李洁

【摘 要】简单的介绍了风机变频节能原理、特点及适用范围，同时对变频调速的特点、节能的原理进行了阐述。

【关键词】风机；节能；调节

风机节能，即是对风机进行变频调速的改造，改造后的风机能达到一定程度上的节能，节能效率通常在20%～50%。风机是火电厂运行的主要设备，耗电量占厂用电的30%左右，其运行调节方式通常是通过调节档板、阀门开度来调节风量。这种调节方式其驱动电动机的输出功率不随机组负荷的变化进行调节，所以大量电能消耗在节流损失中，如此长期运行，造成辅机单耗大，效率低，设备损耗大，稳定性差，严重影响了机组运行的经济性和可靠性。因此，对风机进行节能改造，是节约风机能效的主要途径。

风机节能工作应从三个方面开展：研制高效节能风机；合理选型和管道的合理匹配；合理的调节方式。使用高效风机并与管路的合理匹配已基本实现，但是，随着火力发电机组的调峰任务越来越多，风机在变工况的条件下，单利用高效风机与管路的合理匹配已不能使风机的运行效率得到进一步提高，因此，就需要采用合理的风机调节式。随着电力电子技术、计算机控制技术的飞速发展，变频调速技术已进入大功率、高性能的发展阶段。变频调速技术的主要特点是效率高、调节精度高、自动化程度高、节能效果显著。

一、风机在不同频率下的节能率

采用变频器对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法，它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。

从流体力学原理得知，风机风量与电机转速功率相关：风机的风量与风机（电机）的转速成正比，风机的风压与风机（电机）的转速的平方成正比，风机的轴功率等于风量与风压的乘积，故风机的轴功率与风机（电机）的转速的三次方成正比（即风机的轴功率与供电频率的三次方成正比）。

根据上述原理可知改变风机的转速就可改变风机的功率。

二、变频调速的原理

通常空调设备只能按设计的额定功率运行。当负荷降低时，设备仍然按照额定功率全负荷输出运行，这必然造成能量的浪费。采用变频调速器根据交流感应电动机的工作原因，进行连续平滑的功率和速度调节来节能。交流感应电动机的转速n=60f/p（p为电机定子的磁极对数，f为电源频率Hz），从而可以看出，在P固定不变的情况下，交流电动机转速n与频率f成正比关系。变频器就是将标准的交流电转换成频率和电压可调的交流电供给电机，并对电机转速进行调节的装置。电机在改变转速的同时，保持其固有特性不变。采用变频技术对风机进行流量调节，不仅避免了由于采用档板或阀门造成的电能浪费，而且还会极大提高控制和调节精度，非常方便地实现了空调系统的温度调节、恒压供水系统及一切电机拖动系统可变负载的速度调节，从而达到节约电能，增加经济效益，降低企业成本的目的。据调查统计，目前我国使用的风机大约有25%-40%的能量是无谓地消耗掉了。因此，风机系统的变频节能的潜力是巨大的。

三、变频器调速的特点

（1）调速范围广。可应用于异步电动机实现无级调速；高压大容量变频器可以做到在0～100%额定转速范围内任意调节。

（2）调节精度高、效率高，没有附加损耗，在正常调速范围内，变频装置的总效率在93%以上，功率因数超过0.95。

（3）可实现真正的软启动，并且启动转矩大、启动电流小。

（4）设备发生故障时可随时切换以保持运转，适用于不允许停机的场合。

（5）容易实现生产过程的自动控制及远程控制。

（6）变频器预留有控制接口，能为机组实现计算机优化控制提供方便。

（7）体积小，便于安装、调试、维修。

四、风机变频调速系统设计

（1）设备选择

通常在变频调速系统设计中，风机容量的选择主要依据被控对象对流量或压力的需求，可查阅相关的设计手册。如果是对使用中的风机进行变频调速技术改造，风机就无需更换。风机在某一转速下运行时，其阻转矩一般不会发生变化，只要转速不超过额定值，电动机也不会过载，一般变频器在出厂标注的额定容量都具有一定的余量，所以选择变频器容量与所驱动的电动机容量相同即可。

（2）运行控制方式选择

风机采用变频调整控制后，可依据风机在低速运行时，阻转矩很小，不存在低频时带不动负载的问题，故采用V/F控制方式即可。从节能的角度考虑V/F线可选最低的。因此，在低频运行时，电动机的转矩与负载转矩相比，具有较大的余量为了节能，变频器设置了若干低减V/F线一般变频器出厂时设置为转矩补偿曲线，即频率fx=0时，补偿电压Ux为一定值，以适应低速时需要较大转矩的负载。但这种设置不适宜风机负载，因为风机低速时阻转矩很小，即使不补偿，电动机输出的电磁转矩也足以带动负载。为了节能，风机应采用负补偿的V/F曲线，这种曲线是在低速时减少电压Ux，因此，也叫低减V/F曲线如果用户对变频器出厂时设置的转矩补偿V/F改变，就直接接上风机运行，节能效果就比较差了，甚至在个别情况下，还可能出现低频运行时因励磁电流过大而跳闸的现象。

（3）变频器的参数预置

风机的机械特性具有二次方律特性，所以当转速超过额定转速时，阻转矩将增大很多，容易使电动机和变频器处于过载状态。因此，上限频率不应超过额定频率。下限频率从特性或工况来说，风机对下限频率没有要求，但转速太低时，风量太小，在多数情況下无实际意义。一般可预置为某一定值。加、减速时间风机的惯性很大，加速时间过短，容易产生过电流；减速时间短，容易引起过电压。一般风机启动和停止的次数很少，启动时间和停止时间不会影响正常生产。所以加减速时间可以设置得长些，具体时间可根据风机的容量大小而定。通常是风机容量越大，加、减时间设置越长。加、减速方式风机在低速时阻转矩很小，随着转速的升高，阻转矩增大得很快；反之，在停机开始时，由于惯性的原因，转速下降慢。所以，加、减速方式以半S式比较适宜。回避频率风机在较高速运行时，由于阻转矩较大，容易在某一转速下发生机械谐振。遇到机械谐振时，极易造成机械事故或设备损坏，因此，必须考虑设置回避频率。可采用试验的方法进行预置，即反复缓慢地在设定的频率范围内进行调节，观察产生谐振的频率范围，然后进行回避频率设置。启动前的直流制动为保证电动机在零速状态下启动。许多变频器具有“启动前的直流制动”功能设置。这是因为风机在停机后，其风叶常常因自然风处于反转状态，这时让风机启动，则电动机处于反接制动状态，会产生很大的冲击电流。为避免此类情况出现，要进行“启动前的直流制动”功能设置。

五、结论

变频调速控制技术在风机节能应用中，具有其他调节方式不可比拟的优势。在风机耗电量占有巨大比例的电站中，利用变频调速技术，既可提高设备效率，又满足了生产工艺的要求，大大减少了设备维护、维修费用，经济效益十分明显，加强节能方法的应用在以后的生产过程中具有重大的意义。

【参考文献】

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