近年來，人們越來越重視采用變頻調(diào)速技術來實現(xiàn)風機的調(diào)速節(jié)能。文獻總結了用變頻調(diào)速驅(qū)動風機的情況，文獻介紹了風機變頻調(diào)速高效運行的方法。雖然變頻調(diào)速有許多優(yōu)點，但變頻器調(diào)速系統(tǒng)存在調(diào)速范圍窄、低速(30Hz)力矩小、電機發(fā)熱、能耗大以及諧波干擾電網(wǎng)等缺陷。

本文闡述的使用開關磁阻調(diào)速電機來驅(qū)動風機，以達到調(diào)速節(jié)能的目的。

一、開關磁阻調(diào)速系統(tǒng)(SRD)簡介

開關磁阻調(diào)速系統(tǒng)由電動機(SRM)和控制器(SRD)兩大部分組成。

SRM電動機是定子、轉(zhuǎn)子雙凸極可變磁阻結構。以圖1所示電動機中定、轉(zhuǎn)子的相對位置作為起始位置，依次A→B→C→D給相繞組通電后，轉(zhuǎn)子便會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，D→V→B→A依次給相通電，則電動機會順時針方向轉(zhuǎn)動。若改變相電流的大小，則可改變電動機轉(zhuǎn)矩的大小，進而可以改變電動機轉(zhuǎn)速。當主開關器件S1、S2導通時，A相繞組從直流電源U吸收電能，而當S1、S2關斷時，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管D1、D2繼續(xù)流通，并回饋給電源U。因此，SRM電動機傳動的共性特點是具有再生作用，系統(tǒng)節(jié)電、效率高。

轉(zhuǎn)子上固定有確定轉(zhuǎn)子相對定子位置的齒盤，定子上裝有檢測齒盤轉(zhuǎn)動脈沖的光電傳感器，位置信號以電脈沖的方式傳送給SRD控制器，由SRD控制器控制電機的運行。

SRD控制器由嵌入式微處理器、PLC可編程邏輯器件、IGBT驅(qū)動電路、光電隔離、通信接口、顯示屏、鍵盤、電力電子器件及軟件組成（圖2)。SRD控制器通過電子電路，控制IGBT驅(qū)動及控制系統(tǒng)功率開關器件的導通與關斷，功率開關器件(圖3)又控制著電動機各相繞組的導通與關斷，而使電動機旋轉(zhuǎn)。通過控制繞組導通與關斷的順序，控制電動機的旋轉(zhuǎn)方向，通過控制繞組的電流控制電動機的轉(zhuǎn)速。SRD控制器根據(jù)位置編碼，開通和關斷相應的繞組，使電動機可在四象限運行，實現(xiàn)電動機的連續(xù)運轉(zhuǎn)、制動、點動及位置保持功能。通過對鍵盤的操作，實現(xiàn)電動機的啟?？刂萍案鞣N參數(shù)的設置；嵌人式微處理器通過A/D轉(zhuǎn)換接受模擬量的輸入，通過PLC可編程邏輯器件的程序軟件，實現(xiàn)對外部輸入信號的閉環(huán)控制；同時SRD控制器的RS232通訊接口，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的維護和遠方監(jiān)控。

二、應用SRD實現(xiàn)九洲風機調(diào)速節(jié)能的方法

把流量變送器(傳感器）安裝在風機出口，采集風機的風量，并把信號轉(zhuǎn)變?yōu)?~20mA的標準電流信號，將信號傳送給SRD控制器的模擬量輸入接口（圖2)，把用風量的設定值通過鍵盤和顯示器輸入SRD控制器，當傳感器傳來的信號小于或大于設定值時，則SRD控制器的指令調(diào)節(jié)電機及其風機的轉(zhuǎn)速，控制風機的風量，把風機的風量維持在設定值，實現(xiàn)閉環(huán)的PLC控制。

三、九洲風機廠分析SRD用于風機驅(qū)動的優(yōu)勢

1、開關磁阻調(diào)速系統(tǒng)(SRD)的優(yōu)勢分析SRD開關磁阻調(diào)速系統(tǒng)（以下簡稱開關調(diào)速電機)與其它調(diào)速系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點。

(1)系統(tǒng)效率高

開關調(diào)速電機在其寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，整體效率比其它調(diào)速系統(tǒng)至少高出10%。在低轉(zhuǎn)速及非額定負載下高效率則更加明顯。

(2)調(diào)速范圍寬，低速下可長期運轉(zhuǎn)開關調(diào)速電機從零到最高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能帶負荷長期運轉(zhuǎn)，電機及控制器的溫升低于工作在額定負載時的溫升。

