风机变频调速应用
风机广泛的应用在各个领域，HVAC系统中风
机也广发的应用，对风机的变频调节及节能原
理本文专门进行阐述。
风机在工作过程中的基本参数：
• 风量Q 表示单位时间流过风机的空气量
其单位为m³/ s、 m³/ min 、m³/ h
• 风压H 表示当空气流过风机时风机给予每m³空气的总能量它总是由静风压Hs 和动风压Hd 组成其单位为Pa 、MPa
等。
H=Hs+Hd
• 轴功率Ps 为风机工作时有效总功率亦称为空气功率其单位为kw
Ps=QH 1000
• 如果风机风压是以有效静风压Hs 表示时则
Ps=QHs 1000
• 效率ηD风机轴上的功率因有部分损失而不能全部传递给空气它是评价风机工作优劣的主要指标之一。
• 电动机功率PM
PM=QH/1000 ηCηD
式中C为传动机构的效率直接传动时C=1.0
• 总效率
η= ηCηD
风机的工作特性主要由H－Q 曲线来表述H －Q 曲线是表示当转速恒定时风压
• H与风量Q 之间关系的特性如图所示
管网风阻特性表示当管网的阻力R 保持不变时管网的通风阻力h 与风量Q 之间的关系特性如图所示，通风阻力与风量之间的关系由阻力定律决定
h = RQ²，式中h 为通风阻力
风机在工作过程中的功耗：
• 电动机的轴功率
• 线路损耗
• 控制装置损耗
• 机械损耗
风机的基本节电方法
• 减少运行时间
• 采用高效风机和设备包括风机电机传动装置控制装置等
• 减少空气动力等
调节转速的节电原理采用调节转速控制风量的方法和常用的调
节风门的方法相比有着明显的节电效果其原理如图所示，• 曲线1 为风机在恒速下的风压一风量（H－Q）特性曲线
• 曲线2 为恒速下的功率一风量（Ps－Q）特性曲线
• 曲线3 为管网风阻特性（风门全开）
设风机在设计时工作在A 点效率最高此时输出风量Q 为 100 轴功
率为 Ps1，与Q1、H1 的乘积成正比即Ps1；与AH1OQ1 所包围
的面积成正比。
当需要调节风量时例如所需风量
从100％减少到额定风量的50％即从
Q1减少到Q2时如采用调节风门的方法
来调节风量使管网阻力曲线由曲线3
变为曲线4 就是说减小风门开度增加
了管网阻力此时系统的工作点由原
来的A点移至B 点可以看出风量虽
然降低了但风压增加了轴功率Ps2
与面积BH2OQ2 成正比它与Ps1相比
减少不多。
如果采用调节转速来调节风量的方法
风机转速由原来的n1 降到n2 根据风机
参数的比例定律可以画出在转速n2 下
的风压一风量（H－Q）特性曲线5 风机
工作在C 点可见在满足同样风量Q2 的
情况下风压将大幅度降低到H3 轴功率Ps2（与面积CH3OQ2成
正比）也明显降低，所节约的功率与面积AH1OQ1和CH3OQ2之
差成正比由此可见用调速的方法来减少风量的经济效益是十分显
著的。
由流体力学可知风量Q 与转速 n 的一次方成正比风压H 与
转速n 的平方成正，比轴功率Ps 与转速n 的三次方成正比即：
Q œ n
H œ n²
Ps œ n³
当所需风量减少风机转速降低时其功率按转速的三次方下降如所需风量为额定风量的 80％，则转速也下降为额定转速的80 ％而轴功率下降为额定功率的51.2％，当所需风量为额定风量的 50％时轴功率可以下降为额定功率的 12.5％当然转速降低时效率也会有所降低同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响即使如此这种方法的节电效果也是非常可观的
• 锅炉运行工况：
锅炉燃烧的稳定性和可靠性是实现锅炉安全经济运行的关
