变频器在风机设计中的应用

0引言
众所周知，中国是一个农业大国，但随着科技的不断发展，我们的工业发展也突飞猛进，可是正处于发展中的我们不可避免地还会遇到各种问题，比如能源的浪费就相当惊人。

相关统计数据表明，我们国家电网的全部负荷中，有关动力的负荷约占总体的60%，在动力所需负荷中异步同步电动机的负荷又占全部的85%之多。

所以，如果我们能有效地利用电动机，加强对它性能的改善，以达到根据需要控制电动机的转速、降低在运行中的消耗的目的，如此一来就可以为我们的国家节省大量的电能。

此外，我们的风机、泵等相关的电气设备也达到了全国总用量的30%［1］。

所以它们也是设法节能的主要目标。

这类机械大多采用档板、阀门等传统方法来实现物理量的控制，以致造成大量损耗。

但如果采用变频器来控制各种风机转速，那么，风机所消耗的电能就将大大降低，节电省电的效果应该十分显著。

而且变频器的生产和使用已有150年的历史，一直取得优异的效果。

在全世界，变频器都得到了广泛的应用。

1异步电动机的工作原理
研究表明，我们可以通过改变电源的频率、转差率和极对率来对电动机的转速进行改变和控制。

以上方法中就改变电源的频率是目前国际上最流行也是最实用的一种方法，因为它不仅可调节的速度范围宽泛、平滑性能好，而且效率非常高，再者不管在静态还是动态其性能都很不错。

因此这种方法早已广泛应用于供水、供热、机械、石油、化工等行业中，并取得成功。

而且根据风机参数的比例定律，风量是和转速成正比例的，转速和风压的二次方根成正比例，轴功率又和转速的三次方成正比例。

在风机转速发生变化时，该风机所消耗的功率就会发生很大的变化，这也是要将变频器应用于风机的一个主要依据。

2现状分析及应用案例
在我们的现实生活之中，风机的种类数不胜数，应用在各行各业，占据着举足轻重的地位。

就拿污水处理厂来说，就有许多的泵类还有风机，他们的动力电机总是一直都处于恒速运转的状态，而这种状态是极为不利的。

因为设计师在对系统进行设计的时候，往往容量会选择得较大，随之就是系统匹配不合理，发生了我们平常所说的那种“大马拉小车”的现象，加之因生产、工艺等各个方面的变化，我们就需要经常去调节气体的流量、压力还有温度等因素，进而就造成大量的资源浪费。

污水处理厂风机和泵类的耗电量大约可以占到总耗电量的80%以上。

电动机是风机、泵类、压缩机等各种设备的源动力，遗憾的是它在其中的实际运行效率却仅仅能达到30%～40%，可是它的用电量却已经占到厂内总用电量的80%以上，如此计算下来其浪费惊人。

到目前为止，泵类、风机的控制方式一般采用2种方式：一种是在出口阀门的地方进行调节；另一种是改变叶轮的直径来进行调节。

一般来说如果采用出口阀门来调节，在实际的运行中绝大部分泵的阀门开度只有40%，电动机就会发生满负荷甚至超流等现象，整体耗电量提高，所以泵的运行效率就会很低。

当采用阀门来控制时，如果流量要求减少，那么就必须关小阀门，可如此一来，阀门的摩擦阻力便会急剧上升，造成能源的大量浪费。

比如说为了要减少风机的风量，企业采用出口阀门来进行调节时会造成阀门的损坏，替换损坏部件的备件费用也是一笔巨大的开销。

因此，使用高科技手段做好泵类、风机的节能工作是降低给排水车间生产成本、推动企业科技节能进步的一项重要内容。

3运行效果分析
检测结果表明，水泵和电机装上变频器后比没有装变频器的机器大约能节省53%左右的电能，不仅如此，装上变频器后生产工艺还会随之稳定。

（1）省电效果明显，当企业采用变频调速技术后，电机的功率因数会被提升，避免了许多没有效率的工作消耗。

我厂共有8台93kW叶轮曝气机采用变频控制，目前正常投入运行的有4台，电机在额定转速的65%～90%之间运行，平均为80%，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）3，即51.2%，去除机械损耗电机铜、铁损等影响，节能效率也接近40%，每台曝气机每天工作时间平均为18h，则：
每台每年节能：93×18×365×40%＝244404kW·h
4台曝气机每年节能：4×244404＝977616kW·h
如果电费按0.67元／kW·h计算，每年节约的电费：0.67×977616＝655002.72元，约65.5万元。

通过以上分析可以看出，风机水泵采用变频器调速后，节电效果是明显的。

此外，机械的转速降低后，磨损减少，使用寿命延长了，间接经济效益也很可观。

（2）当有变频调速技术之后，电机定子电流下降64%，电源的频率会下降到原来的60%左右，水泵出水的压力也降低57%。

因为电机水泵的转速普遍的下降，由此一来电机水泵的运行状况就会明显变好［2］。

（3）采用变频调速技术后，所有水泵的出口阀门就会全部打开，这样就可消除阀门因节流而产生的噪音，极大限度地改善了工人工作环境，同时，具有显著的社会效益。

4使用变频器的优势
目前，很多企业每年都要付出一笔巨大的电费开销，尤其是以风机和泵类为主要机器的污水厂，能耗更是居高不下，这样就严重制约了企业经济效益的提高。

但要是采用变频调速进
浅谈变频器在风机设计中的应用
刘涛
（苏州高新污水处理有限公司，江苏苏州215011）
摘要：介绍了异步电动机的工作原理，以实例分析了变频器和风机有机结合的现状、效果及优势，讨论了在风机设计中应用变频器设施的相关注意事项。

