ｓｈｅｂｅｉ９ｕａｎｌｉ ｙｕ Ｇａｌｚａ。 鱼里 昱 篁Ｉ 风机高压变频改造及节能效果探讨 杨谡 （安徽省淮南舜岳水泥公司，安徽淮南２３２０００） 摘要：分析了风机的高压变频原理及改造方案，探讨了其节能效果，对于风机高压变频研究起到了一定的指导作用。 关键词：风机；高压变频改造：节能效果 ０ 引言 转速，公式非常复杂，难度很大。此外，风机类负荷在环境变化 时参数也会随之而变化。因此，我们在工程中对于参数的运算 随着社会发展和技术进步，在工业生产及加工业中风机应 用得到了极大的普及，它也确实发挥了巨大的作用。传统的定速 工作的风机虽然初期投资少，控制简单，能量消耗在管网和风门 中，但是随着风量的减少，其风压会增大，对管网造成损害，且导 致能源浪费现象。而这种能源的浪费不仅增加了企业的成本，更 与我国的可持续发展战略相悖，已经受到企业和人们越来越多 的诟病。以高压变频方式进行调速的风机不仅能够通过变频器 连续精确地调节转速，从而精确控制风量，而且对于生产能耗的 降低起着极其重要的作用。因此，对风机高压变频改造的研究不 仅具有学术意义，其实践意义与商业价值也不容忽视。 笔者从事相关行业多年，对风机的高压变频改造多有研究， 本文就将结合自身经验，对风机的高压变频改造及节能效果作 出探讨，旨在对风机高压变频的普及利用起到一定的指导作用。 １ 风机高压变频改造概述 在工业生产和产品加工制造业中，风机设备应用非常广泛。 但是传统风机设备能耗较大，主要有电能能耗、挡板在节流时的 损耗、其他设备在节流时的损耗及这些设备的维修、维护能耗，这 些能耗成本在总成本中比例最高可达２５％，由此可见这种损耗的 巨大。目前，市场竞争相较以前而言剧烈了很多，而企业成本的控 制是提升企业竞争力的一个关键因素，要降低生产成本，除了科 学合理的生产管理，引用新技术来降低能耗也是一大手段。高压 变频正是节能的新技术之一，因此，风机的高压变频改造具有非 常重要的意义。风机高压变频改造是一个大趋势，它是基于电力 电子与电力传动的理论，属于较前沿的技术。风机高压变频调速 有以下优点：卓越的调速性能、显著的节电效果，能改善现有设备 的运行工况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使 用寿命等。未来，高压变频调速在风机上的应用将更为广泛。 ２风机工作参数及相似理论 ２．１ 风机工作时的基本参数 （１）风量Ｑ，指在单位时间内流经风机的空气体积量（ｍ３／ｓ， ｍ ／ｍｉｎ，ｍ ／ｈ）。 （２）风压日，指在空气流经风机时，风机给予每立方米空气 的总能量（ｋｇ・ｍ），全称是风机的全压 （ｋｇ・ｍ／ｍ ）。风机的全 压分为静压 和动压 两部分，公式为： ＝ 州 。 （３）轴功率Ｐ，指风机在工作时所产生的有效总功率，也被 称为空气功率。 （４）效率竹，指风机轴功率Ｐ在除去损失掉的部分功率后 剩下的风机内功率和Ｐ的比值，也就是风机工作的效率。 ２．２风机相似理论 在计算风机流量、运行压力、轴功率这３个参数时涉及到 一般是基于风机的运行曲线，这一理论被称为风机相似理论。 Ｑ／Ｑｏ＝ｎ／ｎｏ Ｈ，Ｈ （ｎ／ｎｏ）２（ｐ／ｐ Ｐ｝ｐ ｝ｎ ／ｐ 式中，Ｑ为风机的流量；ｎ为转速；Ｈ为风机的全压；ｐ为介质密 度；Ｐ为轴功率。 