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變頻器在風機節能（néng）降耗改造中的應用

2019-7-29 來源：珠海羅西尼（ní）表業有（yǒu）限公司作者：卞勁鬆

【摘要】風機設備調節工業生產所需風量采用變頻技術，是（shì）實現風機節能降耗（hào）的一種主要途徑。本文通過對風機能耗分析，進而介紹變頻器對風機控製係統的節能改造，給出（chū）節能估算方法。

【關（guān）建（jiàn）詞】風（fēng）機能耗分析；風機（jī）變頻節能原理（lǐ）；節能估算

節（jiē）能降耗（hào）是（shì）我們國家重要國（guó）策。節能降（jiàng）耗不僅給企業帶來很好的經濟效益，也是積極響應（yīng）國家號召，建設資源節約型社會是構建社（shè）會主義和諧社會必然選擇。風（fēng）機類設備是企業生產重要輔助設（shè）備，耗電量大、能耗（hào）高（gāo）是其特點。風機選型是按（àn）其（qí）滿（mǎn）負荷計算，但在（zài）實際工（gōng）作中，風機一般采（cǎi）用恒速控製風速、風量，如生產工藝發生變化需要控製調節風量、風速大小，常（cháng）用方法是調節風門、閘門的開度等來進行控製，這就造成大量電能（néng）消耗在檔板（bǎn）上，運行效率低，能源消耗（hào）高。

變頻器是可以調節交流電動機轉速速度變化（huà）的控（kòng）製設備，它通過改變電機工作電源頻率的（de）方（fāng）法來實現。對（duì）風（fēng）機而言，利用變頻（pín）器調節風機風速，優化風機運行（háng）狀（zhuàng）態，達到節能降耗是其重要途徑。

1 、風機能耗分（fèn）析（xī）

風機是通（tōng）過加大氣體壓力（風壓）之差排送氣體的設備。風機在低轉速時轉矩小，其轉矩的大小隨風機轉速變化成二次方增減，負載屬於平方轉矩型。其特點是（shì）風機的轉速 N 與風量 Q成正比，風壓 p 與轉速 N 的平（píng）方成正比，軸功（gōng）率 P 與轉速 N 的立方成正比，即：

圖1中，N1：風機變頻狀（zhuàng）態（降速）運行時的特性；N2：風機在額定頻率狀態（額定轉速）運行（háng）時的特（tè）性；1 ：鳳機管（guǎn）網阻力最小阻（zǔ）力特性；2 ：風機管網阻力增加阻力（lì）特性。圖1表（biǎo）示，曲（qǔ）線1與（yǔ）曲線N 2交叉點A為自然工作點（diǎn），其風機（jī）工作狀態為額定轉速，風門開度最大。其風量和風壓分別是 Q2和 p2，此時風機軸功率跟 Q2與 p2的乘積（Ap20Q2的麵（miàn）積）是正比關係。按照生產工藝要求需要風量從（cóng）Q2降到（dào）Q1時，有兩（liǎng）種實現（xiàn）方法。

1.1 控製風門開度（dù）

風機在額定（dìng）轉速狀態下，調節（降低）風門開度大小，增加了風機管路阻力，風機的工作點A點移到曲線2上的B 點。可以看出，風量下降到Q1，風壓也隨之增（zēng）大到p3。風機軸功率跟Q1和p3的乘積（Bp30Q1的麵積）是正比關（guān）係，因（yīn）為風機一直在額定轉速狀態下，軸功率從風量跟分壓的乘積（jī）（麵積）來看也變化不多，電能消耗（hào）在檔板上，沒有節能效果。

1.2 變頻調速（sù）控製（zhì）

若風機的轉速由變（biàn）頻器控製，風機轉速下降，工作特性（xìng）由曲線N2下降到曲（qǔ）線N1，風門開度（最大）不變（biàn），管網阻力也不變，流量仍是 Q1，相應工作（zuò）點由 A 點移到 C 點，風壓由 p2降到 p1，此時風機軸功率跟 Q1與 p1的乘積（Cp10Q1的麵積）成正比。例如，風機所需風量下降到70%，由風機負載特性可知：風量與轉速成正比，轉速也相應下降到 70%，軸功率與轉速的立方成正比，軸功（gōng）率（lǜ）：P=N3=(70%)3=34.3%，由此軸功率下（xià）降到額定功率的 34.3% ，若風機所需風量下降到 50%，軸功率將下降到額定功率的12.5%。得出風機轉速下降（jiàng）時，風量也相應減少，其功率下降很多，節能效果顯著。

2 、變頻器調速原理、應用及節能（néng）分析

2.1 變頻器調速原理（lǐ）

工業生產所用風機（jī）是三（sān）相交流異步電（diàn）機。電機的電（diàn）源（yuán）頻（pín）率和（hé）轉速關係用下麵（miàn）公式表（biǎo）示：

s：風機轉差率；p：電動機極對數。由上式可知，改變電機電源頻率相應轉速也發生變化。在風機傳動係（xì）統中，用變頻器調節電機轉速（sù）就是（shì）通過改變電源（yuán）頻率，進而（ér）達到改（gǎi）變風量（liàng）大小（xiǎo）的目的。

2.2 變頻器應（yīng）用實例

圖2 為風（fēng）機變頻器控製電路。該應用采用變頻調速調節風量。由於變頻起動是在一定時間平（píng）滑啟動，沒有衝擊（jī）電流，實現電機（jī）軟啟停，減少起（qǐ）動過程對供電線路的衝擊，降低了起動過程的能耗。該控製電路實現調節風機風速，達到生產（chǎn）工藝所需風（fēng）量，具有（yǒu）風量調節精度高，調速範圍（wéi）大，風機起製動方便靈活（huó），操作簡（jiǎn）單，能耗低等優點。該（gāi）控製係統由於繁雜的人工操作風門機構被取消（xiāo），使管網通行無阻，風量損失同時也減（jiǎn）少了，降低了風機的能（néng）耗,提高了係統的節能（néng）效果。

2.3 變頻器節能（néng）分析（xī）估算

如（rú）果采用變頻（pín）器對風（fēng）機類設備進行調速控製，GB12497《三相異步電動機經濟運行》強製性國家標準實施（shī）監督指南（nán）中（zhōng）的節能量（節電率）計算公式，即：PL=[0.45+0.55(Q/QN)2]PE式中，PL：風機采用變頻器控製後所需輸入（rù）功率，單位：KW；PE：風機額定流量所（suǒ）需輸入功率，單（dān）位：KW；Q：實際風量，單位：m3/min；Qn：額定風量, 單位：m3/min。若風量的調節範圍（0.5～1）QN，則節能量：Ki= Δ Pi/PL=[PL-PE(Q/QN)3]/PL=1-(Q/QN)3/[0.45+0.55(Q/QN)2]假如風機的實際風量與額定風量之比為0.7，現采用變頻器調速，則節能量：Ki=1-（0.7）3/[0.45+0.55(0.7)3]=1-0.54=0.46節能量為46%。

3 、結語

風機（jī）控製係（xì）統采用變頻器控製風量、風速，免（miǎn）去了繁瑣人工調節風門的操作，提高了勞動生產率，降（jiàng）低（dī）了能耗。因此風（fēng）機節能降耗方麵。采用變頻器改造具有顯著效果。

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