電氣角度（dù）分（fèn）析FFU的選擇與應用

一、FFU產品分（fèn）析
FFU是FAN FILTER UNIT的縮寫（xiě），中文稱作“風機過濾器（qì）單元”，也就是將風機和過濾器組合在一起（qǐ）構成自身能提供動（dòng）力的（de）末端淨化設備。FFU具（jù）有設計施工簡便，風速（sù）調節靈活，潔（jié）淨區易於變更等特點，已經成為工業潔淨室流行係統形式（shì）。目前FFU一般采（cǎi）用單相多速交流電（diàn）機、三相多速交流電機和直流電機。
二、成本分（fèn）析
1、FFU配電成本
對於交流電機FFU，其（qí）運行電流（liú）為1.~2A左（zuǒ）右（yòu），一組4mm2電纜可以（yǐ）連接8台FFU，選用（yòng）20A開關，對於直流電機FFU，其運（yùn）行電流為0.3A~0.7A；一組4mm2電纜可以連接（jiē）至少16台FFU。按照現（xiàn）行國標用線，其（qí）平（píng）均價格節約一半；如選用寶勝電纜為例（lì），每台FFU平均用電纜（lǎn）按8米計算，每米電纜加配電箱、線槽、配件及安（ān）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（yào）約300萬左右。因此采用直流FFU初期在配電上可以（yǐ）減少的成本為150萬元。
2、能耗（hào）成本對比
直流電機（jī）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（suǒ）需冷量為交流電（diàn）機（jī）FFU運行所需冷量的45%左右。按其額定功率5%轉化為熱量，故每台直（zhí）流FFU可以（yǐ）節約冷量約為：260×5%－100×5%=0.009kW，9729台FFU節約冷氣量約為0.009×9729=87.5 kW，按照1 kW冷（lěng）氣成本3000元計（jì），則可節約成本約為：87.5×3000≈26.2萬元。
3、運行成本比較
運行成本（běn）是直流電機FFU相對於交流電機FFUzui大（dà）優勢所在，直流電機FFU功率（lǜ）為60W~140W，其平均能耗（hào）約為100W；交流電機（jī）FFU平均功率（lǜ）為160W~360W，其平均能耗約為260W。通過對比分析可以（yǐ）看出，每台（tái）直流電機FFU運行1小時可以節約0.16kWh的電。依據現行國（guó）家工業用電平均價格0.75元/kWh計，則每年可以節約的（de）電費為：9729×0.16×24×365×0.75≈1022.7萬（wàn）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：采用直流FFU初始投資增加1654萬元，但在（zài）配電成本、耗能成本及運行成本（běn）方麵（miàn）均低於交流FFU；在直流FFU運行1.5~2年後（hòu）即可（kě）將初始（shǐ）投資收（shōu）回，其後每年可以為企業減少大量的成（chéng）本。
三、控製分析（xī）比較
1、FFU控製方式現狀
目前FFU一般采用單（dān）相多速交流電機、三相多速交流電（diàn）機和直流電機。電機的供電電壓大致有110V、220V、270V、380V四種。其控製方式主（zhǔ）要分為以（yǐ）下幾種：
（a）多檔開（kāi）關控製
（b）連續速度調節控製
（c）計（jì）算機群（qún）組（zǔ）控製
（d）遙控（kòng）控製（zhì）
2、交流電機FFU控製方式
在FFU交（jiāo）流調速控製方式中，主要分為三種控製方式：多檔開關調（diào）速控製、調壓調速控（kòng）製方式、變頻調速控製方式（shì）。
（1）多檔開關控製，就是通過直接（jiē）改變電動機定子（zǐ）線圈匝數來調整電動（dòng）機的轉（zhuǎn）速。控製（zhì）器由一個調（diào）速開關和一個電源開關組成。由於控製元件為FFU自帶，分布在潔淨室吊頂內的各個位置（zhì），工作人員必須在現場通過撥擋開關來調節FFU轉速，控製起來極不方便，而且FFU的風（fēng）速可調範圍有限，於幾檔（dàng）。為（wéi）了克服FFU控（kòng）製操作（zuò）不方便（biàn）的因素，有些項目把所有FFU的多（duō）檔開關集中起來，放到地麵上一個櫃子內，實現集中（zhōng）操作，但無論是從外觀還是功能上都存在其局限（xiàn）性。采用多檔開關（guān）控製（zhì）方式優點（diǎn）是（shì）控製簡單、成本低（dī），但存在許多缺陷，比如：能耗大、不能（néng）平滑調速、沒有反饋信號、不能實現靈活的組群控製等。
