無(wú)極調(diào)速控制技術(shù)在隧道通風(fēng)變頻中的應(yīng)用分析

楊曉莉

【摘 要】本文通過(guò)查閱相關(guān)資料，對(duì)電機(jī)調(diào)速原理、風(fēng)量、風(fēng)壓調(diào)節(jié)控制原理進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)隧道空氣質(zhì)量需風(fēng)量的計(jì)算、隧道變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)輸出功率等無(wú)極調(diào)速控制技術(shù)的應(yīng)用參數(shù)進(jìn)行了分析，并對(duì)無(wú)極調(diào)速控制技術(shù)在隧道通風(fēng)變頻中的應(yīng)用中的節(jié)能效率進(jìn)行了研究，以促進(jìn)無(wú)極調(diào)速控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】無(wú)極調(diào)速控制技術(shù);隧道;通風(fēng)變頻

中圖分類(lèi)號(hào)： S225文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）19-0207-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.099

1 控制系統(tǒng)架構(gòu)

通風(fēng)無(wú)極調(diào)速控制系統(tǒng)主要由射流風(fēng)機(jī)、紅外車(chē)輛檢測(cè)器、COVI傳感器、溫濕度傳感器、觸摸屏、變頻控制器及通信線路等組成。

無(wú)極變頻調(diào)速通風(fēng)控制系統(tǒng)的原理為：在隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)COVI檢測(cè)器、紅外線車(chē)輛檢測(cè)器、溫濕度傳感器檢測(cè)出隧道內(nèi)CO、VI、車(chē)流量、溫濕度的實(shí)際值，通過(guò)軟件進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》確定出隧道最終的需風(fēng)量。將隧道中確定的需風(fēng)量信號(hào)參數(shù)傳送至控制設(shè)備中，然后用無(wú)極變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出的指令將信號(hào)發(fā)送給變頻器，最后按照信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速值、輸出功率，從而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量。

2 無(wú)極調(diào)速控制原理

2.1 電機(jī)調(diào)速原理

風(fēng)機(jī)主要由異步電動(dòng)機(jī)、葉輪及殼體等構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)是主要能耗設(shè)備，風(fēng)機(jī)風(fēng)速、風(fēng)量的控制可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速控制依據(jù)：n=60×f（1-S）/P式中n-異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;f-異步電動(dòng)機(jī)的頻率;s-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率;p-電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由上式可知，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率成正比，只要改變頻率即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速跟著調(diào)節(jié)。無(wú)極變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

2.2 風(fēng)量、風(fēng)壓調(diào)節(jié)控制原理

風(fēng)扇的機(jī)械特性有兩個(gè)平方定律，即轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速兩個(gè)方程的正比。在低速時(shí)，由于流體的流速較低，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩非常小。隨著風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的增加，氣流速度加快，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率增加。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系可以用公式來(lái)表示：TL=T0+KTn2

根據(jù)負(fù)載的功率P、轉(zhuǎn)矩TL和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，可以得出：P=■

可得出功率P和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系為：P=P0+KPn3

如果目標(biāo)是減少進(jìn)氣控制，從而降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，當(dāng)傳感器的輸出是一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)，功率基本上在流量通過(guò)圖1范例分析，風(fēng)速曲線表明是否有可能控制的頻率和能量。

3 技術(shù)應(yīng)用

某隧道全長(zhǎng)1203米，單洞雙向通行。隧道縱坡形式為“人”字坡，中間位置較高。隧道內(nèi)安裝有四組八臺(tái)射流風(fēng)機(jī)（30KW/臺(tái)），一套CO/VI，變頻控制器等通風(fēng)管理設(shè)備。

3.1 隧道空氣質(zhì)量需風(fēng)量的計(jì)算

根據(jù)一天內(nèi)各時(shí)間段的交通流量及車(chē)型數(shù)據(jù)，結(jié)合COVI檢測(cè)傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)軟件分析計(jì)算出隧道的CO、VI、空氣中異味的需風(fēng)量。車(chē)輛通過(guò)隧道排出的污染物濃度除以排除污染物的單位時(shí)間以及排除空氣中異味、溫濕度作為隧道的需風(fēng)量，以較高的濃度需風(fēng)量作為該時(shí)間段的實(shí)際輸出需風(fēng)量。

3.2 隧道變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)輸出功率

該隧道設(shè)計(jì)為4組通風(fēng)系統(tǒng)，選用射流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)的流量為35.3（m3/s），電機(jī)功率為30（kw），所以當(dāng)8臺(tái)風(fēng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)，電機(jī)消耗的總功率為240（kw），出風(fēng)量與消耗的總功率成正比。在5：00～17：00時(shí)間段內(nèi)，隧道射流風(fēng)機(jī)根據(jù)圖4需風(fēng)量作為依據(jù)，在每個(gè)時(shí)段內(nèi)，隧道射流風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量只需要和隧道需風(fēng)量相同即可達(dá)到目的。由于隧道每臺(tái)風(fēng)機(jī)配備一臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻器，在5：00～17：00時(shí)間段內(nèi)，隧道風(fēng)機(jī)的變頻輸出功率如表1所示。

4 節(jié)能分析

按照傳統(tǒng)的方法控制，使風(fēng)機(jī)在額定的攻略W下隨便改變通風(fēng)時(shí)間和開(kāi)停時(shí)刻，然后可以得到，隧道消耗電能W為：W=P×T，式中：P為風(fēng)機(jī)功率，kW;T 為風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間，h。通過(guò)公式可以得出采用變頻無(wú)極調(diào)速控制改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率，在達(dá)到隧道通風(fēng)的基礎(chǔ)上還有一定的節(jié)能效果。傳統(tǒng)控制方式與變頻無(wú)極調(diào)速控制方式下隧道通風(fēng)能耗對(duì)比如表2所示。

由表2可知，采用隧道風(fēng)機(jī)的變頻無(wú)極調(diào)速控制不僅可以降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率，同時(shí)可以減少風(fēng)機(jī)的磨損程度，在一定程度上延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命，具有節(jié)約電能、改善環(huán)境等特點(diǎn)。

5 結(jié)論

隧道通風(fēng)變頻調(diào)速系統(tǒng)在隧道內(nèi)起到排除有害氣體和污染物的作用，降低空氣中的濕度等。提高了隧道的安全性和舒適性，提高了運(yùn)營(yíng)管理質(zhì)量，同時(shí)降低了隧道的能耗。通過(guò)精確的測(cè)試設(shè)備和數(shù)據(jù)分析計(jì)算，保證了隧道通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，沒(méi)有變頻技術(shù)應(yīng)用的速度，可以保證隧道通風(fēng)系統(tǒng)具有節(jié)能的特點(diǎn)，減少影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，減少風(fēng)機(jī)的機(jī)械磨損，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命，無(wú)級(jí)調(diào)速可以滿(mǎn)足通風(fēng)的要求，并降低功耗消費(fèi)。變頻調(diào)速技術(shù)在通風(fēng)控制中具有成熟、簡(jiǎn)單、投資少、效果好、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。在公路隧道中具有廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]耿春光.隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)[J].山西交通科技，2005（4）：41-43.

[2]謝光秋.公路隧道變頻通風(fēng)控制研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院，2006.