從電氣角度分析潔凈室FFU選擇與應(yīng)用

1、從電氣角度分析潔凈室FFU選擇與應(yīng)用提要 文章分析介紹了FFU使用現(xiàn)狀，通過對(duì)交、直流FFU成本及控制方式的對(duì)比，對(duì)交、直流FFU的優(yōu)缺點(diǎn)做了詳細(xì)的分析， 結(jié)論是交流FFU具有運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、使用壽命長等等一系列的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是運(yùn)行成本高、調(diào)速性能不好。直流FFU存在初始成本高、運(yùn)行維護(hù)成本及使用壽命短等缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行成本低、容易控制，調(diào)速性能好。關(guān)鍵詞 FFU；成本分析；控制方式；節(jié)能環(huán)保隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高。而生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)環(huán)境決定了產(chǎn)品質(zhì)量，這就迫使廠家追求更好的生產(chǎn)技術(shù)和更高的生產(chǎn)環(huán)境。特別是電子、制藥、食品、生物工程、醫(yī)療、實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)

2、域?qū)ιa(chǎn)環(huán)境有著苛刻的要求，它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通、空調(diào)、自動(dòng)控制等多方面的技術(shù)。FFU作為一種凈化設(shè)備，目前在各種潔凈工程中得到廣泛應(yīng)用。 一、 FFU產(chǎn)品分析FFU是FAN FILTER UNIT的縮寫，中文稱作“風(fēng)機(jī)過濾器單元”，也就是將風(fēng)機(jī)和過濾器組合在一起構(gòu)成自身能提供動(dòng)力的末端凈化設(shè)備。FFU具有設(shè)計(jì)施工簡便，風(fēng)速調(diào)節(jié)靈活，潔凈區(qū)易于變更等特點(diǎn)，已經(jīng)成為工業(yè)潔凈室流行系統(tǒng)形式。目前FFU一般采用單相多速交流電機(jī)、三相多速交流電機(jī)和直流電機(jī)。下面就這交、直流FFU各自的優(yōu)劣作一個(gè)詳細(xì)的分析。 二、成本分析 以目前國內(nèi)較為先進(jìn)的TFT-LCD行業(yè)生產(chǎn)廠房為例，

3、其中Array生產(chǎn)廠房共計(jì)安裝使用FFU9729臺(tái)，下面通過分別選用交、直流FFU進(jìn)行成本比較分析。1初始成本對(duì)比目前市場上交流FFU約 3800元/臺(tái)，直流FFU約5500元/臺(tái)。則采用交流FFU與直流FFU初始投資成本差額約為： （5500-3800）97291654萬元2FFU配電成本對(duì)于交流電機(jī)FFU，其運(yùn)行電流為1.5A2A左右，一組4mm電纜可以連接8臺(tái)FFU，選用20A開關(guān)，對(duì)于直流電機(jī)FFU，其運(yùn)行電流為0.3A0.7A；一組4mm2電纜可以連接至少16臺(tái)FFU。按照現(xiàn)行國標(biāo)用線，其平均價(jià)格節(jié)約一半；如選用寶勝電纜為例，每臺(tái)FFU平均用電纜按8米計(jì)算，每米電纜加配電箱、線槽、配

4、件及安裝成本約為20元計(jì)，則選用直流FFU配電安裝成本約為9729820156萬元，而交流電機(jī)配電則需要約300萬左右。因此采用直流FFU初期在配電上可以減少的成本為：150萬元。3能耗成本對(duì)比直流電機(jī)FFU功率為60W140W，其平均能耗約為100W；交流電機(jī)FFU平均功率為160W360W，其平均能耗約為260W。故直流電機(jī)FFU運(yùn)行所需冷量為交流電機(jī)FFU運(yùn)行所需冷量的45%左右。按其額定功率5%轉(zhuǎn)化為熱量，故每臺(tái)直流FFU可以節(jié)約冷量約為：2605%1005%=0.009kW，9729臺(tái)FFU節(jié)約冷氣量約為0.0099729=87.5 kW，按照1 kW冷氣成本3000元計(jì)，則可節(jié)約成

