電氣角度分（fèn）析FFU的選擇（zé）與應用

一、FFU產品分析
FFU是FAN FILTER UNIT的縮寫，中文稱（chēng）作“風機過濾器單元”，也就（jiù）是將風機和過（guò）濾器組合在一起構成自（zì）身能提供動力的末端淨化設備（bèi）。FFU具有設計施工（gōng）簡（jiǎn）便（biàn），風速調節靈活，潔淨（jìng）區易於變更等特點，已經成（chéng）為工業潔（jié）淨室流行係統形式。目前FFU一般采用單（dān）相多速交流電機、三相多速交流電機和直流電機。
二、成本分析
1、FFU配電成本
對於交流電機FFU，其運行電流為1.~2A左右，一組4mm2電纜可以連接8台FFU，選（xuǎn）用20A開關，對於（yú）直流電機FFU，其運行電（diàn）流為（wéi）0.3A~0.7A；一組4mm2電纜可以連接至少（shǎo）16台FFU。按照（zhào）現行國標用線，其平均價格節約一半；如選用寶勝電纜為例，每台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（yuán）計，則（zé）選用直流（liú）FFU配電安裝成本約為9729×8×20≈156萬元，而（ér）交流電機配電則需要約300萬左右。因此采用直流FFU初期（qī）在配電上可以減少的成本為150萬元。
2、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（gù）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（gōng）率5%轉化為（wéi）熱量，故每台直流FFU可（kě）以節約冷（lěng）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冷氣成本3000元計，則可節約成（chéng）本約為：87.5×3000≈26.2萬元。
3、運行成本比較
運（yùn）行成本是直流電機FFU相對於交流電機FFUzui大優勢（shì）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（néng）耗約為260W。通過對比分析可以看出，每台直流電機FFU運行1小時可以節約0.16kWh的電。依（yī）據現行國家工業用電（diàn）平（píng）均價格0.75元/kWh計，則（zé）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（shàng）成本分析可以發（fā）現：采用直流FFU初始（shǐ）投資增加（jiā）1654萬元，但在配電成（chéng）本（běn）、耗能成本及運行成本方麵均低於交流FFU；在直流FFU運（yùn）行1.5~2年後即可將初始投資收回，其（qí）後（hòu）每年可以為企業減（jiǎn）少大量（liàng）的成本。
三、控製分析（xī）比（bǐ）較
1、FFU控製方式現狀
目前FFU一般采用單相（xiàng）多（duō）速交流電機、三相多速交流電機和直流電機。電機的（de）供電電壓（yā）大致有110V、220V、270V、380V四種。其控製方式主（zhǔ）要分為以下幾（jǐ）種：
（a）多檔開關控製
（b）連續（xù）速度調節控製
（c）計算（suàn）機群組控製
（d）遙控控製
2、交流電機FFU控製方式
在FFU交流調速控製方式中，主要分為（wéi）三種控製方式：多檔開關調速控製（zhì）、調壓調速控製方式、變頻調速控製方式。
（1）多（duō）檔開關控製，就是通過直接改變電動機定子（zǐ）線圈匝（zā）數來調整電動機（jī）的轉（zhuǎn）速。控製（zhì）器由一個調速（sù）開關和一個（gè）電源開關組成。由於（yú）控製元件為FFU自帶，分布在潔淨室吊頂內的各個位置，工作人員必須在現場通過撥擋開（kāi）關來調節FFU轉速，控製起來極不方便，而且FFU的風速（sù）可調範圍有限，於幾檔。為了克服FFU控製操作不方便的因素，有些項目把所有FFU的（de）多檔開關集中起來，放到地麵上一（yī）個櫃子內，實現集中操作，但無論（lùn）是從外觀還是功能上都存在其局限性。采用（yòng）多檔開關控製方式優點是控（kòng）製簡單（dān）、成本低，但存在許多（duō）缺（quē）陷，比如：能耗大、不能平滑調速（sù）、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，就是通過直接（jiē）改變電動機定子電壓的（de）大小來（lái）調整（zhěng）電動機的轉速。調（diào）壓方式的（de）缺點是：調速時的效率較低，能耗大，低速時，電機發熱嚴（yán）重、調速範圍較窄等。但是，調壓方式（shì）對（duì）於FFU風機負載來說，其缺陷不（bú）是很明（míng）顯，並且在目前的情況下還有一些優點：調速方（fāng）案成熟，調速係統穩定，能夠保證長時間*連（lián）續運行；操作簡便，控製係統造價低；由（yóu）於FFU風機負載很輕，在低速時，電機發熱不是很嚴重（chóng）；調壓（yā）方（fāng）式特別適合於風機負載，由於（yú）FFU風（fēng）機負載曲（qǔ）線為*的阻尼曲線，因此，調速範圍可以做（zuò）到很寬。