(3)無過沖啟動電流

開關調(diào)速電機具有軟啟動特性，電機啟動過程絕無交流電機啟動電流大于額定電流5~7倍的現(xiàn)象，而是啟動電流平滑增加至所需的電流。設定的電機啟動時間越長，啟動電流越小。

(4)髙啟動轉(zhuǎn)矩，低啟動電流

開關調(diào)速電機啟動轉(zhuǎn)矩達到額定轉(zhuǎn)矩的150%時，啟動電流僅為額定電流的30%。

(5)三相輸入電源缺相或控制器輸出缺相不燒電動機

開關調(diào)速電機若三相輸入電源缺相或者欠功率運行或者停轉(zhuǎn)，不會燒毀電機和控制器。電動機輸入缺相只會導致電動機輸出功率減小或者會導致電動機無法啟動。

(6)過載能力強

開關調(diào)速電機過載能力強，當負載短時大于額定負載時，轉(zhuǎn)速會下降，保持最大輸出功率，不會出現(xiàn)過流現(xiàn)象。當負載恢復正常時，轉(zhuǎn)速恢復到設定轉(zhuǎn)速。

(7)功率器件控制錯誤不會引起短路

開關調(diào)速電機的上下橋臂功率器件和電機的繞組串聯(lián)，不存在發(fā)生功率器件控制錯誤導致短路而燒毀的現(xiàn)象。

(8)可靠性高

開關調(diào)速電機的轉(zhuǎn)子無繞組和鼠籠條，電動機可高速運轉(zhuǎn)而不變形，機械強度和可靠性均高于其它類電機。定子線圈嵌裝容易，端部短而牢固，熱耗大部分在定子，易于冷卻。轉(zhuǎn)子無永磁體，可有較高的最大允許溫升。

(9)功率因數(shù)高

普通交流電機空載時功率因數(shù)為0.2~0.4，滿載時為0.86~0：89；而開關調(diào)速電機的功率因數(shù)空載時可達0.995，滿載時可達0.98。

2、普惠風機系統(tǒng)改造之后的效果

用開關磁阻調(diào)速系統(tǒng)對風機的驅(qū)動方式進行了改造，改造后的風機系統(tǒng)發(fā)生了3個方面轉(zhuǎn)變。

(1)實現(xiàn)了風量的自動調(diào)節(jié)。使用開關調(diào)速電機后，把用風量的設定值通過鍵盤和顯示器輸入控制器，利用其內(nèi)部的閉環(huán)控制，風量一直維持在設定值，并可根據(jù)實際情況隨時調(diào)整設定值。

(2)達到了節(jié)能降耗的目的。為比較電機的耗能情況，在3個相同工作條件、相同負載的車間風機設備上，進行了3種調(diào)速方案的實施與比較。

雙速電動機驅(qū)動。電機型號：YDT250-8/6。雙速電機只有兩擋速度選擇，740r/min和970r/min。

變頻器調(diào)速驅(qū)動。電機型號：Y250-6。變頻器驅(qū)動電機為Y系列6極異步電動機，同步轉(zhuǎn)速1000r/min。

開關調(diào)速電動機驅(qū)動。電機型號：SRM250-15。開關調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速可提高到1500r/min，現(xiàn)使用在100~1000r/min。

九洲風機廠對3種方案分別進行了測試，測試結果見表1。

以上測試數(shù)據(jù)表明，3種方案中，開關調(diào)速電機節(jié)電指標最高。

(3)減少了值班人員勞動強度。原來值班人員需根據(jù)用風量情況，隨時調(diào)節(jié)擋板和閥門開度，勞動強度大，現(xiàn)在只需要進行正常的設備巡視即可。

九洲普惠風機采用開關調(diào)速控制技術后，還具有以下優(yōu)點：啟動性能提高，降低了啟動電流，避免了大啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，實現(xiàn)了風機帶負載啟動；風機系統(tǒng)動態(tài)響應速度提高，調(diào)節(jié)線性度好；風量穩(wěn)定，減小了風機的振動；提高了設備運行可靠性，延長了設備檢修周期，減少了維護量及維修費用。

四、結論

開關磁阻調(diào)速系統(tǒng)性能指標比普通交流以.及其它調(diào)速系統(tǒng)都要好，具有結構簡單、工作可靠、機械強度高、控制功能強大、調(diào)速精度高、啟動電流小、大啟動轉(zhuǎn)矩、高效節(jié)能等優(yōu)點，非常適合于風機系統(tǒng)的驅(qū)動，利用開關磁阻調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動風機是實現(xiàn)節(jié)能調(diào)速的最佳方案。

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