淺析變頻節能技術在風機中的應用

孫建輝

摘 要：風機在工業生產中有著廣泛的應用，在實際生產過程中，往往需要根據生產需要，對風機的轉速和輸出進行調節，傳統的調速方式不僅能耗較大，對風機的損耗也較大，不利于設備壽命的延長。隨著變頻技術的發展，其在控制領域得到了廣泛的應用，本文主要針對變頻節能技術在風機中的應用進行了簡要的分析與闡述。

關鍵詞：變頻；風機；節能

1 引言

風機作為工業生產中十分常見的工業設備，在煤炭、電力、鋼鐵等諸多行業內都得到了廣泛的應用。風機作為工業生產的通用設備，在工業生產能耗中的比重較大，一般來說根據生產需求，風機經常處在全天候的運轉狀態下，并且根據工況的需要，需要對風機進行實時的調節。傳統的改變風門等調節方式，不僅調節精度、調節效果不佳，還會造成不必要的能量損耗。近年來隨著變頻技術的不斷發展以及人們節能意識的不斷提高，變頻控制技術在工業生產中開始得到推廣與應用，本文主要針對變頻節能技術在風機中的應用進行簡要的分析與闡述。

2 風機調速方式的簡介

一般來說，風機的調速主要可以通過改變風機自身輸出特性或者改變外部管網阻力特性來實現，根據風機運行狀態的不同，風機調速方式又可以分為恒速調節與變速調節兩大類

2.1 風機恒速調節

風機恒速調節就是在風機調速過程中，不改變風機的運轉速度，使風機一直處于恒速運轉狀態，而是通過改變外部條件實現風量、風壓等條件的調節與控制。根據改變外部條件的不同，風機的調節既可以通過改變風機的葉片角度，也可以通過改變風機葉片的數目或寬度，或者通過改變風機的風門大小來實現。風機恒速調節方式下的風速調節控制精度較差，且風機一直處于恒速運轉狀態，造成了能量的不必要浪費。

2.2 風機變速調節

風機變速調節就是通過改變風機的運轉速度調節風機的風速，根據工程需要，既可以選用簡單易行但效率較低的調速方式以降低前期成本，也可以選用高效復雜的調速方式實現高效低能耗的風機調速。一般來說，轉子回路串聯電阻調速、電磁調速等調速方式在工業生產中的應用較為廣泛。與風機恒速調速相比，變速調速改變了風機的運轉速度，減少了不必要的能耗，但電阻等元件的引入也增加了不必要的能耗。

3 變頻技術在風機調速中的應用

3.1 調速節能原理簡介

風機的負載轉矩與風機轉速的平方成正比，風機的軸功率與風機轉速的立方成正比，基于這一原理，當風機負荷發生變化時，對風機輸出功率的需求也隨之發生變化，因此改變風機的轉速能夠實現對風機輸出功率有效的調節。采用風機恒速調節方式時，風機的轉速保持不變，此時風機輸出的功率也保持不變，而是通過調節風門對風速進行控制，當風門減小時，風門的阻力增大，且隨著風機轉速的增加阻力隨之增大，一方面導致恒速調節方式的風速調節范圍較小，且控制精度較差，另一方面也造成了大量不必要的能量損失。

根據流體力學知識可知，風機的風量Q、轉速n、風壓H以及軸功率P之間存在以下數量關系：

由上述公式可以看出，當工業生產所需的風量、風壓減小事，通過調節轉速將得到較大增益的風速調節。風機調速過程中風機各項指標的變化情況如圖1所示。

如上圖所示，縱坐標H表示風機的風壓，橫坐標Q表示風機的風量，（1）、（2）曲線表示表示不同風門情況下的阻力曲線，N1、N2曲線表示風機在不同轉速下的工作特性曲線，風機工作特性曲線與阻力曲線的交點表示風機的工作狀態點，工作狀態點與兩坐標軸所形成的矩形面積表示風機的功耗。

