焊接实训车间的变风量控制浅析

马淑芳 马乳娜

摘要：焊接实训车间的通风排烟措施关系着实训学生和教师的身心健康，本文针对焊接实训车间的特点和传统的风机运行方式的缺点，提出了一种基于变频技术的变风量通风控制系统设计方案和性能分析。

关键词：焊接实训变频调速变风量

焊接实训车间的焊接电弧在高温熔化焊条和焊件的同时，这些烟尘中含有大量的有毒气体和粉尘。有毒气体主要有HF、NO2、CO等，焊接烟尘主要包括Fe、Mn、Cu、Ni、Cr等重金属的氧化物，这些氧化物多数为有害物质，这些有害物质长期聚集在地面人体活动的空间，不采取恰当的措施，会影响师生的身体健康。

1焊接实训车间的特点

（1）我院的焊接车间相对封闭，空气流动较小，不利于烟尘的稀释和排出。

（2）焊接实训工位密度大，人员集中，常出现多台焊机同时施焊的情况，短时间内产生大量的焊接烟尘有毒气体。

（3）焊接工位一般采用固定式，相邻工位之间采用隔离板形成相对封闭的空间，这样使各个工位互不影响，能有效防止弧光辐射、熔渣飞溅的危害，但不利于空气的疏通，使区域内焊接烟尘和有毒气体聚集。

（4）培训人员数量不确定，焊机的使用数量变化较大。

（5）焊接的工件尺寸较小，常进行板对焊接、中小直径管对焊接、角焊缝的焊接操作，焊缝长度一般在300mm以内，基本不涉及大型工件，这对焊接烟尘和有毒气体的排出是有利的。

2传统的通风电机控制

在现有的焊接工艺条件下，并不能从焊接工艺本身根本的消除焊接烟尘和有毒气体。主要从通风排气上采取相应措施，来避免焊接烟尘和有毒气体对操作人员的危害。目前，广泛采用一种定风量排风控制系统，风机一直运行于额定转速，每个抽风口风速和风量达到最大状态能取得良好的排风效果，但存在如下弊端：过大的风速产生尖锐的噪声；影响室内的温度，冬天开展实训，师生感到很冷，不利于课堂教学；造成大量的电能浪费。

也有的焊接培训车间采用简单变风量调节方法，主要有间歇控制法和双速风机法，前者根据不同时段使用的焊机数量，来确定开机或关闭风机。后者则是采用双速风机，当使用较多数量的焊机时，开启风机的高速挡，反之开启风机的低速档，但是这两种控制方法都过于简单，不能很好的改善焊接实训车间的空气品质，也不能很好的节能。

3变频调速系统的设计方案

由流体力学的知识可知，风机的风量与转速成正比，轴功率与转速的三次方成正比，改变转速，风机的风量和轴功率也随之改变。而根据电机学的知识可知，电机转速与输入频率成正比，改变频率就能改变电机转速，从而达到风量调节的目的。

采用风机变频调节的通风系统风道与单风道单风机系统完全相同。焊接车间通风的主要目的是排除和稀释焊接过程产生的有害物质，在这些有害物质中，CO占据着很大的比例，如果把CO的浓度稀释到卫生标准规定的浓度，其它污染物的浓度也就能满足卫生要求。因此，系統中采用CO传感器，测得车间内实时的CO浓度后，通过与设定值的比较，反馈给PLC，PLC发出指令，指示变频器对风机实行变频调速，改变风机的转速。通过不断测量实际风量与给定值的偏差，自动调整，甚至消除偏差，达到稳定状态。完成后的风量自控系统结构如下图所示：

风量自控系统结构

4系统性能分析

（1）实现电机的最佳运行，提高系统的可靠性。

风机启动过程中，电源频率从0逐步增大到所需频率，避免了风机启动时较大的启动电流，减小了风机启动对电网的冲击，对于较大功率风机，不需要再采取单独的降压启动措施。在停机过程中，电源频率从实际运行频率逐步下降到0，风机逐步降低转速直至停机，实现了电机的软启动和软停止，减小了设备的振动、噪声和磨损，延长设备的使用寿命，提高系统的可靠性。

（2）节能效果显著。

风机设备采用变频调速后，能够实现节能减耗。例如，当设定频率为工频的50%时，风机风量为原来的50%，风机消耗功率仅为原来的12.5%，节能87.5%，节能效果显著。

（3）控制方式灵活。

采用变频调速控制系统，控制方式灵活。根据现场要求可实现自动调速，也可实现人工控制；可以采用工频，也可以切换成变频。

5结束语

焊接车间的通风量与焊机的使用数量有关，如果把通风排烟系统设计成定风量系统，运行时风机风量不定不变，必然造成能源浪费，且运行费用过高，如皋把系统设计成采用风机变频调节的变风量系统风机的总风量仍按原设计风量选取，运行时根据CO浓度，调节风机转速，改变排风量这种设计方案满足了通风机的正常运行，既可以显著的节能，又提高了整个系统的自动化程度，大大减少了设备维护费用，因此，该设计方案具有广阔的应用前景。

参考文献：

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[2]刘卫斌. 变频调速在通风系统中的应用分析[J]. 暖通空调， 2007（01）：120-122.

[3]郑强.地下车库通风变频调节的原理与应用[J]. 暖通空调， 2010（06）：53-54.

作者简介：马淑芳（1978—），女，汉族，山东潍坊人，讲师，硕士，研究方向：电力电子与电机控制技术。

项目名称：青岛滨海学院科技计划项目

项目编号：2016K16