風(fēng)機(jī)采用變頻節(jié)能的研究

王海吏 王楠

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展，風(fēng)機(jī)的發(fā)展也十分迅速，目前風(fēng)機(jī)的耗電量在總用電量中占有的比例非常大，所以采用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率的方法進(jìn)行節(jié)能的時(shí)代的形式所趨，也是對(duì)風(fēng)機(jī)節(jié)約能源，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率有著重要的意義。本文從理論上闡述變頻節(jié)能對(duì)風(fēng)機(jī)節(jié)能的好處，從實(shí)踐上證明變頻節(jié)能是非常有效的節(jié)能方式。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)節(jié)能 變頻節(jié)能 理論基礎(chǔ)

中圖分類號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（b）-0064-02

在農(nóng)業(yè)和工業(yè)的生產(chǎn)生活中，風(fēng)機(jī)以及泵類的一些器械是非常重要的，有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查表明風(fēng)機(jī)和泵類器械在全國(guó)總用電中，每年都是30%以上，但是風(fēng)機(jī)在使用的過(guò)程中很少采取改變轉(zhuǎn)速，大多是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，如果需要對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，就采用調(diào)擋風(fēng)板，這種方法在風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)中十分受用，因?yàn)檫@種方法簡(jiǎn)單易操作，但是對(duì)于能量的損失是非常大的，所以是得不償失的，從節(jié)約能量的根本目的出發(fā)，這種方法是不可取的，一定會(huì)被時(shí)代所淘汰，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的風(fēng)量是由發(fā)電負(fù)荷所決定的，所以對(duì)風(fēng)機(jī)采取變頻技術(shù)，能夠有效的節(jié)約能源，并且能夠控制風(fēng)量，一些電場(chǎng)已經(jīng)采取了風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能改造，其效果明顯。

1 風(fēng)機(jī)能夠節(jié)約能源的根本依據(jù)

1.1 風(fēng)機(jī)的基本原理

風(fēng)機(jī)的用電最好的是選擇交流電，因?yàn)榻涣麟娍梢员３诛L(fēng)機(jī)的抽風(fēng)管內(nèi)的氣壓穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，但經(jīng)常需要人為地對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，雖然工作人員可以把風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)調(diào)整到工作需要，但是方法的不同會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)的效率有很大的出入。但是變頻調(diào)節(jié)就可以很好的解決這一問(wèn)題，變頻調(diào)節(jié)在頻率范圍，低轉(zhuǎn)速，高轉(zhuǎn)速上有很大的優(yōu)勢(shì)，能比人工調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)節(jié)省出更多的能源。

1.2 根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)分析風(fēng)機(jī)節(jié)能

根據(jù)風(fēng)機(jī)風(fēng)能的換算公式可以明顯的看出，在氣溫和氣壓等環(huán)境因素不變得情況下，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速時(shí)成正比的，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速成正比，由此可以看出，可以采用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)量的控制，這種方法也屬于減少風(fēng)機(jī)的空氣阻力，當(dāng)所需風(fēng)量下降到正常的80%，其轉(zhuǎn)速也進(jìn)行相應(yīng)的減少，這會(huì)相應(yīng)的減少額定功率，但是也要考慮到其中的附加控制裝置等的影響，但盡管如此，節(jié)能的效果也是顯著的，所以，在風(fēng)機(jī)上采用變頻節(jié)能是非常有效的方法。

1.3 根據(jù)風(fēng)機(jī)性能分析分析風(fēng)機(jī)節(jié)能

圖1是管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線，在這個(gè)曲線上，風(fēng)機(jī)可以根據(jù)其特點(diǎn)，把風(fēng)壓和風(fēng)速表達(dá)在曲線上。風(fēng)壓和風(fēng)量的特性可以用曲線1表示，管網(wǎng)風(fēng)阻特性是用曲線2表示，曲線3是調(diào)節(jié)風(fēng)門后管風(fēng)阻特性。假設(shè)風(fēng)機(jī)工作在A點(diǎn)效率最高，此時(shí)風(fēng)壓為H2，風(fēng)量為Q1，軸功率P1與Q1、H2的乘積成正比，可用面積AH2OQ1表示。如果生產(chǎn)工藝要求，風(fēng)量需要從Q1減至Q2，這時(shí)用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線3，系統(tǒng)由原來(lái)的工況點(diǎn)A變到新的工況點(diǎn)B運(yùn)行。風(fēng)壓反而增加，軸功率P2與Q1、H1的乘積成正比，用面積BH1OQ2表示。顯然軸功率下降不大。如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n1降到n2，系統(tǒng)由原來(lái)的工況點(diǎn)A變到n2狀態(tài)下風(fēng)壓一風(fēng)量特性曲線4上新的工況點(diǎn)C運(yùn)行。可見在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓大幅度降低至H3，功率P3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。與調(diào)節(jié)風(fēng)門相比，節(jié)省的功率損耗為△P=（H1-H3）Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的效果是十分明顯的。

