无极调速控制技术在隧道通风变频中的应用分析

杨晓莉

【摘 要】本文通过查阅相关资料，对电机调速原理、风量、风压调节控制原理进行了总结，对隧道空气质量需风量的计算、隧道变频调速风机输出功率等无极调速控制技术的应用参数进行了分析，并对无极调速控制技术在隧道通风变频中的应用中的节能效率进行了研究，以促进无极调速控制技术的應用与发展。

【关键词】无极调速控制技术;隧道;通风变频

中图分类号： S225文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）19-0207-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.099

1 控制系统架构

通风无极调速控制系统主要由射流风机、红外车辆检测器、COVI传感器、温湿度传感器、触摸屏、变频控制器及通信线路等组成。

无极变频调速通风控制系统的原理为：在隧道通风控制系统结构中，通过COVI检测器、红外线车辆检测器、温湿度传感器检测出隧道内CO、VI、车流量、温湿度的实际值，通过软件进行计算分析，根据《公路隧道通风照明设计规范》确定出隧道最终的需风量。将隧道中确定的需风量信号参数传送至控制设备中，然后用无极变频调速系统输出的指令将信号发送给变频器，最后按照信号调节电机转速值、输出功率，从而调节风机的出风量。

2 无极调速控制原理

2.1 电机调速原理

风机主要由异步电动机、叶轮及壳体等构成。电动机是主要能耗设备，风机风速、风量的控制可以根据电动机的转速来调节。转速控制依据：n=60×f（1-S）/P式中n-异步电动机的转速;f-异步电动机的频率;s-电动机转差率;p-电动机极对数。由上式可知，风机转速与频率成正比，只要改变频率即可改变电动机的转速，当频率变化时，电动机转速跟着调节。无极变频调速就是通过改变电动机电源频率实现风机转速的调节。

2.2 风量、风压调节控制原理

风扇的机械特性有两个平方定律，即转矩和转速两个方程的正比。在低速时，由于流体的流速较低，负载的转矩非常小。随着风扇转速的增加，气流速度加快，负载转矩和功率增加。负载转矩TL与转速n之间的关系可以用公式来表示：TL=T0+KTn2

根据负载的功率P、转矩TL和转速n之间的关系，可以得出：P=■

可得出功率P和转速n之间的关系为：P=P0+KPn3

如果目标是减少进气控制，从而降低风扇的转速，当传感器的输出是一个电动马达，功率基本上在流量通过图1范例分析，风速曲线表明是否有可能控制的频率和能量。

3 技术应用

某隧道全长1203米，单洞双向通行。隧道纵坡形式为“人”字坡，中间位置较高。隧道内安装有四组八台射流风机（30KW/台），一套CO/VI，变频控制器等通风管理设备。

3.1 隧道空气质量需风量的计算

根据一天内各时间段的交通流量及车型数据，结合COVI检测传感器的检测数据，经过软件分析计算出隧道的CO、VI、空气中异味的需风量。车辆通过隧道排出的污染物浓度除以排除污染物的单位时间以及排除空气中异味、温湿度作为隧道的需风量，以较高的浓度需风量作为该时间段的实际输出需风量。

3.2 隧道变频调速风机输出功率

该隧道设计为4组通风系统，选用射流风机，每台风机的流量为35.3（m3/s），电机功率为30（kw），所以当8台风机开启时，电机消耗的总功率为240（kw），出风量与消耗的总功率成正比。在5：00～17：00时间段内，隧道射流风机根据图4需风量作为依据，在每个时段内，隧道射流风机的排风量只需要和隧道需风量相同即可达到目的。由于隧道每台风机配备一台风机变频器，在5：00～17：00时间段内，隧道风机的变频输出功率如表1所示。

4 节能分析

按照传统的方法控制，使风机在额定的攻略W下随便改变通风时间和开停时刻，然后可以得到，隧道消耗电能W为：W=P×T，式中：P为风机功率，kW;T 为风机运行时间，h。通过公式可以得出采用变频无极调速控制改变风机运行功率，在达到隧道通风的基础上还有一定的节能效果。传统控制方式与变频无极调速控制方式下隧道通风能耗对比如表2所示。

由表2可知，采用隧道风机的变频无极调速控制不仅可以降低风机运行功率，同时可以减少风机的磨损程度，在一定程度上延长风机的使用寿命，具有节约电能、改善环境等特点。

5 结论

隧道通风变频调速系统在隧道内起到排除有害气体和污染物的作用，降低空气中的湿度等。提高了隧道的安全性和舒适性，提高了运营管理质量，同时降低了隧道的能耗。通过精确的测试设备和数据分析计算，保证了隧道通风系统数据的准确性。同时，没有变频技术应用的速度，可以保证隧道通风系统具有节能的特点，减少影响电网的稳定运行，减少风机的机械磨损，延长风机的使用寿命，无级调速可以满足通风的要求，并降低功耗消费。变频调速技术在通风控制中具有成熟、简单、投资少、效果好、运行稳定等特点。在公路隧道中具有广阔的应用前景。

【参考文献】

[1]耿春光.隧道通风控制系统[J].山西交通科技，2005（4）：41-43.

[2]谢光秋.公路隧道变频通风控制研究及系统实现[D].西安：长安大学信息工程学院，2006.