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      從電氣角度分析潔凈室FFU選擇與應用

      華銳凈化 2021-08-13 12:35 閱讀

      從電氣角度分析潔凈室FFU選擇與應用從電氣角度分析潔凈室FFU選擇與應用

      從電氣角度分析潔凈室FFU選擇與應用

       提要:文章分析介紹了FFU使用現狀,通過對交、直流FFU成本及控制方式的對比,對交、直流FFU的優缺點做了詳細的分析, 結論是交流FFU具有運行可靠、價格低廉、使用壽命長等等一系列的優點,缺點是運行成本高、調速性能不好。直流FFU存在初始成本高、運行維護成本及使用壽命短等缺點,優點是運行成本低、容易控制,調速性能好。

      關鍵詞FFU;成本分析;控制方式;節能環保

      隨著經濟的發展和人們生活水平的提高,人們對產品質量的要求也越來越高。而生產技術和生產環境決定了產品質量,這就迫使廠家追求更好的生產技術和更高的生產環境。特別是電子、制藥、食品、生物工程、醫療、實驗室等領域對生產環境有著苛刻的要求,它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通、空調、自動控制等多方面的技術。FFU作為一種凈化設備,目前在各種中得到廣泛應用。


       一、  FFU產品分析
          FFU是FAN FILTER UNIT的縮寫,中文稱作“風機過濾器單元”,也就是將風機和過濾器組合在一起構成自身能提供動力的末端凈化設備。FFU具有設計施工簡便,風速調節靈活,潔凈區易于變更等特點,已經成為工業潔凈室流行系統形式。

          目前FFU一般采用單相多速交流電機、三相多速交流電機和直流電機。下面就這交、直流FFU各自的優劣作一個詳細的分析。

      二、成本分析

         以目前國內較為先進的TFT-LCD行業生產廠房為例,其中Array生產廠房共計安裝使用FFU9729臺,下面通過分別選用交、直流FFU進行成本比較分析。

      1.初始成本對比

      目前市場上交流FFU約3800元/臺,直流FFU約5500元/臺。則采用交流FFU與直流FFU初始投資成本差額約為:

      (5500-3800)×9729≈1654萬元         

        2.FFU配電成本

         對于交流電機FFU,其運行電流為1.5A~2A左右,一組4mm2電纜可以連接8臺FFU,選用20A開關,對于直流電機FFU,其運行電流為0.3A~0.7A;一組4mm2電纜可以連接至少16臺FFU。按照現行國標用線,其平均價格節約一半;如選用寶勝電纜為例,每臺FFU平均用電纜按8米計算,每米電纜加配電箱、線槽、配件及安裝成本約為20元計,則選用直流FFU配電安裝成本約為9729×8×20≈156萬元,而交流電機配電則需要約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.能耗成本對比

      直流電機FFU功率為60W~140W,其平均能耗約為100W;交流電機FFU平均功率為160W~360W,其平均能耗約為260W。故直流電機FFU運行所需冷量為交流電機FFU運行所需冷量的45%左右。按其額定功率5%轉化為熱量,故每臺直流FFU可以節約冷量約為:260×5%-100×5%=0.009kW,9729臺FFU節約冷氣量約為0.009×9729=87.5 kW,按照1 kW冷氣成本3000元計,則可節約成本約為:87.5×3000≈26.2萬元。(參考: span>

       4.運行成本比較

         運行成本是直流電機FFU相對于交流電機FFU最大優勢所在,直流電機FFU功率為60W~140W,其平均能耗約為100W;交流電機FFU平均功率為160W~360W,其平均能耗約為260W。

         通過對比分析可以看出,每臺直流電機FFU運行1小時可以節約0.16kWh的電。依據現行國家工業用電平均價格0.75元/kWh計,則每年可以節約的電費為:9729×0.16×24×365×0.75≈1022.7萬元,對與冷量節約的電費約為:87.5×24×365×0.75≈57萬元。

         通過以上成本分析可以發現:本廠房采用直流FFU初始投資增加1654萬元,但在配電成本、耗能成本及運行成本方面均低于交流FFU;在直流FFU運行1.5~2年后即可將初始投資收回,其后每年可以為企業減少大量的成本。