2 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的原理

（1）由電機(jī)理論可知，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：

n=60f（1-s）/p （1）

式（1）中，f為電動(dòng)機(jī)的電源頻率；

n為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；

s為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

P為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。

從公式（1）中可以看出，想要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變電源的頻率F，當(dāng)電源的頻率在50Hz以內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的改變范圍是非常大的，所以風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)節(jié)就是通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電源頻率來(lái)對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的。以交直交變頻器為例；在變頻調(diào)速中使用最多的交—直—交變頻調(diào)速器是電壓型變頻調(diào)速器，由整流器、濾波系統(tǒng)、逆變器和控制系統(tǒng)4個(gè)部分組成。整流器（或稱順變器）的作用是把定壓定頻交流電源變換為可調(diào)直流電，然后作為逆變器的直流供電電源；濾波器吸收整流回路中脈動(dòng)電壓及逆變器回路產(chǎn)生的脈動(dòng)電流；逆變器的作用是將直流電源變換為可調(diào)頻率的交流電，在所確定的時(shí)間里有規(guī)則地使6個(gè)功率開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，從而將直流功率變換為所需電壓和頻率的交流輸出功率；變頻器內(nèi)部的控制是用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)變頻器的操作有兩個(gè)途徑；其一是用面板上的鍵盤；其二是外控，即從機(jī)內(nèi)控制端子上引出線來(lái)，在一個(gè)合適的地方對(duì)變頻器進(jìn)行控制。

（2）風(fēng)機(jī)變頻控制的實(shí)際操作。

由圖2可知，一個(gè)變頻調(diào)節(jié)器的組成是由變頻器，調(diào)節(jié)器和流量傳感器組成，此機(jī)器的控制過(guò)程是由將管道設(shè)置的流量傳感器輸出的流量信號(hào)與流量給定值之間的偏差，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器去改變變頻器的頻率指令，使電機(jī)的電流頻率改變，實(shí)現(xiàn)調(diào)和流量的目的。使用變頻調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)是在調(diào)節(jié)的過(guò)程當(dāng)中可以通過(guò)機(jī)器控制使風(fēng)機(jī)能夠平穩(wěn)的調(diào)節(jié)，可以調(diào)整的范圍大，通過(guò)機(jī)器輸入能夠使工作人員的工作效率得到提高，也能保證機(jī)器的平穩(wěn)運(yùn)行以及設(shè)備和工作人員的安全。

3 變頻節(jié)能技術(shù)的推廣

在對(duì)風(fēng)機(jī)采用變頻技術(shù)后，可以說(shuō)節(jié)能效果顯著，并且工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量提升明顯，但是與國(guó)際上技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比較，我們的節(jié)能技術(shù)還是有待發(fā)展，沒有達(dá)到世界一流的水平，與最先進(jìn)的技術(shù)相比較我們還是有很大的差距，另外我國(guó)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能技術(shù)沒有得到廣泛推廣，很多的地區(qū)和地方都在用舊技術(shù)，這是因?yàn)橐徊糠制髽I(yè)對(duì)于節(jié)能沒有重視，也對(duì)節(jié)能技術(shù)缺乏足夠的了解，沒有整改企業(yè)的技術(shù)，好的先進(jìn)技術(shù)沒有得到好的推廣。這種問(wèn)題的解決應(yīng)該從企業(yè)出法，使企業(yè)對(duì)節(jié)能技術(shù)得到足夠的認(rèn)識(shí)，使內(nèi)部的工作人員對(duì)新的技術(shù)能夠很好的接受，再者，政府應(yīng)該起到引導(dǎo)和支持的作用，啟動(dòng)政府資金加強(qiáng)企業(yè)的技術(shù)改革。

4 變頻調(diào)速的應(yīng)用

在一般的應(yīng)用單位中，每個(gè)供暖鍋爐需要配置引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)3種機(jī)器，通過(guò)變頻驅(qū)動(dòng)和工頻驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式的比較可知，再進(jìn)行相同的風(fēng)量耗費(fèi)能量后變頻的驅(qū)動(dòng)器節(jié)能高出工頻的40%，這種節(jié)能效果是非?？捎^的，也能很好地延長(zhǎng)設(shè)備的維修周期，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)的加入可以使煤得到充分燃燒，既能節(jié)省煤的使用也能減少污染氣體的產(chǎn)生。

5 結(jié)語(yǔ)

變頻技術(shù)的發(fā)展的基于現(xiàn)代為微電子技術(shù)，隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，新的技術(shù)不斷產(chǎn)生，通過(guò)實(shí)踐的證明，變頻技術(shù)的使用使得風(fēng)機(jī)設(shè)備的耗能得到很大的減少，體現(xiàn)了節(jié)能的理念，所以，變頻調(diào)節(jié)是理想的驅(qū)動(dòng)控制調(diào)速技術(shù)，世界上發(fā)達(dá)的國(guó)際技術(shù)已經(jīng)大量投入使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)也得到了廣泛重視，得到了大力推廣，因?yàn)橥ㄟ^(guò)變頻調(diào)節(jié)后的設(shè)備的穩(wěn)定性好，可靠性高，維修周期長(zhǎng)，能夠提高工作效率，能夠更好地體現(xiàn)節(jié)能這一主題。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡炫，朱虎，楊志.高壓變頻器在發(fā)電廠引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用與節(jié)能分析GIH$電機(jī)與控制應(yīng)用與節(jié)能分析[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2014，58（2）：36.

[2] 王洪平.紡織廠風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗的途徑[J].國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2014，24（3）：25.

[3] 安順合，安勇.風(fēng)機(jī)和泵類機(jī)械設(shè)備的節(jié)電途徑[J].信息產(chǎn)品與節(jié)能，1999（3）：45-47.

[4] 陸安定.空間電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造實(shí)用手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2015.