关键词：变频器；风机；应用
装备应用与研究◆Zhuangbeiyingyong yu Yanjiu
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行节能运行，就不仅可节约电费，为企业降低生产成本，还可减少启动时对整体电网的冲击，与此同时也改善了工作环境，还更容易使自动化生产的目标得以实现，风量流量可根据生产工艺的要求控制得更为准确、快速。

所以，企业要采用变频节能技术，利用它优越的调速能力、优异的保护功能，为企业创造更多的财富，产生长久的利益［3］。

（1）变频器在启动和停止功能上较传统方法有很大的优越性，因为它在启动过程所需的最大电流总是小于额定电流，如此一来就可让电动机和电网所受的冲击减小很多，使电机的故障率下降，减少很多不必要的维修和检查。

（2）风机有变频设备后，风门会全开，也就会减少机器的磨损，不仅会让风门使用的更长久，还可以让风道的阻力变小。

（3）进行变频改造后，线路损耗会减少。

（4）变频器有一个很特殊的功能，就是他可以进行平滑调节，这种功能减少了风机的机械磨损，也就随之让轴承、轴瓦的温度降低，有效减少了检修的相关费用，还延长了风机的使用寿命。

就我厂的叶轮曝气机来说，采用变频控制后，能将氧化沟内的溶解氧稳定控制在所需范围内，保证了整个系统的处理效果。

5使用变频器需要注意的事项
（1）风机大惯量负荷电机，将其进行变频改造后，一定要注意风机可能会发生扭曲共振现象，所以必须计算或测量风机的各个电机的转速临界数字，进而采取相应的技术措施，使共振问题得到解决。

（2）采用变频调速控制后会使电机的转速下降一些，但是变频器长期在低频环境下工作，又会产生电机发热这个棘手的问题，这是因为电机内置的风扇风速会下降，影响
电机自身的散热系统。

这种问题的解决方法也很简单，只要在风机的外部设置一个风扇专门为风机降温即可。

（3）实践表明风机单侧变频改造较适合国产机器，因为它不仅能保证机组运行的稳定安全，又可大大节约能量，而且在这种方式调解下，如用于锅炉房风机还不会使锅炉内燃烧紊乱、锅炉炉膛压力过大，解决一系列以往不能攻破的技术难题，使风机使用最优化。

6结语
在最近的几年里，我们国家的能源已供不应求，即使这样，我们大大小小的企业还是在用传统方法来进行生产，能源利用率低的同时还伴随着大量的浪费，相比之下，发达国家的能源消耗比我们少了太多太多。

如果我们效仿一些发达国家的方法，单单风机和变频器方面就可为国家节省大量资源，风机的变频节能效果是非常可观的，并且可减少相关机器的工作负荷，增加整体设备的使用寿命。

［参考文献］
［１］周鸿雁．采用变频技术推动节约能源［Ｊ］．纯碱工业，２０１０（４）［２］马培华．变频调速技术在水泵控制系统中的应用［Ｊ］．科技传播，２０１１（１９）
［３］沈根生．变频调速技术在风机、水泵控制系统中的应用［Ｊ］．中国高新技术企业，２００８（２３）
收稿日期：2012－07－23
作者简介：刘涛（1978—），男，江苏靖江人，工程师，研究方向：电气质控。

0引言
随着我国经济的迅猛发展和城市化步伐的加快，电梯数量猛增。

电梯作为建筑物内主要的垂直运输工具，其安全保护装置显得尤为重要，乘客在进出轿厢时被电梯门撞击是目前主要的电梯故障之一。

1国标对于动力驱动的自动滑动门应满足的条件
GB7588—2003《电梯制造与安装安全规范》（本文简称“国标”）第7.5.2.1.1.3和8.7.2.1.1.3条，对电梯层门和轿门运动过程中的保护有相应的规定：
“当乘客在轿门关闭过程中，通过入口被门扇撞击或将被撞击时，保护装置应自动地使门重新开启。

该保护装置的作用可在每个主动门扇最后50mm的行程中被消除，即有这样一个系统，它在预定时间后能使保护装置失去作用以抵制关门时的持续阻碍。

”本文所介绍的关门保护装置都是轿门侧的。

国标对于关门保护装置的位置、作用方式和类型并没有做出明确规定，这样会给设计人员在实际设计和使用过程中带来不便。

2机械保护
机械安全触板成本较低，在早期电梯中得到了广泛应用。

从结构上看，有单安全触板、双安全触板、光束式安全触板等，而铝合金材质的触板较为常见。

该装置属于轿门上的一个软门，由支架固定在轿门板上，在关门过程中当有人或物体接触到触板时，安装在触板后端的微动开关动作将信号反馈给控制系统，此时控制系统马上发出开门信号，但由于关门时的惯性，门对人或物体还是会有撞击的。

对于单安全触板，一般厂家会在门上增加单光束或双光束光电保护装置来降低乘客被撞击的可能性，但由于光束是直线发射和接收的，存在盲点，因此还是有被撞击的可能。

机械触板是一种开环保护系统，若本系统出现故障，如微动开关失效时，系统便不能做出反应。

3光电保护
3.1光束门保护
光束（俗称光眼）是不单独作为门保护来使用的，因为一对
电梯关门保护装置研究
夏银益
（福建省特种设备检验研究院宁德分院，福建宁德352100）
摘要：结合GB7588—2003《电梯制造与安装安全规范》的相关内容，分别对电梯关门保护装置的3种类型进行了阐述，并提出了相应的见解。

关键词：电梯机械触板保护；光电保护；力矩保护
Zhuangbeiyingyong yu Yanjiu◆装备应用与研究
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机电信息2012年第33期总第351期。