（2）調壓控製方式，就是（shì）通過直接改變電動機定子電壓的大小來調整電動機的（de）轉速。調（diào）壓方式的缺點是：調速時的效率較低，能耗大，低速時，電（diàn）機發熱嚴重（chóng）、調速範圍較窄等。但是，調壓方式對於FFU風機負載來說，其缺陷不是很明顯，並且在目前的情況下還有一些優點：調速方（fāng）案成（chéng）熟，調速係統穩定，能夠保證長時間*連（lián）續運行；操作簡便，控製係統造價（jià）低；由於FFU風（fēng）機負載很（hěn）輕（qīng），在低速時，電機發（fā）熱不是很嚴重；調壓方式（shì）特別適合（hé）於風機負載（zǎi），由（yóu）於FFU風機負載曲線為*的阻尼（ní）曲線（xiàn），因（yīn）此，調速範圍可以做到（dào）很寬。
（3）變頻控製方（fāng）式（shì），就是通過改變電源（yuán）頻率的方式來調整電動機的轉速，同時，按一定比（bǐ）例調整電動機的輸入電壓。變頻控製（zhì）方式具有優異的性能，調速範圍（wéi）大，平滑性較（jiào）高，調*率（lǜ）高等。變頻一（yī）般采（cǎi）用較先進的SPWM控製方式，並采用（yòng）單片機生成SPWM波形。SPWM變頻方式同其它變（biàn）頻方式相比具有以下特點：結（jié）構簡單，控製方便；輸入功率因數高；係（xì）統動態響應快；輸出諧（xié）波少。在目前的情況下，與調壓方（fāng）式相（xiàng）比，變頻方式也有一（yī）些（xiē）缺點，這主要體現在（zài）以下兩個方麵：變頻方式造價比較高。為了使變頻器的輸出諧波（bō）盡可能的減少，逆變器的功率（lǜ）開關器件的開關頻率要（yào）盡可（kě）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（jià）較高。因此，變頻（pín）控製方式整體造價也比較高。使用壽命不如調壓方式長。由於異步（bù）電動機（jī）屬（shǔ）於感性負載，功率因數不會等於1.0，故在中間直流環節與電動機之間總存在無功功率（lǜ）的交換。由（yóu）於逆變器中的電（diàn）力電子開關無法儲能，所以無（wú）功能量隻（zhī）能靠直流（liú）環節中的儲能元（yuán）件（電容器）來緩衝。電容器的壽命大（dà）大限製了變頻器的使用壽命。即使是比較先進的變頻器廠商，其變頻器壽命也受此限製。
3、直流電機（jī）FFU控製方（fāng）式
（1）直流（liú）電（diàn）機一般采用計算機群（qún）控方式，計算機（jī）群控（kòng）係統是一種集散型控製係統，能（néng）夠方（fāng）便的實現現場分散控製和集中統一管理功能，為現階（jiē）段大麵積潔淨室FFU較常用的一種控製方式，可（kě）靈活控（kòng）製潔淨室每台FFU的啟停和風速。
（2）計（jì）算機（jī）群控方式（shì）具有以下先進的功能：
（a）采用集散型控製方式，能夠很方便的實（shí）現FFU的集（jí）中監測和控製。
（b）可（kě）方便的（de）實現FFU的單台、多台及分區控製。
（c）智能化控製係統具有節能功（gōng）能。
（d）可采（cǎi）用可選的遙控方式進行監測和控製。
（e）控（kòng）製係（xì）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（xìn）和管理功能。
（f）控製直流電（diàn）機的突出優點在於：容易控製、調速範（fàn）圍較寬。但直流計算機（jī）群控方式也有一些致命的缺陷：由於潔淨廠房不允許FFU電機帶有（yǒu）電刷，因此，FFU的電機均采用無（wú）刷直流電（diàn）動機，換（huàn）相問題則由電子換相器解決，而電子換相（xiàng）器的壽命短使整控製係統的使用壽（shòu）命也大大降低。
（a）整套係統（tǒng）造價昂貴。
（b）後期維護費用高。
（3）遙控控製方（fāng）式遙控控製是將（jiāng）微型風機的開關以及調速命令通過紅（hóng）外信號或者射頻信號來傳達，以（yǐ）實現對FFU的（de）控製與管理。遙控（kòng）控製也可根據需要對其FFU進行單台控製或者分組控製，但（dàn）這樣就要求采用不同的遙控器。優點：結構簡單（dān）、調速穩定（dìng）、控製方便、投資成本較低；缺點：由於廠內有很多控製設備（bèi）都會（huì）產生較強電磁信號，以使FFU的遙控收到幹擾，執行錯誤的操作。因此（cǐ）采用這類控製方式要視環境而定，不是所有的廠房（fáng）都適用。遙控控製（zhì）方式作為計算機控製（zhì）方式的一（yī）種補充，可使用遙控器對每台FFU進行控（kòng）製，與（yǔ）計算機控製方式相輔相成。通過以（yǐ）上對交（jiāo）直流風機控製方式的分析對比（bǐ），直流電機FFU控製（zhì）方式容易控（kòng）製、調速範圍較寬。
結論：綜合上所述：交流（liú）FFU運行可靠、價格低廉、使用壽命長，但運行成本高、調（diào）速性（xìng）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（yì）控製，調速（sù）性能好。