通过上述公式，我们可以看出风量Ｑ随着电机转速ｎ的变 化成正比例变化，Ｑ。ｃｎ；风压日随着电机转速ｎ平方的变化呈 现正比例变化，Ｈ。ｃｎ ；轴功率Ｐ随着电机转速ｎ立方的变化成 正比例变化，ｐｏｃ 。 ３变频调速原理 变频调速是指靠改变电源的频率，电动机的转速就按比例 变动。在风机变频调速系统中，通过变频器改变电源的频率 带动电机转速Ⅳ按比例变动，从而改变风机转速，可以使风机 的性能曲线发生改变，这就达到了调节风机工况的目的。 输入电源的频率越高，电机的转速就越大，反之也成立，这 是风机变频调速的根本原理，其公式表现为：Ｎ＝６０ｆ（１一ｓ）／Ｐ。依 据这一原理，我们可以利用输入电源的频率变化来改变电机的 转速，以达到变频调速的目的。 变频调速技术集交一直一交电源变频技术、电子电力技 术、微电脑控制技术于一体，理论上，通过这种技术，我们可以 做到无级调速。这种技术具有在开启与关断时稳定性强、工作 平稳可靠的特点，尤其在针对平方转矩类负载时，其变频调速 效果最为明显。我们的工作中，平方转矩类负载包括引风机和 给水泵等。通过流体力学进行分析，在这种负载中使用电机拖 动技术时有以下关系（ＪＰ和Ｑ×Ｈ成正相关）： Ｑｚ＝Ｑｌ×（Ｎ￣／Ｎ１） 日２＝日Ｉ×（Ｎ＝／Ｎ１）×（Ｎ２／Ｎ１） Ｐ２＝ＰＩ×（Ｎ：／Ｎ１）×（Ｊ７＼７２／Ｎ１）×（Ⅳ２／Ⅳ１） 通过以上公式我们可以看出：风量也就是流量随着转速变 化成正比例变化，风压也就是扬程随着转速变化的平方成正比 例变化，轴功率随着转速变化的３次方成正比例变化。以上内 容即平方转矩类负载调速节能中的基本原理。 ４变频调速技术在风机中的应用及能耗比较 风机系统特性曲线如图１所示。 通过控制入口或出口风门调节风量和压力的方法如图２ 所示，我们可以看出其相当于改变管网的阻抗特性，增大管网 的阻力。这种方式初期投资少，控制简单，能量消耗在管网和风 门中（虚线与坐标轴所围面积即能耗值）。但是随着风量的减 机电信息２０１２年第２ｌ期总第３３９期６５ 兰 ｓｎｅｂｅｉｇｕａｎｌｉ ｙｕ Ｇａ－ｚａ。 １ ０ ０．７５ 基 ０．５０ ０．２５ ０ ０．２５ ０．５ ０．７５ 风量Ｑ／ｐｕ 图１风机系统特性曲线 注：细线为风门全部打开时管网压力与风量关系曲线，粗线为风机全速运行 时压力与风量关系曲线，二者的交点为风机系统的额定工作点。直线与坐标轴 所围的面积为额定工作状态时的能耗，即电机的额定输出功率。 少，风压增大，会对管网造成损害，导致能源浪费现象。 ｏ ｏ．５ Ｑｌ Ｑ２ １．０ 风量Ｏ／ｐｕ 图２通过控制入口或出口风门调节风量和压力的方法 如图３所示，通过调节风机转速改变流量这种方式相当于 改变风机压力与流量的关系，它不改变管网的阻抗特性。从图 中我们可以看到，随着转速降低，风机的特性曲线下移，风量减 少，风压也减少，能耗大大降低。这种方式就是转速调节，通过 变频器实现连续精确的调速，可精确地控制风量。 １ ０ ｊ ＇Ｒ ０．５０ 风量Ｑ／ｐｕ 图３通过调节风机转速改变流量的方法 ５风机高压变频改造方案及其实现 风机高压变频改造方案及其实现的主要工作是变频器选 型及控制回路改造。 变频器的选型要对各种因素进行综合分析，并满足相关规 定及标准要求。