变频器在风机类电动机上的节能应用

变频器在风机类电动机上的节能应用

摘要：风机类电动机的最大特点就是轴功率和转速的立方成正比。对于传统的风机类电动机运转的过程中，无论需要多大的风量，风机都是以最高转速运行，整个系统所需要的风量大小由风门调节器来进行调节，这种运转状态，需要消耗大量的电能，变频调速技术可以根据需要的风量大小而改变电动机的运转速度，节能效果比较显著。

关键词：变频调速技术；电动机；节能；效益

Abstract: the fan motor is most characteristic of the shaft power and speed is directly proportional to the set. As for traditional fan motor of the process, no matter how much air volume, the fan is the highest speed operation, the whole system need air volume air inlet regulator by the size to adjust, the operation state, need to consume large amounts of energy, frequency conversion technology according to the need of the size of the air can change the motor running speed, energy saving effect is remarkable.

Keywords: frequency conversion technology; Motor; Energy saving; benefit

随着科学技术的发展，变频调速技术日益完善，变频器运用在风机类电动机的调速效果和性能比以前的任何调速技术都要好，而且变频调速技术的结构比较简单，造价比较沙盘，已经成为电机类电动机调速的主流技术。本文主要阐述变频调速技术在风机类电动机中的应用，实现整个系统的节能。

一、变频器的节能原理

我们知道风机的最大特点是轴功率和转速的立方成正比，负载的转矩和转速的平方成正比。使用变频器可以根据系统需要的风量调节电动机的转速，实现了良好的节能效果。

1、挡板和转速控制。这是两种调整调整系统风量的措施，挡板是在风道中安装出口挡板和入口挡板控制，出口挡板控制通过关小挡板实现增加风阻，只能够调小风量，在低风量时候轴功率减少有限，从节能的角度来看不适合用于风量控制。入口挡板控制控制的风量控制范围要比出口挡板控制要管，在关小入口挡板控制之后，轴功率和风量成比例变化。

2、转速控制要比挡板控制的节能效果要好。如下图所示，理想曲线表示在理想情况下，进行转速控制时需要的功率。在实际工作之中，调速装置的类型不同，需要的功率也会不同，其中与理想曲线接近的表示调速效果最好，和理想曲线的差距表示调速装置的能量损耗。很明显变频器控制的调速效果和理想曲线最接近，这种情况下能量利用的效率最高。

风机的运转特性曲线

二、工频电源到变频器的切换控制措施

由上面的风机运转特性曲线的各种控制方式消耗功率的差异比较发自按，在风量比较高的区域（90%以上最大风量），各种控制方式的效果大致比较接近，在低风量的情况下，变频器的消耗功率减少比较明显，在最大风量的情况下，使用工频电源的避变频器对风量控制的效果要好。因此在大风量运转状态下，采用工频电源消耗功率比较少，在下风量的状态下，使用变频器的功率消耗最少。这也使得工频电源在调速中运用十分必要，能够实现在各种状态下切换。

对于功能比较齐全的节能变频器，省略了旋转传感器，根据电动机在自由停车状态下的残留电压，得出准确的旋转频率，这样实现了平滑的从工频电源向变频器的切换。具体的特性实测如下图所示：

工频电源到变频器的切换控制特性

三、变频器向工频电源的切换控制

1、从变频器向工频电源的切换从节能方面考虑具有充分的必要性。根据不同点电动机的特性可以分为同步切换和非同步切换。

1、非同步切换。电动机的荣来那个可以分为机械容量和电气容量。如果对象系统的转矩可以在切换过程中发生变化，可以用比电动机容量小的变频器来控制，首先将电动机加速到变频器的容量的转速之后，撤离电动机，使得电动机的残留电压衰减前是变频器做自由停车运转，然后切入工频电源。在这个系统中，可以增加起动电抗器来防止直接使用工频电源的大电流对机械设备造成损坏。对于这种切换方式，使用到的变频器的容量比较小，在切换过程中会有较大的电流，必须要考虑电动机的同来那个、负载特性、切换频率和投入时间，在高频率的切换工作中运用效果不是很好。

2、同步切换方式。首先需要将电动机用变频器加速到工频频率，使得变频器的输出和工频电源的输出频率保持一致，然后将电动机从变频器物冲击地切换到工频电源。这种切换方式需要变频器的容量较大，使用的工频电源的冲击电流不能太大，一般应有到转矩冲击小的对象系统中。

四、部分控制

我们知道，对于风机类的电动机用变频器进行转速控制的过程中，轴功率

和转速的立方成正比。在对象系统需要较高的风量时，可以直接使用工频电源，使用变频器的条件是需要电动机的转速在最高转速的80%以下，这时候需要减小变频器的容量，这时候称之为部分控制。

但是，在实际运转过程中，不能够将变频器的容量大幅度的减少，只能够将变频器的容量减少到电动机的容量范围以内，这是由于电动机的输入电流在变频器的额定电流以内。

五、减转矩负载用v/f模式

风机类的电动机的减转矩负载的转矩进而转速的平方成正比，对于使用节能变频器，可以使用v/f模式提高调速效果。由于电压的下降使得减转矩负载的电动机的电流也随之下降，而恒转矩负载就没有这种效果。这种模式对于改善变频器的效率和电机效率具有十分重要的作用。

变频器的v/f模式

下图显示恒转矩负载和减转矩负载的效率差别：

使用减转矩负载的变频器在控制电动机的过程中，连续的运转转矩要比负载转矩大，在电动机的低速区不用考虑电机的冷却。

六、瞬停再启动控制技术

对于电源的瞬时断电等情况，变频器会在瞬停补偿时间之后切断变频器的输出，如果要向保持变频器的调速作用，需要增加晶体管等保护措施。在继续通电之后，需要等待电动机在转速停止之后有外部发出启动信号，同时解除中断过程中的变频器的输出。在大型的工业生产中，需要保持系统的可靠性，以及在电流的中断或者电流瞬时变化过程中，各种设备好需要继续运转，尤其是无人的运转设备。

对于功能要求比较高的变频器在停电之后保持电动记得运转，在系统复电之后可以实现自动启动，这样不仅提高系统的可靠性，实现节能的目的。变频器的工作方式如下：在系统复电后，实现对电动机发出再启动信号，能够自动调整变频器的初期状态；在电动机的自由停车之后，检测出电动机的旋转频率，变频器实现对旋转频率的跟踪；在电动机的残电压衰减过程中，实现缓慢施加输出电压，将变频器接入电动机中。

将电动机的转速和变频器的输入频率保持一致，这样可以防止两者工作频率不一致的情况引发过电流，实现系统的平滑和走动地恢复大盘原来的稳定运