       三、控制分析比較

        1、FFU控制方式現狀

         目前FFU一般采用單相多速交流電機、三相多速交流電機和直流電機。電機的供電電壓大致有110V、220V、270V、380V四種。其控制方式主要分為以下幾種:

      a)   多檔開關控制

      b)   連續速度調節控制

      c)   計算機群組控制

      d)   遙控控制

        2、交流電機FFU控制方式

         在FFU交流調速控制方式中,主要分為三種控制方式:多檔開關調速控制、調壓調速控制方式、變頻調速控制方式。

        2.1多檔開關控制,就是通過直接改變電動機定子線圈匝數來調整電動機的轉速??刂破饔梢粋€調速開關和一個電源開關組成。由于控制元件為FFU自帶,分布在潔凈室吊頂內的各個位置,工作人員必須在現場通過撥擋開關來調節FFU轉速,控制起來極不方便,而且FFU的風速可調范圍有限,僅限于幾檔。為了克服FFU控制操作不方便的因素,有些項目把所有FFU的多檔開關集中起來,放到地面上一個柜子內,實現集中操作,但無論是從外觀還是功能上都存在其局限性。采用多檔開關控制方式優點是控制簡單、成本低,但存在許多缺陷:比如:能耗大、不能平滑調速、沒有反饋信號、不能實現靈活的組群控制等。

        2.2調壓控制方式,就是通過直接改變電動機定子電壓的大小來調整電動機的轉速。調壓方式的缺點是:調速時的效率較低,能耗大,低速時,電機發熱嚴重、調速范圍較窄等。但是,調壓方式對于FFU風機負載來說,其缺陷不是很明顯,并且在目前的情況下還有一些優點:調速方案成熟,調速系統穩定,能夠保證長時間無故障連續運行;操作簡便,控制系統造價低;由于FFU風機負載很輕,在低速時,電機發熱不是很嚴重;調壓方式特別適合于風機負載,由于FFU風機負載曲線為獨特的阻尼曲線,因此,調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整電動機的轉速,同時,按一定比例調整電動機的輸入電壓。變頻控制方式具有優異的性能,調速范圍大,平滑性較高,調速效率高等。變頻一般采用較先進的SPWM控制方式,并采用單片機生成SPWM波形。SPWM變頻方式同其它變頻方式相比具有以下特點:結構簡單,控制方便;輸入功率因數高;系統動態響應快;輸出諧波少。在目前的情況下,與調壓方式相比,變頻方式也有一些缺點,這主要體現在以下兩個方面:變頻方式造價比較高。為了使變頻器的輸出諧波盡可能的減少,逆變器的功率開關器件的開關頻率要盡可能的高。因此,一般采用GTR、GTO、PMOSFET作為開關器件。上述這些器件本身造價較高。因此,變頻控制方式整體造價也比較高。使用壽命不如調壓方式長。由于異步電動機屬于感性負載,功率因數不會等于1.0,故在中間直流環節與電動機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無法儲能,所以無功能量只能靠直流環節中的儲能元件(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。即使是最先進的變頻器廠商,其變頻器壽命也受此限制。

        3、直流電機FFU控制方式

        3.1直流電機一般采用計算機群控方式,計算機群控系統是一種集散型控制系統,能夠方便的實現現場分散控制和集中統一管理功能,為現階段大面積FFU較常用的一種控制方式,可靈活控制潔凈室每臺FFU的啟停和風速。


        3.2計算機群控方式具有以下先進的功能:

      a) 采用集散型控制方式,能夠很方便的實現FFU的集中監測和控制。

      b) 可方便的實現FFU的單臺、多臺及分區控制。

      c) 智能化控制系統具有節能功能。

      d) 可采用可選的遙控方式進行監測和控制。

      e) 控制系統預留通信接口,可與上位機或網絡進行通訊,從而實現遠程通信和管理功能。

      f) 控制直流電機的突出優點在于:容易控制、調速范圍較寬。但直流計算機群控方式也有一些致命的缺陷:

      由于潔凈廠房不允許FFU電機帶有電刷,因此,FFU的電機均采用無刷直流電動機,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的使用壽命也大大降低。

      a) 整套系統造價昂貴。

      b) 后期維護費用高。

        3.3遙控控制方式 遙控控制是將微型風機的開關以及調速命令通過紅外信號或者射頻信號來傳達,以實現對FFU的控制與管理。遙控控制也可根據需要對其FFU進行單臺控制或者分組控制,但這樣就要求采用不同的遙控器。優點:結構簡單、調速穩定、控制方便、投資成本較低;缺點:由于廠內有很多控制設備都會產生較強電磁信號,以使FFU的遙控收到干擾,執行錯誤的操作。因此采用這類控制方式要視環境而定,不是所有的廠房都適用。遙控控制方式作為計算機控制方式的一種補充,可使用遙控器對每臺FFU進行控制,與計算機控制方式相輔相成。

         通過以上對交直流風機控制方式的分析對比,直流電機FFU控制方式容易控制、調速范圍較寬。

      結論:綜合上所述:交流FFU運行可靠、價格低廉、使用壽命長,但運行成本高、調速性能不好。直流FFU初始成本高、運行維護成本及使用壽命短,但是運行成本低、節能、容易控制,調速性能好。


      參考書目:

      【1】  工廠常用電氣設備手冊.第二版.中國電力出版社.

      【2】  陳霖新.的設計與施工.化學工業出版社.北京.2003.

      【3】  張利群.FFU的應用.中國電子工程設計院


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