5、本約為：87.5300026.2萬元。 4運(yùn)行成本比較運(yùn)行成本是直流電機(jī)FFU相對(duì)于交流電機(jī)FFU最大優(yōu)勢(shì)所在，直流電機(jī)2FFU功率為60W140W，其平均能耗約為100W；交流電機(jī)FFU平均功率為160W360W，其平均能耗約為260W。 通過對(duì)比分析可以看出，每臺(tái)直流電機(jī)FFU運(yùn)行1小時(shí)可以節(jié)約0.16kWh的電。依據(jù)現(xiàn)行國家工業(yè)用電平均價(jià)格0.75元/kWh計(jì)，則每年可以節(jié)約的電費(fèi)為：97290.16243650.751022.7萬元，對(duì)與冷量節(jié)約的電費(fèi)約為：87.5243650.7557萬元。 通過以上成本分析可以發(fā)現(xiàn)：本廠房采用直流FFU初始投資增加1654萬元，但在配電成本、耗能成

6、本及運(yùn)行成本方面均低于交流FFU；在直流FFU運(yùn)行1.52年后即可將初始投資收回，其后每年可以為企業(yè)減少大量的成本。 三、控制分析比較1、FFU控制方式現(xiàn)狀目前FFU一般采用單相多速交流電機(jī)、三相多速交流電機(jī)和直流電機(jī)。電機(jī)的供電電壓大致有110V、220V、270V、380V四種。其控制方式主要分為以下幾種：a) 多檔開關(guān)控制 b) 連續(xù)速度調(diào)節(jié)控制 c) 計(jì)算機(jī)群組控制d) 遙控控制2、交流電機(jī)FFU控制方式在FFU交流調(diào)速控制方式中，主要分為三種控制方式：多檔開關(guān)調(diào)速控制、調(diào)壓調(diào)速控制方式、變頻調(diào)速控制方式。 2.1多檔開關(guān)控制，就是通過直接改變電動(dòng)機(jī)定子線圈匝數(shù)來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?？刂?/p>

7、器由一個(gè)調(diào)速開關(guān)和一個(gè)電源開關(guān)組成。由于控制元件為FFU自帶，分布在潔凈室吊頂內(nèi)的各個(gè)位置，工作人員必須在現(xiàn)場通過撥擋開關(guān)來調(diào)節(jié)FFU轉(zhuǎn)速，控制起來極不方便，而且FFU的風(fēng)速可調(diào)范圍有限，僅限于幾檔。為了克服FFU控制操作不方便的因素，有些項(xiàng)目把所有FFU的多檔開關(guān)集中起來，放到地面上一個(gè)柜子內(nèi)，實(shí)現(xiàn)集中操作，但無論是從外觀還是功能上都存在其局限性。采用多檔開關(guān)控制方式優(yōu)點(diǎn)是控制簡單、成本低，但存在許多缺陷：比如：能耗大、不能平滑調(diào)速、沒有反饋信號(hào)、不能實(shí)現(xiàn)靈活的組群控制等。2.2調(diào)壓控制方式，就是通過直接改變電動(dòng)機(jī)定子電壓的大小來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)壓方式的缺點(diǎn)是：調(diào)速時(shí)的效率較低，能耗大，

8、低速時(shí)，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重、調(diào)速范圍較窄等。但是，調(diào)壓方式對(duì)于FFU風(fēng)機(jī)負(fù)載來說，其缺陷不是很明顯，并且在目前的情況下還有一些優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速方案成熟，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定，能夠保證長時(shí)間無故障連續(xù)運(yùn)行； 操作簡便，控制系統(tǒng)造價(jià)低；由于FFU風(fēng)機(jī)負(fù)載很輕，在低速時(shí)，電機(jī)發(fā)熱不是很嚴(yán)重； 調(diào)壓方式特別適合于風(fēng)機(jī)負(fù)載，由于FFU風(fēng)機(jī)負(fù)載曲線為獨(dú)特的阻尼曲線，因此，調(diào)速范圍可以做到很寬。 2.3變頻控制方式，就是通過改變電源頻率的方式來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)，按一定比例調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸入電壓。變頻控制方式具有優(yōu)異的性能，調(diào)速范圍大，平滑性較高，調(diào)速效率高等。變頻一般采用較先進(jìn)的SPWM控制方式，并采用單片機(jī)生成SPWM波

