风机的变频调速

风机的变频调速

一，风机变频调速节电原理

系统在选用的风机是按系统所需的最大用风量来选择的,因此所选用设备的额定风量，通常都超过实际需要的风量，又因为工艺需要在运行中要变换风量，而目前采用档板来调节风量的调节方式较为变更普遍，虽然方法简单，但实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，这种节流调节方法浪费了大量的电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。

从流体力学原理知道，风机风量与电机转速及电机功率有如下关系：

Q1/Q2 = n1/n2

H1/H2 = ( n1/n2 )2

P1/P2 = ( n1/n2 )3

其中 Q －－ 风量

H －－ 风压

P －－ 电机轴功率

n －－ 电机转速

当需要小风量时，用变频调速器降低风机转速，其电动机的输入功率也相应的减少。如风量减少到 80% ，转速 （ n ）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% ，轴功率将下降到额定功率的 13% ，其节能潜力非常大，因此对风量调节范围较大的风机，采用变频调速来代替风门调节，是实现节能的有较途径。

二，三相交流异步电动机调速

驱动风机，大多数为三相交流异步电动机，也有的是三相交流同步电机。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型（见图2），俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生

感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用N表示

N=60f/p(r/min) （1） 式中：f—三相交流电源频率，一般为50Hz；p—磁极对数。当p=1时，

N=3000r/min；p=2时，N=1500r/min。可见磁极对数p越多，转速N越慢。

转子的实际转速n比磁场的同步转速N要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示：

s=[n1－n）/n1]×100% （2） 当加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；起动后的极端情况n=N，则s=0，即s在0～1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=（1～6）%。

综合式（1）和式（2）可以得出

n=60f（1－s）/p （3）

1—机座；2—定子铁心；3—定子绕组；4—转子铁心；5—转子绕组

图1 三相异步电动机结构示意图

1—铜环；2—铜条

图2笼型电动机的转子绕组

由式（3）可以看出，对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，则电机的转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。

三，变频调速

变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（GTO、GTR或IGBT）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。上述的两次变换可简化为AC－DC－AC（交－直－交）变频方式。

图3 芬兰vacon变频器的原理图

图3给出了典型的变频器结构原理图。

利用变频器可以根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速或减速，基本保持异步电机固有特性转差率小的特点，具有效率高、范围宽、精度高且能无级变速的优点。

综上所述，风机采用变频调速的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，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。由于可以利用原鼠笼式电动机，所以特别适合对旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单，可靠耐用，维修方便的优点，又能达到节电的显著效果，是风机交流调速节能的理想方法。

四，其它调速方式

1 ，改变极对数的调速

旋转磁场的速度与定子的极对数有关，定子绕组进行切换就可以改变极对数，从而改变转速；但是从低极对数（高速）变换到高极对数，电机的实际速度会大幅度下降；但是如果切换速度很快，电机将会经历一个发电阶段，从而在电机及机械装置上产生较大的反向转矩；属于有极调速，调速范围小。

2， 转差率调速

1）改变定子电压: 通过调节电源电压来实现,这主要是因为交流异步电动机的电磁转矩与输入电压的平方成正比; 调压调速属于低效率,耗能型的调速方式 2）通过转子实现: 转子串电阻,增加了转子的功率消耗,导致转差值增加,转速下降;另外就是采用串极耦合,转子回路通过集电环与直流装置或可控整流电路连接,采用直流装置向电机转子提供一个附加的可调电压,从而影响转速和转子的磁化.这种方式局限于泵和风机类负载.