信號降低風機電機的運轉頻率，調節風機過高的風量輸出，使風機的實 測風量與工作風量要求相一致，實現節能的技術效果。
採用上述本發明，風機的電機不再是在額定轉速運轉，而是改由變 頻處理單元根據風機實際需求進行調速運行，形成全閉環控制系統。調 速的結果使風機工作處於較優或最優模式，節省電能消耗的同時節省人 工成本。
在其他本發明風機實施方式中，所述中夾處理單元中輸出變頻信號 的操作由降頻計算單元處理，比如積分(PID)調節器。所述降頻計算 單元用於在所述實測風量大於工作風量要求時，得出將所述風機電機運 轉頻率降低到足以使所述風機輸出的實測風量與工作風量要求相 一致 的變頻信號，並輸出變頻信號到所述變頻處理單元。
這裡的將所述風機電機運轉頻率降低到足以使所述風機輸出的實 測風量與工作風量要求相一致，是指預先測定所述實測風量與需要調整 的風機電機運轉頻率的對應關係，只要檢測到風機輸出風的風壓並得出 對應的實測風量，就能依據所述對應關係，計算出將風機電機運轉頻率 調整到足以使後續的風機輸出風壓力達到設定數值的變頻信號。
圖2為風機風壓H-風量Q曲線特性圖，以說明本發明的節能原理。 其中
n 1 -代表風機在額定轉速運行時的特性；
n2-代表風機降速運行在n2轉速時的特性；
R1 -代表風機管路阻力最小時的阻力特性；
R 2 -代表風機管路阻力增大到某 一數組時的阻力特性。
風機在管路特性曲線Rl工作時，工況點為A,其流量壓力分別為
Ql、 Hl,此時風機所需的功率正比於Hl與Ql的乘積，即正比於AH1 x
0Q1的面積。
在風機額定轉速的情況下，根據工藝要求需減小風量到Q2，現有技 術的方法是通過增加管網管阻，使風機的工作點移到R2上的B點，風 壓增大到H2，這時風機所需的功率正比H2xQ2的面積，即正比於BH2 x0Q2的面積。顯然風機所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡 單、但功率消耗大，不利於節能。
採用本發明上述實施方式後，通過風壓檢測單元^r測風量，然後根 據現場實際風量要求，可以通過PID調節器控制風機轉速由nl下降到 n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3。這 時變頻調速後風機所需的功率正比於H3與Q2的乘積，即正比於CH3 x 0Q2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的，同時並不影響風機的正常 工作。
此外，可以增加人機界面以方便觀測和操作，比如增加連接所述中 央處理單元的LCD界面、PVC鍵盤以及LED指示燈。
請參閱圖3,是本發明提供的風機水泵節電裝置實施方式之一，其 包括
狀態檢測單元，用於檢測風機控制系統的工作狀態信號； 風壓;f企測單元，用於;f全測所述風機輸出風的壓力並得到所述壓力信
號；
變頻處理單元，用於接收變頻信號，並依據所述變頻信號控制所述 風機電機的運轉頻率的運轉頻率；
中央處理單元，用於接收、處理以及發送信號，包括接收所述風壓 檢測單元得到的所述壓力信號，根據壓力風量關係得到風機的實測風 量，在所述實測風量大於工作風量要求時，輸出要求降低所述風機電機
運轉頻率的所述變頻信號到所述變頻處理單元。
在另 一本發明風機水泵節電裝置中，所述計算出將風機電機運轉頻 率調整到足以使後續的風機輸出風的壓力達到設定數值的變頻信號，可 以由積分(PID)調節器處理完成。
所述變頻處理單元可以採用正弦波脈寬調(SP麗)的自關斷器件， 變頻調速範圍能適應各種調速設備的要求。控制精度高，變頻處理單元
的數字設定解析度為± 0. 01%,模擬設定解析度為± 0. 1%。
所述變頻處理單元變頻器為容性負載，可有效改善電機的功率因 數，減少無功損耗；還具有過流、過壓、過載、過熱等多種電子保護裝 置，並具有豐富的故障報警輸出功能，可有效保證整個系統的正常運作； 變頻拖動系統的啟動、停止及速度轉換過程平穩順暢，舒適感較好；有 "手動，，"自動"兩種工作模式，在變頻器出現故障的情況下，仍可按 手動工作方式繼續運行；並且還具有電壓、電流、功率因數、頻率等顯 示功能。
