摘要:简要介绍了变频调速技术的节能原理，并以风机系统为例，分析了变频调速装置在离心式引风机控制中应用的现状与效果，变频调速装置除了具有节能效果外，还可以改善工艺状况，具有广泛的优越性。
关键词:离心式通风机 变频调速 节能
1、引言
变频器调速技术在离心式引风机中得到广泛地应用。风机最大特点是负载转矩与转速的平方成正比，而轴功率与转速的立方成正比，因此如将电机的定速运转改为根据需要的流量来调节电机的转速就可节约大量的电能。
2 、控制系统改造的必要性分析
中铝青海分公司铝电解槽供料系统风动溜槽中促使氧化铝流动的高压风是由离心式引风机提供的，共36台，所以正确对离心式引风机进行控制是至关重要的。原来对离心式引风机采用直接启动的方式，通过人工检查氧化铝的走料速度来决定启、停高压风机的台数，多数情况下，根据经验一套系统需启动两台功率为37kW的电机在工频下驱动的风机来满足供料。但实际中一台风机就能满足风动溜槽中氧化铝流动所需的供风量，启动两台离心式引风机的优点是可保证电解槽的及时供料，风动溜槽中也不易积料，可避免由于溜槽中长时间积料造成的溜槽不畅通，也就避免了影响正常的供料。在这中间忽略了能源的浪费。近十几年来，随着电力电子技术、微电子技术与电力开关器件的发展，交流变频技术从理论到实践逐渐走向成熟。变频调速以其效率高、调速范围大、调速精度高、特性硬、无级调速等优点，在各种交、直流调速系统中，尤其是节能技术改造中，变频技术的应用面正在不断扩大，应用也从简单的节能向改进工艺提高产品质量与产量的综合型方向发展。在设计实施过程中，经常遇到的问题是使用变频调速器是否节约能源，能否满足生产工艺要求等。为此，对其电气控制系统进行了改造，通过压力传感器检测溜槽中风压调整变频频率，对离心式引风机实行变频器变频控制，避免了能源的浪费，所以具有较大的改造价值。
3 、变频调速技术的节能原理与负载关系
变频器在离心式引风机调速控制系统中应用主要目的是节能，交流异步电动机的转速公式n＝60f/P（1-S），电源频率与转速成正比，即改变频率可改变电机转速，理论上风量与转速的一次方成正比，轴功率与转速的3次方成正比，调节风门和调节转速时的测试数据分别如表1和表2所示。
表1 调节风门时的测试数据
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风量/（m3/s） |
0.036 |
0.123 |
0.195 |
0.266 |
0.308 |
0.339 |
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电功率/kW |
0.86 |
0.90 |
0.98 |
1.02 |
1.06 |
1.12 |
表2 调节转速时的测试数据
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风机类负载其中空气、介质对机器中的叶片之阻力基本上和转速的平方成正比，即：Mfz＝Kn2，式中K为比例系数〔1〕，实际的风机由于轴承上有一定的摩擦转矩Mm，是反抗性负载性质的，要由外加转矩克服这个Mm后，才能使风机转动。因此，实际的风机负载转矩为Mfz＝Mm+Kn2。现以恒转矩类负载与离心风机为例分析节能特性，为了分析的方便，假定电动机的输入功能等于这类装置的轴功率，即不考虑装置效率影响。由于风机最大特点是负载转矩与转速的平方成正比，而轴功率与转速的立方成正比，因此如将电机的定速运转改为根据需要的流量来调节电机的转速就可节约大量的电能。
4 改造方案
4.1 引风机加装变频器结构原理
从以上运行情况分析：若提高电动机的工作效率、节约电能，可在风机电动机上装调速装置。根据工作的情况调节调速器装置的速度即可以满足工作状况的要求。用变频器对风机进行改造不必对原系统进行太大改动。在变频改造的过程中，当氧化铝流动速度较慢时，让电动机高速运行便可达到要求。当需风量不太大时，使电动机低速运转可节约电能。同时，可根据需要而调节变频器，以满足工况要求。
4.2 改造原理
图1 工作原理图
工作原理如图 1所示〔2〕，将溜槽的实际风压经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当溜槽高压风压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使VVVF频率相应增大，风机转速加快，供风量加大，迫使风压上升；反之，风机转速减慢，供风量减少，迫使溜槽压力下降。以保持稳定的恒压供风。在本系统中采用了多风机控制，单机设定在25～50Hz范围内变化，在调节范围内管道压力远小于或大于设定值时，可以依靠增加或减少运行风机的数量来完成，加减风机按 1→2 →3转换顺序选择。
5 效果分析
变频调速节能控制装置的特点是效率高，没有因调速而带来附加转差损耗，调速范围大、精度高，可实现无级调速，而且容易实现协调控制和闭环控制。由于可利用原鼠笼式电动机，所以特别适合旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维修方便的优点，又能达到显著的节电效果，是风机交流调速节能的理想方法。由于风机的功率较大、工作时间较长、节能效果非常显著，实际测得离心引风机实际电流为44A，直接启动电流为56A，如果按一年工作360天，调频30～50Hz，用随机分布来计算，可节约： 37kW×24h×360d×44A/56A=251177kW·h，按每kW·h 0.25元计算每年每台可节约62794元，则每年可以节约62794×36＝2260584元。
参 考 文 献
[1] 周绍英. 电机与拖动[M].中央广播电视大学出版社,1994.
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