（3）變頻（pín）控製方式，就是通過改變電源頻率的方式來調整電動機的轉速（sù），同時，按一定比例調整（zhěng）電動機的輸入電壓。變頻控製方式具有優異的性能（néng），調速範圍大，平滑性較高，調*率高等。變頻一般采用較先進的SPWM控製（zhì）方式，並采用單片機生成SPWM波形。SPWM變頻方式同其它變頻方式相（xiàng）比具有以下特點：結構簡（jiǎn）單，控（kòng）製方（fāng）便；輸入功率因數高；係（xì）統（tǒng）動態響應快；輸（shū）出（chū）諧波少。在目前的情況下（xià），與（yǔ）調壓方式相比，變頻方（fāng）式也有一些缺點，這主要體現在以下兩（liǎng）個（gè）方麵：變頻方式造價比較高。為了（le）使變頻（pín）器的輸出諧波盡（jìn）可能的減（jiǎn）少，逆變器的功率開關（guān）器件的開關（guān）頻率（lǜ）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，變頻控製方式整體造價也比較高。使用壽命不如調（diào）壓方（fāng）式長。由（yóu）於異步電動機屬於（yú）感性負載，功率（lǜ）因數不（bú）會等於1.0，故在中間直流環節與電動機（jī）之間總存在無功功率（lǜ）的交換。由於逆變器中的（de）電力電子開關無法儲能，所（suǒ）以無功能量隻（zhī）能靠直流環節中的（de）儲能元件（電容器）來緩（huǎn）衝。電容器的壽命大大限（xiàn）製了變（biàn）頻器的使用壽命。即使是比較先進的變頻（pín）器（qì）廠商，其變頻器壽命也受此（cǐ）限製。
3、直流電機FFU控製方式
（1）直流（liú）電機一（yī）般采用計算機群控方式，計算機群控係統是一種集散型控製係統，能夠方便的實現（xiàn）現（xiàn）場分（fèn）散控（kòng）製和集中統（tǒng）一管理（lǐ）功能（néng），為現階段大麵積潔淨室FFU較常用的（de）一種控製方式，可靈活控製潔淨室每台FFU的啟停和風速。
（2）計算機群控方式具有以下先進的功能：
（a）采用集散型控製方式，能夠很方便的實現FFU的（de）集中監測和（hé）控製。
（b）可方便（biàn）的實現FFU的單台、多台及分區控製。
（c）智能化（huà）控製係（xì）統具有節能（néng）功能。
（d）可采（cǎi）用可選的遙控方（fāng）式進行監測和控製（zhì）。
（e）控製（zhì）係統預留通信接口，可與上（shàng）位機（jī）或網絡進行通訊，從而實現遠程通信和（hé）管理功（gōng）能。
（f）控製直流電機的突出優點在於：容易控製、調（diào）速範圍較寬。但直流計算機群（qún）控方式也有一些致命的缺陷：由於潔（jié）淨廠房不允許FFU電機（jī）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（zé）由電子換相器解決，而電子換相器的（de）壽命（mìng）短使整控製係統的使用（yòng）壽（shòu）命（mìng）也大大降低。
（a）整套（tào）係統造價昂貴。
（b）後期維護費（fèi）用高。
（3）遙控（kòng）控製方式遙控控製是（shì）將微型（xíng）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（dá），以實現對FFU的控製與管理。遙控控製也可根據需（xū）要對其（qí）FFU進行單台控製或者分組控製（zhì），但這樣就要求采用不同的遙（yáo）控器。優點：結構簡單、調速（sù）穩定、控製方便、投資成本較低；缺點：由於廠內有很多控製設備（bèi）都會產生較強電磁信號，以使FFU的遙控收到幹擾，執行錯誤（wù）的操作。因此采用這類控製方式要視環境而定，不是（shì）所有的廠房都（dōu）適用。遙控控製方式作為計算機控製方式的一種（zhǒng）補充，可使用遙控器對每台FFU進行（háng）控製，與計算機控製方式相輔相成。通過以上（shàng）對交直流（liú）風機控製方式的分析（xī）對比，直流（liú）電機FFU控製（zhì）方式容易控製、調速範圍較寬。
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（yùn）行成本高、調（diào）速（sù）性（xìng）能不好（hǎo）。直流FFU初始成本高、運行維護成本（běn）及使用壽命短，但是運行成本（běn）低、節能、容（róng）易控製，調速性能好。