當風機的負荷減小時，若采用恒速調節方式，需要減小風門大小，此時阻力曲線由（1）變為（2），而風機的轉速及工作特性曲線不發生變化，此時工作狀態點由C1轉移至C2，風量Q減小但風壓H增大，風機的功耗P幾乎不發生變化；若采用調速調節方式，需要降低風機的轉速，此時工作特性曲線由N1變為N2，而阻力曲線保持（1）不變，此時工作狀態點由C1轉移至C2，風量Q與風壓H均顯著減小，風機功耗P也顯著減小，可見調速調節方式與恒速調節方式相比，有著顯著的節能效果。

3.2 變頻調速原理簡介

一般來說，異步電機是風機中應用較為廣泛的電機類型，其轉速n與供電頻率f、轉差率S以及電機的極對數P有如下關系：

通過上式可以看出，電機的轉速n與供電電源的頻率f成正比，因此改變供電電源的頻率即可以實現電動機轉速的精確控制與調節。

由于電網頻率是固定不變的，需要使用變頻器實現對供電電源頻率的調節。變頻器是在保證電機性能不變的前提下，通過改變電機的供電頻率實現電機轉速調節的電子設備。變頻調速的調速范圍大，能夠實現電機在0-100%額定轉速范圍內的無級變速，同時控制調節精度也更高，控制方式也更加靈活。

變頻器的種類較為豐富，在變頻調速時需要根據實際的工況需求選擇合適的變頻器，以保證變頻器的安全運行與最大節能效果。一般來說，變頻器的選用具有幾點基本要求：一是變頻器額定容量要大于電動機額定功率與適應電動機的功率和，二是變頻器額定電流不小于電動機的額定電流，三是變頻器的額定電壓不小于電動機的額定電壓。除了以上三條基本要求外，在實際工業生產環境中，選用變頻器時還需要根據實際工況中的電機類型、電機容量以及外部運行條件等信息進行綜合考慮，同時還要考慮變頻器變頻調速帶來的諧波污染與諧波抑制問題，優化選擇最佳的變頻控制器。

3.3 變頻調速的特點

風機的調速方式較多，傳統的液力離合器調速、液力耦合器調速等調速方式前期投資成本較低，但轉差率較大且效率不高，運行可靠性也較差，維護工作量較大，難以起到滿意的節能和調速效果。與其他調速方式相比，變頻調速具有以下幾點特點：

一是調速范圍大，能夠實現風機轉速在0-100%而定轉速下的無級變速，調速的效率較高，且調速的平滑性較好，風機調速過程中對風機的損傷較小；

二是調速精準，風機轉速的控制精度較高，能夠實現預定轉速的快速精準調速；

三是安全性較高，能夠在調速過程中對風機的電流、電壓等運行參數進行監視，避免過流、過壓以及短路等故障的發生；

四是可靠性較高且控制簡便，控制自動化水平較高，不需要進行復雜的操作，且對風機的損傷較小，使用壽命較長；

五是體積小巧，裝配便捷，不需要對電動機進行額外的改造，變頻器的安裝、調試以及維修工作都較為便捷。

4 結束語

隨著節能減排的不斷深化，人們的節能意識不斷提高，風機在工業生產中的能耗問題越來越得到人們的重視，變頻調速技術作為一種新興的控制技術，在風機控制中顯示出了較好的調節性能與顯著的節能效果，相信隨著相關技術的不斷發展晚上，變頻節能技術必將在工業生產中得到更廣泛的應用。

參考文獻

[1]暴劍.變頻調速在礦山風機節能中的應用[J].通用機械，2013，（11）

[2]齊振邦.風機變頻調速應用現狀及節能原理[J].風機技術，2010，（3）

[3]王延才，王本鐵.風機設備的變頻技術及應用[J].風機技術，2014，（4）

[4]王賀芩，鄒文華等.風機變頻改造節能技術在火電廠的應用[J].中國電力，2012（2）

[5]趙斌，莫桂強.變頻調速器在鍋爐風機節能改造中的應用[J].廣西電力，2013，（3）