变频技术在风机中应用的节能分析

摘要：根据风机在不同工况下的性能曲线，分析了变流量运行时，风机流量（风量）、扬程（压头）、功率（轴功率）与转速之间的关系；根据风机入口风门不同开度的特性曲线和风机等效率曲线以及效率曲线的比对，分析了变频调速过程中风机效率的变化。介绍了使用变频器变频调速与风门调节的节流对比，阐述了变频调速节能原理和经济效益。

关键字：风机；变频调速；节能

中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号：

前言

就目前的工厂现状而言，风机是工厂配置的通用设备。而由于设计选型及节流控制等方面的原因造成了设备损耗和电能浪费。

通风工程设计者对管网阻力计算不够准确，从而造成所选用风机的额定风量远远超过工况实需风量。这时风机操作只好采用插板节流来增加阻力, 以求减少风量, 使之符合工况要求。而采用风门调节的变流量控制方式会存在以下几种问题：①设备长期运行，节流损失大，能耗高；②多数为低负荷运行工况，设备负荷得不到有效利用，风机效率低下；③设备维护费用高；④电机的启动电流大，会对电网造成冲击从而影响电网质量；⑤自动化程度低，对风量的控制精度达不到使用要求。

若在风机系统采用高压变频技术，则能根据系统风量的需求有效地调节电机转速达到工艺需求，减少管网损耗，提高风机效率和设备控制精度。

2、风机变频节能原理

从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的风机负载，轴功率P与流量Q，扬程H的关系为：

当电动机的转速由n1变化到n2时,Q、H、P与转速的关系如下:

=

理论分析可以看出，风机类负载的流量与速度变化成正比，扬程与电动机转速的平方正正比，而风机的轴功率与速度的三次方成正比。

而通过对风机的特性曲线（图1）的分析：可以看出我们通常所用的节流调节和变频调速的变流量控制在输入功率上存在巨大差别。

图1 变频前后的特性曲线

图1中所示为风机类负载变频前后的性能曲线，曲线（1）、（2）为风机负载在风门控制的变流量控制下的管网特性曲线，曲线N1、 N1为变频前后风机的特性曲线。当采用风门调节时，为了对风量这一目标参数加以控制，只有调整入口挡板门风门开度。 而风门开度的减小必然引起负载与阀门摩擦阻力的变大，导致无功功耗的增加，此时管网特性曲线（阻力特性曲线）从曲线1变化为曲线2，而工况点也由C1点移动到C2。采用变频调速来控制风机流量后，管网的特性曲线（1）固定不变，风机的特性曲线从N1 变化为N2，工况点也从C1点移动到C2′。变频调速比风门节流控制在功耗上大大降低，两种控制方式的轴功率之差即为图1中的矩形C2H2H2′C2′的面积。

变频节能率分析

一般进行风机变频改造节能分析时，由风机轴功率计算公式，可得出此计算公式：

其中：、、为风机负载在工况点的轴功率、流量和扬程；：风机效率；

：传动机构的效率。

3.1 风机采用风门调节时的效率

离心式风机一般采用风门调节，随着入口导叶角度的增大( 即风门开度减小) , 流量减小的同时风机的效率降低, 尤其在风门开度较小时风机效率大大下降, 表1为某型号进口与国产风机均采用风门调节时的风门开度与风机效率的比较。

表1 风门调节时风机效率表

3.2风机采用变频调速时的效率

图2 风机的等效率曲线和风机特性曲线

通过对风机的等效率曲线和风机特性曲线的分析，在变频调速状态下，相同的管网特性下不同转速工况点所对应的风机的效率基本没有差别，因此上风机风门全开下采用变频调速的方法大大提高了风机的效率，减少了风机的轴功率。表2为变频调速方式下的风机效率。

表2 变频调速（风门全开）时的风机效率

4、结语

高压变频技术在风机负载中应用具有巨大的意义：

（1）采用变频调速来代替风门控制的变流量控制，降低了管网功耗，避免机械冲击造成的风机损耗延长了设备的寿命周期，从流体力学变频原理分析出发减少的风机轴功率；

（2）从风机的效率方面考虑，忽略电动机效率因素，大大提高了风机运行的效率，减少风机输入轴功率，这是变频调速节能的本质；

（3）变频调速调速范围宽, 调速精度高, 又可以实现软起动, 减少电网的电流冲击及对于大部分采用笼型异步电动机拖动的风机负载, 不失为目前最理想的调速方案。

参考文献：

（1）ZINVERT 系列高压变频调速系统培训教材[R] . 广州: 广州智光电机有限公司, 2004.

（2）吴民强.泵与风机节能技术问答[M] . 北京: 中国电力出版社,1998.

（3）吴剑恒，叶金勤. 变频技术在泵及风机节能改造中的应用分析［J］. 节能，2008（5）