具体工作上需依据风机的拖动电机额定功率来 进行分析，选取合适的变频器。此外，还要确保改造后的系统能 够安全地工作。 因为风机是平方转矩类负载，所以在其低速运转时所需轴 功率会有较为明显的下降，这就使得拖动电机的负荷相对而言 小一些，其发热量也会比较小。因此，冷却风扇及电机转 的同 速运转已经可以对电机的散热作出保证，不再需要进行变频电 机的专门配置。风机高压变频改造后可保证设备高效运转，完 成电机软启动、无冲击电流的目标，设备故障率会大大降低，维 修费用也会大幅下降。 此外，变频器可以完成自我检测、故障诊断的工作，其保护功 能较为齐全，这就能够有效遏制事故扩大化。在节电的同时，长期 轻载运行的设备工作在低转速、低电压的状态下，就使得电机发 热少、温升低，延长了使用寿命，降低了设备噪音，从而改善了生 产环境，并克服了采用异步电动机直接驱动、变阀调节流量时，电 机启动电流大、设备机械冲击大、电气保护特性差等缺点。此外， 变频调速技术也提高了功率因数，使电网损耗减少，效率提高。 ６以实际工作中的节能数据进行节能效果探讨 以上是基于理论的分析，下面我们通过某一具体示例来对 风机的高压变频改造及节能效果进行探讨。例如：某风机由一 台１ ４００ ｋＷ电机拖动，原由风门控制风量。昼夜运行，每年运 行时间约８ ０００ ｈ，其中４ ０００ ｈ需风量８５％，另４ ０００ ｈ需风量 ６０％。现进行节能改造，即将所有风门全开，由变频器调节电机 和风机的转速，从而调节风量。取得的节能效果计算如下： 风门控制总能耗＝１ ４００ ｋＷ（８５％流量）×９１％×４ ０００ ｈ十 １ ４００ ｋＷ（６０％流量）×７６％×４ ０００ ｈ＝５ ０９６ ０００＋４ ２５６ ０００＝ ９ ３５２ ０００ｋＷ・ｈ 使用变频器调节风机转速时的能耗＝ｌ ４００ ｋＷ（８５％流量）× ６１％×４０００ｈ＋ｌ ４００ｋＷ（６Ｏ％流量）×２２％×４０００ｈ＝３ ４１６０００＋ １ ２３２ ０００＝４ ６４８ ０００ ｋＷ・ｈ 年节能千瓦时＝９ ３５２ ０００—４ ６４８ ０００＝４ ７０４ ０００ ｋＷ・ｈ 年节约电费＝４ ７０４ ０００×Ｏ．６５＝３ ０５７ ６００元（电费按０．６５元／ ｋＷ・ｈ计算） 通过这个例予，我们可以看出风机的高压变频改造对于节 能所带来的具体效果。因此，在我们的工作中，做好风机的高压 变频改造对于降低企业生产、加工成本，增强企业竞争力具有 不可忽视的作用。 ７结语 综上所述，风机的高压变频改造是企业未来发展的必然趋势。 可以说，当前这一工作已经刻不容缓。笔者相信，伴随着风机高压 变频改造的普及，未来风机的工作方式将会更加科学合理。 ［参考文献］ ［１］李敬梅．电力拖动控制与技术训练．第３版．中国劳动社会保 障出版社，２００ｌ ［２］孙立志．ＰｗＭ与数字电动机控制技术应用．中国电力出版社，２００８ ［３］黄俊，王兆安．电力电子变流技术．机械工业出版社，１９９９ ［４］梁吴．最新变频器标准实施和设计．中国电力出版社，２００５ ［５］周志敏，周纪海，纪爱华．变频调速系统设计及维护．中国电力 出版社，２００７ 收稿日期：２０１２—０６—２０ 作者简介：杨谡（１９８５一），男，安徽淮南人，助理工程师，研究 方向：电气自动化。
