無極調(diào)速控制技術(shù)在隧道通風(fēng)變頻中的應(yīng)用分析

楊曉莉

【摘 要】本文通過查閱相關(guān)資料，對電機調(diào)速原理、風(fēng)量、風(fēng)壓調(diào)節(jié)控制原理進行了總結(jié)，對隧道空氣質(zhì)量需風(fēng)量的計算、隧道變頻調(diào)速風(fēng)機輸出功率等無極調(diào)速控制技術(shù)的應(yīng)用參數(shù)進行了分析，并對無極調(diào)速控制技術(shù)在隧道通風(fēng)變頻中的應(yīng)用中的節(jié)能效率進行了研究，以促進無極調(diào)速控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】無極調(diào)速控制技術(shù);隧道;通風(fēng)變頻

中圖分類號： S225文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）19-0207-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.099

1 控制系統(tǒng)架構(gòu)

通風(fēng)無極調(diào)速控制系統(tǒng)主要由射流風(fēng)機、紅外車輛檢測器、COVI傳感器、溫濕度傳感器、觸摸屏、變頻控制器及通信線路等組成。

無極變頻調(diào)速通風(fēng)控制系統(tǒng)的原理為：在隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通過COVI檢測器、紅外線車輛檢測器、溫濕度傳感器檢測出隧道內(nèi)CO、VI、車流量、溫濕度的實際值，通過軟件進行計算分析，根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》確定出隧道最終的需風(fēng)量。將隧道中確定的需風(fēng)量信號參數(shù)傳送至控制設(shè)備中，然后用無極變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出的指令將信號發(fā)送給變頻器，最后按照信號調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速值、輸出功率，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機的出風(fēng)量。

2 無極調(diào)速控制原理

2.1 電機調(diào)速原理

風(fēng)機主要由異步電動機、葉輪及殼體等構(gòu)成。電動機是主要能耗設(shè)備，風(fēng)機風(fēng)速、風(fēng)量的控制可以根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速控制依據(jù)：n=60×f（1-S）/P式中n-異步電動機的轉(zhuǎn)速;f-異步電動機的頻率;s-電動機轉(zhuǎn)差率;p-電動機極對數(shù)。由上式可知，風(fēng)機轉(zhuǎn)速與頻率成正比，只要改變頻率即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率變化時，電動機轉(zhuǎn)速跟著調(diào)節(jié)。無極變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)風(fēng)機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

2.2 風(fēng)量、風(fēng)壓調(diào)節(jié)控制原理

風(fēng)扇的機械特性有兩個平方定律，即轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速兩個方程的正比。在低速時，由于流體的流速較低，負載的轉(zhuǎn)矩非常小。隨著風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的增加，氣流速度加快，負載轉(zhuǎn)矩和功率增加。負載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系可以用公式來表示：TL=T0+KTn2

根據(jù)負載的功率P、轉(zhuǎn)矩TL和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，可以得出：P=■

可得出功率P和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系為：P=P0+KPn3

如果目標是減少進氣控制，從而降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，當傳感器的輸出是一個電動馬達，功率基本上在流量通過圖1范例分析，風(fēng)速曲線表明是否有可能控制的頻率和能量。

3 技術(shù)應(yīng)用

某隧道全長1203米，單洞雙向通行。隧道縱坡形式為“人”字坡，中間位置較高。隧道內(nèi)安裝有四組八臺射流風(fēng)機（30KW/臺），一套CO/VI，變頻控制器等通風(fēng)管理設(shè)備。

3.1 隧道空氣質(zhì)量需風(fēng)量的計算

根據(jù)一天內(nèi)各時間段的交通流量及車型數(shù)據(jù)，結(jié)合COVI檢測傳感器的檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)過軟件分析計算出隧道的CO、VI、空氣中異味的需風(fēng)量。車輛通過隧道排出的污染物濃度除以排除污染物的單位時間以及排除空氣中異味、溫濕度作為隧道的需風(fēng)量，以較高的濃度需風(fēng)量作為該時間段的實際輸出需風(fēng)量。

3.2 隧道變頻調(diào)速風(fēng)機輸出功率

該隧道設(shè)計為4組通風(fēng)系統(tǒng)，選用射流風(fēng)機，每臺風(fēng)機的流量為35.3（m3/s），電機功率為30（kw），所以當8臺風(fēng)機開啟時，電機消耗的總功率為240（kw），出風(fēng)量與消耗的總功率成正比。在5：00～17：00時間段內(nèi)，隧道射流風(fēng)機根據(jù)圖4需風(fēng)量作為依據(jù)，在每個時段內(nèi)，隧道射流風(fēng)機的排風(fēng)量只需要和隧道需風(fēng)量相同即可達到目的。由于隧道每臺風(fēng)機配備一臺風(fēng)機變頻器，在5：00～17：00時間段內(nèi)，隧道風(fēng)機的變頻輸出功率如表1所示。

4 節(jié)能分析

按照傳統(tǒng)的方法控制，使風(fēng)機在額定的攻略W下隨便改變通風(fēng)時間和開停時刻，然后可以得到，隧道消耗電能W為：W=P×T，式中：P為風(fēng)機功率，kW;T 為風(fēng)機運行時間，h。通過公式可以得出采用變頻無極調(diào)速控制改變風(fēng)機運行功率，在達到隧道通風(fēng)的基礎(chǔ)上還有一定的節(jié)能效果。傳統(tǒng)控制方式與變頻無極調(diào)速控制方式下隧道通風(fēng)能耗對比如表2所示。

由表2可知，采用隧道風(fēng)機的變頻無極調(diào)速控制不僅可以降低風(fēng)機運行功率，同時可以減少風(fēng)機的磨損程度，在一定程度上延長風(fēng)機的使用壽命，具有節(jié)約電能、改善環(huán)境等特點。

5 結(jié)論

隧道通風(fēng)變頻調(diào)速系統(tǒng)在隧道內(nèi)起到排除有害氣體和污染物的作用，降低空氣中的濕度等。提高了隧道的安全性和舒適性，提高了運營管理質(zhì)量，同時降低了隧道的能耗。通過精確的測試設(shè)備和數(shù)據(jù)分析計算，保證了隧道通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性。同時，沒有變頻技術(shù)應(yīng)用的速度，可以保證隧道通風(fēng)系統(tǒng)具有節(jié)能的特點，減少影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，減少風(fēng)機的機械磨損，延長風(fēng)機的使用壽命，無級調(diào)速可以滿足通風(fēng)的要求，并降低功耗消費。變頻調(diào)速技術(shù)在通風(fēng)控制中具有成熟、簡單、投資少、效果好、運行穩(wěn)定等特點。在公路隧道中具有廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻】

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[2]謝光秋.公路隧道變頻通風(fēng)控制研究及系統(tǒng)實現(xiàn)[D].西安：長安大學(xué)信息工程學(xué)院，2006.