键，锅炉炉膛的负压是一个重要的控制参数传统的炉膛负压
控制方式是当电机以恒速运行时，通过一次仪表检测炉膛的
负压再同负压给定值比较经PI 运算后，由电动或气动执行器
控制风机引风挡板开口度即改变风阻调节引风量达到调整燃
烧的效果。
在实际应用中引风挡板的开口度一般在70% ~
80% 相当一部分电能消耗在引风挡板的阻力降上造成电能的
浪费，另外挡板的机械联接结构在挡板的调节过程中存在滞
后线性度差调节性能不太好，在负压闭环控制中若负压过大
还会造成炉内燃料的浪费负压过小又会影响燃料的充分燃
烧，进而影响到锅炉蒸汽的质量。
但其优点是控制方法简单
设备量小可靠性高维修方便。
采用变频调速，将原有的风门挡板开至最大，应用负压闭环
控制通过调节风机电机的转速即直接调节风量来实现锅炉负
压自动调节控制，能够更好地满足生产要求又达到了节电和
节省燃料的目的。
• 引风机变频调速负压闭环控制系统：
某燃煤蒸汽锅炉引风机
引风机参数：流量9400m3/h 全压3170Pa 转速1450r/min 电
机容量132kW
电机参数：132kW 电压380V 频率50Hz 电流139A 转速
1480 转。
采用变频调速负压自动控制，为了保证系统运行的可靠性，
采取了电机软起动切换方案，保证一旦变频器出现故障可使
风机电机软起动后恒速运行，这时调节引风挡板以保证生产
正常运行锅炉炉膛负压自动控制系统如图。
－
图中，炉膛负压给定由仪表调节器面板设定，同炉内负压检
测和变送器检测到的负压实际值比较经仪表调节器PI 运算后
输出4 ~ 20mA电信号作为变频器频率给定信号，用于变频器
控制电机转速达到自动控制风量的目的。
如果变频器出现故
障可切换到软起动运行方式，这时的频率给定信号就作为电
动执行器的控制信号通过控制引风挡板的开度达到对引风量
的控制。
这种设备方案既保证了风机变频调速运行满足负压
自动调节的稳定性和运行的经济性，又能保证一旦变频器出
现故障仍能保证运行的可靠性。
• 工业运行
系统投入运行时风机风门完全打开，
调节风机电机转速实现了风量风压
自动调节，根据对用汽量的要求和季节
变化不同，正常达到33-34t/h 蒸汽
量时，变频器输出频率在40-46Hz范
围内调节变化，在最少用汽量16-17t/h
时，变频器输出频率为25-30Hz，完
全能够满足生产过程对分量的调节变化
要求。
图示是变频调速运行风门全开和
电机软起动后旁路运行调节风门时对电机
功率测试的对比，变频运行时有显著的
节电效果
风机采用变频调速节能运行的意义
• 据统计1995 年我国风机水泵设备装机总功率达到1.6 亿kw，年耗电量3200亿kwh ，约占全国电力消耗总量的
1/3。
在风机运行中应用变频调速其节电率一般可在20%
－ 60％，投资回收期为l－3 年，不仅节电效果显著而且
对于满足生产工艺的要求保证产品质量起到重要作用，经
济效益十分显著。
1995 年1997 年三年间仅我国风机水
泵变频调速技术改造投人资金就达到35 亿元，改造总容
量达100 万kw ，平均回收期为2 年。
因此大力推广风机
变频调速节能运行是当前企业节能降耗的重要技术手段。
风机是否都需要变频运行
• 应考虑生产工艺的具体要求电机调速虽是风机节能的有效途径，但井非凡是风机都能采用调速节电另外要注意风
机的转速范围，因为当转速低于额定转速的 40％－ 50％
时风机的效率将明显下降，故风机的速度变化范围不宜过
大。
通常最低转速不小于额定转速的50 一般调速范围在
70％ -100％之间为宜。
此外还应避开可能引起机械谐振的转速范围。