9、形。SPWM變頻方式同其它變頻方式相比具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，控制方便；輸入功率因數(shù)高；系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；輸出諧波少。在目前的情況下，與調(diào)壓方式相比，變頻方式也有一些缺點(diǎn)，這主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：變頻方式造價(jià)比較高。為了使變頻器的輸出諧波盡可能的減少，逆變器的功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率要盡可能的高。因此，一般采用GTR、GTO、PMOSFET作為開關(guān)器件。上述這些器件本身造價(jià)較高。因此，變頻控制方式整體造價(jià)也比較高。使用壽命不如調(diào)壓方式長。由于異步電動(dòng)機(jī)屬于感性負(fù)載，功率因數(shù)不會(huì)等于1.0，故在中間直流環(huán)節(jié)與電動(dòng)機(jī)之間總存在無功功率的交換。由于逆變器中的電力電子開關(guān)無法儲(chǔ)能，所以無功能量只能靠直流

10、環(huán)節(jié)中的儲(chǔ)能元件（電容器）來緩沖。電容器的壽命大大限制了變頻器的使用壽命。即使是最先進(jìn)的變頻器廠商，其變頻器壽命也受此限制。3、直流電機(jī)FFU控制方式3.1直流電機(jī)一般采用計(jì)算機(jī)群控方式，計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)是一種集散型控制系統(tǒng)，能夠方便的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場分散控制和集中統(tǒng)一管理功能，為現(xiàn)階段大面積潔凈室FFU較常用的一種控制方式，可靈活控制潔凈室每臺(tái)FFU的啟停和風(fēng)速。3.2計(jì)算機(jī)群控方式具有以下先進(jìn)的功能：a) 采用集散型控制方式，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)FFU的集中監(jiān)測和控制。 b) 可方便的實(shí)現(xiàn)FFU的單臺(tái)、多臺(tái)及分區(qū)控制。c) 智能化控制系統(tǒng)具有節(jié)能功能。d) 可采用可選的遙控方式進(jìn)行監(jiān)測和控制。e) 控制

11、系統(tǒng)預(yù)留通信接口，可與上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和管理功能。f) 控制直流電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)在于：容易控制、調(diào)速范圍較寬。但直流計(jì)算機(jī)群控方式也有一些致命的缺陷：由于潔凈廠房不允許FFU電機(jī)帶有電刷，因此，F(xiàn)FU的電機(jī)均采用無刷直流電動(dòng)機(jī)，換相問題則由電子換相器解決，而電子換相器的壽命短使整控制系統(tǒng)的使用壽命也大大降低。a) 整套系統(tǒng)造價(jià)昂貴。 b) 后期維護(hù)費(fèi)用高。 3.3遙控控制方式 遙控控制是將微型風(fēng)機(jī)的開關(guān)以及調(diào)速命令通過紅外信號(hào)或者射頻信號(hào)來傳達(dá)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)FFU的控制與管理。遙控控制也可根據(jù)需要對(duì)其FFU進(jìn)行單臺(tái)控制或者分組控制，但這樣就要求采用不同的遙控器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速穩(wěn)定、控制方便、投資成本較低；缺點(diǎn)：由于廠內(nèi)有很多控制設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)電磁信號(hào)，以使FFU的遙控收到干擾，執(zhí)行錯(cuò)誤的操作。因此采用這類控制方式要視環(huán)境而定，不是所有的廠房都適用。遙控控制方式作為計(jì)算機(jī)控制方式的一種補(bǔ)充，可使用遙控器對(duì)每臺(tái)FFU進(jìn)行控制，與計(jì)算機(jī)控制方式相輔相成。通過以上對(duì)交直流風(fēng)機(jī)控制方式的分析對(duì)比，直流電機(jī)FFU控制方式容易控制、調(diào)速范圍較寬。結(jié)