浅析变频节能技术在风机中的应用

孙建辉

摘 要：风机在工业生产中有着广泛的应用，在实际生产过程中，往往需要根据生产需要，对风机的转速和输出进行调节，传统的调速方式不仅能耗较大，对风机的损耗也较大，不利于设备寿命的延长。随着变频技术的发展，其在控制领域得到了广泛的应用，本文主要针对变频节能技术在风机中的应用进行了简要的分析与阐述。

关键词：变频；风机；节能

1 引言

风机作为工业生产中十分常见的工业设备，在煤炭、电力、钢铁等诸多行业内都得到了广泛的应用。风机作为工业生产的通用设备，在工业生产能耗中的比重较大，一般来说根据生产需求，风机经常处在全天候的运转状态下，并且根据工况的需要，需要对风机进行实时的调节。传统的改变风门等调节方式，不仅调节精度、调节效果不佳，还会造成不必要的能量损耗。近年来随着变频技术的不断发展以及人们节能意识的不断提高，变频控制技术在工业生产中开始得到推广与应用，本文主要针对变频节能技术在风机中的应用进行简要的分析与阐述。

2 风机调速方式的简介

一般来说，风机的调速主要可以通过改变风机自身输出特性或者改变外部管网阻力特性来实现，根据风机运行状态的不同，风机调速方式又可以分为恒速调节与变速调节两大类

2.1 风机恒速调节

风机恒速调节就是在风机调速过程中，不改变风机的运转速度，使风机一直处于恒速运转状态，而是通过改变外部条件实现风量、风压等条件的调节与控制。根据改变外部条件的不同，风机的调节既可以通过改变风机的叶片角度，也可以通过改变风机叶片的数目或宽度，或者通过改变风机的风门大小来实现。风机恒速调节方式下的风速调节控制精度较差，且风机一直处于恒速运转状态，造成了能量的不必要浪费。

2.2 风机变速调节

风机变速调节就是通过改变风机的运转速度调节风机的风速，根据工程需要，既可以选用简单易行但效率较低的调速方式以降低前期成本，也可以选用高效复杂的调速方式实现高效低能耗的风机调速。一般来说，转子回路串联电阻调速、电磁调速等调速方式在工业生产中的应用较为广泛。与风机恒速调速相比，变速调速改变了风机的运转速度，减少了不必要的能耗，但电阻等元件的引入也增加了不必要的能耗。

3 变频技术在风机调速中的应用

3.1 调速节能原理简介

风机的负载转矩与风机转速的平方成正比，风机的轴功率与风机转速的立方成正比，基于这一原理，当风机负荷发生变化时，对风机输出功率的需求也随之发生变化，因此改变风机的转速能够实现对风机输出功率有效的调节。采用风机恒速调节方式时，风机的转速保持不变，此时风机输出的功率也保持不变，而是通过调节风门对风速进行控制，当风门减小时，风门的阻力增大，且随着风机转速的增加阻力随之增大，一方面导致恒速调节方式的风速调节范围较小，且控制精度较差，另一方面也造成了大量不必要的能量损失。

根据流体力学知识可知，风机的风量Q、转速n、风压H以及轴功率P之间存在以下数量关系：

由上述公式可以看出，当工业生产所需的风量、风压减小事，通过调节转速将得到较大增益的风速调节。风机调速过程中风机各项指标的变化情况如图1所示。

如上图所示，纵坐标H表示风机的风压，横坐标Q表示风机的风量，（1）、（2）曲线表示表示不同风门情况下的阻力曲线，N1、N2曲线表示风机在不同转速下的工作特性曲线，风机工作特性曲线与阻力曲线的交点表示风机的工作状态点，工作状态点与两坐标轴所形成的矩形面积表示风机的功耗。

当风机的负荷减小时，若采用恒速调节方式，需要减小风门大小，此时阻力曲线由（1）变为（2），而风机的转速及工作特性曲线不发生变化，此时工作状态点由C1转移至C2，风量Q减小但风压H增大，风机的功耗P几乎不发生变化；若采用调速调节方式，需要降低风机的转速，此时工作特性曲线由N1变为N2，而阻力曲线保持（1）不变，此时工作状态点由C1转移至C2，风量Q与风压H均显著减小，风机功耗P也显著减小，可见调速调节方式与恒速调节方式相比，有着显著的节能效果。

3.2 变频调速原理简介

一般来说，异步电机是风机中应用较为广泛的电机类型，其转速n与供电频率f、转差率S以及电机的极对数P有如下关系：

通过上式可以看出，电机的转速n与供电电源的频率f成正比，因此改变供电电源的频率即可以实现电动机转速的精确控制与调节。

由于电网频率是固定不变的，需要使用变频器实现对供电电源频率的调节。变频器是在保证电机性能不变的前提下，通过改变电机的供电频率实现电机转速调节的电子设备。变频调速的调速范围大，能够实现电机在0-100%额定转速范围内的无级变速，同时控制调节精度也更高，控制方式也更加灵活。

变频器的种类较为丰富，在变频调速时需要根据实际的工况需求选择合适的变频器，以保证变频器的安全运行与最大节能效果。一般来说，变频器的选用具有几点基本要求：一是变频器额定容量要大于电动机额定功率与适应电动机的功率和，二是变频器额定电流不小于电动机的额定电流，三是变频器的额定电压不小于电动机的额定电压。除了以上三条基本要求外，在实际工业生产环境中，选用变频器时还需要根据实际工况中的电机类型、电机容量以及外部运行条件等信息进行综合考虑，同时还要考虑变频器变频调速带来的谐波污染与谐波抑制问题，优化选择最佳的变频控制器。

3.3 变频调速的特点

风机的调速方式较多，传统的液力离合器调速、液力耦合器调速等调速方式前期投资成本较低，但转差率较大且效率不高，运行可靠性也较差，维护工作量较大，难以起到满意的节能和调速效果。与其他调速方式相比，变频调速具有以下几点特点：

一是调速范围大，能够实现风机转速在0-100%而定转速下的无级变速，调速的效率较高，且调速的平滑性较好，风机调速过程中对风机的损伤较小；

二是调速精准，风机转速的控制精度较高，能够实现预定转速的快速精准调速；

三是安全性较高，能够在调速过程中对风机的电流、电压等运行参数进行监视，避免过流、过压以及短路等故障的发生；

四是可靠性较高且控制简便，控制自动化水平较高，不需要进行复杂的操作，且对风机的损伤较小，使用寿命较长；

五是体积小巧，装配便捷，不需要对电动机进行额外的改造，变频器的安装、调试以及维修工作都较为便捷。

4 结束语

随着节能减排的不断深化，人们的节能意识不断提高，风机在工业生产中的能耗问题越来越得到人们的重视，变频调速技术作为一种新兴的控制技术，在风机控制中显示出了较好的调节性能与显著的节能效果，相信随着相关技术的不断发展晚上，变频节能技术必将在工业生产中得到更广泛的应用。

参考文献

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