所述中央處理單元可以是可編程控制器(PLC)，或者由PLC、 PID 調節器及一體化節電器組成的計算單元，又或者是由壓力比較器、PLC 以及PID調節器組成的計算單元，根據實際工況進行調節輸出功率。由 壓力比較器、PLC以及PID調節器組成的計算單元中，壓力比較器中設 有設定壓力，與來自風壓檢測單元的風壓信號進行比較，將差值經PLC 輸入到所述PID調節器。
以上可以看出，本發明風機水泵節電裝置可跟蹤風機輸出風壓力的 變化以及實際工作風量要求，自動調節風機電機的轉速，調節風機的風 量，使實測風量與工作風量要求保持一致，不影響風機正常工作的同時 降低能耗。
同時，風機水泵節電裝置的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現對 風機的平穩調節，並可延長機器的使用壽命。
以上對本發明所提供的一種風機和風機水泵節電裝置進行了詳細
以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其思想；同時，對
於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用 範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明 的限制。
權利要求
1.一種風機水泵節電裝置，其特徵在於，包括風壓檢測單元，用於檢測所述風機輸出風的壓力並得到所述壓力信號；變頻處理單元，用於接收變頻信號，並依據所述變頻信號控制所述風機電機的運轉頻率；中央處理單元，用於接收、處理以及發送信號，包括接收所述風壓檢測單元得到的所述壓力信號，根據壓力風量關係得到風機的實測風量，在所述實測風量大於工作風量要求時，輸出要求降低所述風機電機運轉頻率的所述變頻信號到所述變頻處理單元。
2. 根據權利要求1所述的風機水泵節電裝置，其特徵在於，所述中央處理單元中輸出變頻信號的操作由降頻計算單元處理，所述降頻計算單元用於在所述實測風量大於工作風量要求時，得出將所述風機電機運 轉頻率降低到足以使所述實測風量和工作風量要求相一致的變頻信號，並輸出變頻信號到所述變頻處理單元。
3. 根據權利要求2所述的風機水泵節電裝置，其特徵在於，所述降 頻計算單元是積分調節器。
4. 根據權利要求2所述的風機水泵節電裝置，其特徵在於，所述變 頻處理單元是採用正弦波脈寬調的自關斷器件。
5. 根據權利要求2所述的風機水泵節電裝置，其特徵在於，所述中 央處理單元是可編程控制器。
6. —種風機，包括電機和控制電機運轉頻率的風機水泵節電裝置， 其特徵在於，所述風機水泵節電裝置包括風壓檢測單元，用於檢測所述風機輸出風的壓力並得到所述壓力信號；變頻處理單元，用於接收變頻信號，並依據所述變頻信號控制所述 風機電機的運轉頻率；中央處理單元，用於接收、處理以及發送信號，包括接收所述風壓 檢測單元得到的所述壓力信號，根據壓力風量關係得到風機的實測風 量，在所述實測風量大於工作風量要求時，輸出要求降低所述風機電機 運轉頻率的所述變頻信號到所述變頻處理單元。L根據權利要求6所述的風機，其特徵在於，所述中央處理單元中 輸出變頻信號的操作由降頻計算單元處理，所述降頻計算單元用於在所 述實測風量大於工作風量要求時，得出將所述風機電機運轉頻率降低到 足以使所述實測風量和工作風量要求相一致的變頻信號，並輸出變頻信 號到所述變頻處理單元。
全文摘要
本發明提供一種風機水泵節電裝置。所述風機水泵節電裝置包括風壓檢測單元，用於檢測所述風機輸出風的壓力並得到所述壓力信號；變頻處理單元，用於接收變頻信號，並依據所述變頻信號控制所述風機電機的運轉頻率；中央處理單元，用於接收、處理以及發送信號，包括接收所述風壓檢測單元得到的所述壓力信號，根據壓力風量關係得到風機的實測風量，在所述實測風量大於工作風量要求時，輸出要求降低所述風機電機運轉頻率的所述變頻信號到所述變頻處理單元。本發明可有效降低風機的能耗。
文檔編號G05B19/04GK101363446SQ200810142198
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月11日 優先權日2008年9月11日
發明者卿濟民, 勇 周, 商毛紅, 巖 崔 申請人:深圳市賽為智能股份有限公司