罗鹏
西安市轨道交通集团有限公司运营分公司 陕西 西安 710016
摘要:地铁车站通风空调系统要求的风量不是恒定的，随着客流变化而是在不同时段有不同流量的输送要求。这就需要采用变频技术手段，在不同时段供给不同流量，这种传输系统就是变流量系统。通过对变频器原理的分析，并通过变频技术在地铁通风系统中的运用进一步的分析，了解地铁所用变频技术的配置、工作原理以及变频运行情况进行分析，得出风机节能原理实为对风机进行变频调速改造，通过对不同时期风机转速不同的控制，在改造后的风机能达到一定程度上的节能，通常节能效率在20%~50%之间，由此可知在地铁通风系统中风机使用变频技术是可以达到节能效果。
关键词：地铁通风系统；变频器；变频节能
1.1 地铁通风系统中运用变频技术的意义
变频技术，就是通过技术手段来改变用电设备的供电频率，进而达到控制设备输出功率的目的。变频技术随着微电子学、电力电子、计算机和自动控制理论等的发展，已经进入了一个崭新的时代，完全成熟的技术，也使其应用进入了一个新的高潮。它是通过变频调速改变轴输出功率，达到减少输入功率节省电能的目的。
变频器主要用于交流电动机(异步电机或同步电机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有明显的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业以及公用工程（中心空调、供水、水处理、电梯等）中，变频器都在发挥着重要作用。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外变频技术发展现状
国外各大品牌的变频器生产商，起步较早，初步形成了系列产品如ABB公司的ACS-1000系列，Simense公司的SIMOVERT MV系列，ABB公司PowerFlex7000系列等，其控制系统也己实现全数字化。
国外变频技术发展特点：
（1）市场的大量需求。随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，应取得显著的经济效益。
（2）功率器件的发展。近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高抵押、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。
（3）控制理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；16位、32位高速微处理器以及信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件手段。
（4）基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。
1.2.2 我国变频技术发展现状
我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家，至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上上个世纪90年代初的水平。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开很多最先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要，国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部门在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供一流的电气传动控制系统，虽然取得很多成绩，但应看到由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。20世纪80年代初，大连电机厂引进日本东芝的变频技术。接着日本三垦公司、日本富士电机公司把变频器推进中国，使我国的电机调速打破了直流调速的垄断局面，开始了交流电机变频调速时代。1996年，国家原机械部等四部委推荐国产29个厂家33个规格的变频器，但由于大部分本土企业受技术、资金和体制等方面制约，发展较慢，难以形成和国外品牌抗争的局面[2]。
2 变频器的作用
变频器的主要任务就是把恒压恒频（constant voltage constant frequency,CVCF）的交流电转换为变压变频（variable voltage variable frequency，VVVF）的交流电，以满足交流电机变频调速的需要。
现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
3 变频节能系统
3.1 地铁通风系统变频节能系统配置
地铁通风空调系统是为乘客正常行车创造一个舒适环境，为工作人员提供合理的工作环境，保证设备的正常运行，同时在事故工况下，满足疏散要求，进行合理的气流组织。
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图3.1 地铁通风系统
由图3.1可知，地铁通风系统分为五大系统，包括隧道通风系统、轨道排热系统、车站大系统、车站小系统以及水系统。隧道通风系统主要为隧道风机TVF，主要用于区间定期换风以及区间事故工况时的排烟。轨道排热风机TEF为变频风机，正常工况下变频运行，首先是排除列车运行时给轨道及区间带来的预热，其次是在事故工况下工频运行起到消防排烟的作用。车站大系统首先包括组合式空调机组KT为变频风机、回/排风机HPF为变频风机，以上两种风机均为车站公共区送风及排风系统，正常工况下变频运行，事故工况工频运行，其次还包括新风机XXF、排烟风机PY。车站小系统风机主要有柜式空调机组K、回风机P、新风机X、送风机S、排风机E、加压风机JY。水系统主要作用是在空调季为车站提供冷源，包括冷水机组LS、冷却塔LT、冷冻泵LD、冷却泵LQ以及附属设备。从以上分析来看，目前西安地铁通风系统中所采用变频技术的风机是轨道排热系统中的轨道排热风机TEF、大系统中的组合式空调机组KT以及回/排风机HPF。
3.2 地铁通风系统变频原理
变频器风机采用变频调速控制装置，通常是交-直-交变频器，风机变频器是交流整流成直流，再通过逆变器逆变成所需要的频率的交流，从而控制风机的转速。通过改变风机的转速，从而改变风机风量以适应生产工艺的需要，而且运行能耗最省，综合效益最高。所以变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现风机的无级调速，并且可以方便的组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量的控制[3]。
4 结 论
车站公共区制冷空调通风系统是环控系统的重要组成，用电量占了相当大的比重，其经济性好坏对地铁运营成本影响很大。未来需要继续的工作：民用建筑中已有水系统和风系统同时采用变频技术的工程实例，如国内某机场通风空调系统采用风机优先变频的控制策略。实际运行节能效果不错，系统运行稳定。地铁车站通风空调系统是否适合采用此种方案仍有许多方面因素需要研究。此外,在今后的实际工作中我还将继续研究并验证变频技术的运用。
参考文献
[1] 张祥星.变频器的现状及发展趋势.装备制造技术.2011,9(5):21-22.
[2] 郭丽娟.中国变频器市场及应用浅析.机电产品市场.2005,3(2):15-17.
[3] 刘铮,基于交流异步电机变频调速及多种调速系统的对比[J].机电信息.2011（9）:99-101.
[4] 陈坚.交流电机数学模型及调速系统.第一版.北京：国防工业出版社，1989.89-90.
[5] 匡江红，余斌.地铁空调通风环境控制系统的节能探讨［J］.能源研究和信息，2003（4）：218-222.