风机变频控制的条件和节能原理

一、众所周知，风机是应用量大、应用面广的通用性机械，与风机配套用的电机耗用电量约占全国总发电量的20%。因此在鼓风机、引风机等风机类设备上，推广节能技术，取代落后的档风板或阀门载流调节方式，使风机始终处于科学、经济运行状态，提高企业综合经济效益和社会效益，具有十分重要的意义。
传统风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用档板、风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环回路控制，也较不考虑省电的观念。电气控制采用直接或Y-△起动，无法具有软起动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪音较大，需要的电源容量大，功率因数较低等是其主要的问题点。从流体力学原理得知，风机风量与转速及电机功率相关。当风量减少风机转速下降时，其电动机输入功率迅速降低。例如风量下降到80%时，转速也下降到80%，其轴功率则下降到额定功率的51%；若风量下降到50%时，轴功率将下降到额定功率20%。采用变频调速，改变风机电动机的输入频率从而改变电动机、风机转速，达到调节空气流量的目的，既满足生产工艺变化的要求，又节省电能，是一举多得的最佳措施。
二、节电原理任何利用交流感应电动机作为电力传动方式的生产机械，电动机的功率是按最大负荷期额定负荷选择的。而工作时绝大部分不能满载运行，电动机工作于满电压、满速度而负载很小，也会有很多时间空载运行，由电机设计和运行特性可以知道，电动机只有运行在满载时才是效率最高、功率因数COS￠最佳状况,轻载时降低，空载时甚至降到0.3以下，造成许多不必要的电能损耗。
现在采用检测负载大小的方法，根据负载的减少，适当降低定子电压可以提高效率，这是因为当轻载、空载时定子电流有功分量很小，而主要是励磁的无功电流，因此 COS￠很低，而空载损耗中占主要成份的是定子满电压的铁损耗，一点没有减少，所以效率很低。如果适当降低定子电压，见电机定子感应电势公式： U1≈E1=4.44F1N1KN1￠m其中: U1—定子每相绕组串联匝数；KN1由于轻载、空载时定子电流很小，可以忽略定子绕组的漏阻抗压降，所以U1≈E1，当其他条件不变时，降低定子电压U1，则￠m比例下降,也即励磁无功电流IM也成比例下降，这样定子电流中的无功分量减少了，COS￠就提高了，适当控制可以接近最佳值。另外，其他条件不变，定子铁耗：PFel= pFeIN ×(U1/ UIN)2其中：PFel—定子铁耗；pFeIN —定子额定铁耗；UIN —定子额定端电压。可以看出，随着U1下降，PFel以平方比例迅速下降，这样轻载、空载时占主要损耗的铁耗大量减少，使电机的运行效率大大提高，这就是轻载降压节电的道理。调速节能根据可变速机械的相似定理： Q∝n；M∝n2；P∝n3；其中：Q—流体的流量；n— 风机、泵的轴转速；M—轴转矩；P—轴功率。通常需要改变负载时，是用档板或阀门调节，这时输入功率变化不大，大量能量以压差的形式损耗在档板、阀门上了，不仅能耗大而且档板、阀门磨损易坏，噪声也大。由上面公式可见，只要改变n，测流量Q成比例变化，达到调节Q的目的，而轴功率可大大减少，如Q’=1/2，则P’=1/8×P，轴上功率仅为额定时的12.5%，还能节能（节电）80%以上，当然这是理想的，考其他因素，节能率要小些。另外，即使对于许多“恒转速”性质的机械，如活塞式空压机等，用调速改变负载，也有明显的节能效果，这是因为降速后（如用变频调速）电机和生产机械的多种损耗都随转速风速下降，效率都比机械方法有很大提高。软起动节能通常感应电动机采用直接接入电网起动的方法，电动机的起动电流为额定时的5~7倍不仅损耗大，
对电网冲击也大，机械磨损，振动都大，如果用变频调速起动，可以将起动电流限制到很小，如果满载起动，也只要比额定电流稍大就可以了，这样起动损耗大大降低，既不冲击电网，又不冲击机械。功率因数COS￠改善的好处采用变频调速，由于变频器中有直流电容器的隔离作用，使输入的功率因数接近于电动机的励磁无功电流由电容器提供，这样可以节省很大的一块电网容量，一般可节省30%左右，所以很多大型企业中大容量设备进行变频调速改造后，可以增加不少新设备而不需扩容。山东风机   13853998970    吴清松。