第6章变频调速的经济效益

第6章变频调速的经济效益
6. 1拖动系统的节能空间
6. 1. 1工频运行的浪费
1.空气压缩机泄载在工频运行时，如储气罐的压力偏高，通过泄载阀泄放部分空气。

2.锅炉给水泵回流 要求锅炉汽包的水位恒定。

工频运行时，通 过调节阀门开度，改变回流量，达到调节锅炉汽包的水位的目的。

■- ・1
锅炉汽包
V
J
图6-2锅炉给水泵的回流调节
4.中央空调冷却泵的工频运行
-~r
芒二 1440 r/iLin
a)
b)
1 1
1
点仔=49
\
<
空调主机
空调主机
1440 r/mi 口 水泵
贮水罐
冷却泵
回水
冷却泵
回水
图6-3中央空调冷却泵的工频运行
a)温差正好b)温差偏低
6. 1. 2大马拉小车的节能空间
1.工频运行的大马拉小车
2.低频运行的大马拉小车
/ b）
图6 —5低频运行的大马拉小车
a）风机示意图b）低频运行的状态
6. 2变全速运行为变速运行
6. 2. 1变速运行的节能效果
1.恒转矩负载
图6-6恒转矩负载的变速运行
a）全速运行b）低速运行
2.二次方律负载
图6 -7二次方律负载的变速运行
a）全速运行b）变速运行
6. 2. 2调速方法与节能
1机械调速
2.龙门刨床的直流调速
图6-8
b)
a）机械调速示意图
机械调速
b）机械调速后的机械特性
a 57
M
D
G1
沿© 9 气"&光:Q &
7HM $
工件
刨舍
□
:Q H O
；
LPMA _MA2J
控制电路
RF2
图6-9龙门刨床的刨台拖动系统
6. 2. 3异步电动机调速过程中的浪费
1机械特性与能量图
2.绕线转子异步电动机的能量图
a) b) c)
图6—11绕线转子异步电动机的能量图
电磁功率P M2 :仍与同步转速成正比；负载功率：与转速n2成正比。

损失功率：炉2与转差^2成正比，显然，增加了的损失功率都消耗在外接电阻中了。

3.电磁调速电动机的能量图电磁调速电动机相当于两级异步电动
机：第一级即为普通的异步电动机，功耗为AP i；第二级的旋转磁场由第一级的转子带动直流磁场形成。

调节SR T调节励磁电流T调节第二级转差Ai2'调节转速n2。

b) u)
图6—12 电磁调速电动机
第一级功耗与第一级的转差A n i成正比；
第二级功耗与第二级的转差AV成正比。

由于转差AV较大, 转子切割直流磁场的速度较快，故转子电流大，功耗也大。

总的功耗AP2：炉2=护1 +AV
6. 2. 4变频调速最节能
图6—13变频调速的功率分配
a）变频调速b）机械特性c）能量图
6. 3变频调速的特殊节能措施
1.异步电动机的电压与磁通 （1）电压偏低时的磁通
图6 - 14电压偏低时的磁通
a ）额定电压时
b ）电压偏低时
c ）磁通与励磁电流 （2）电压偏高时的磁通
图6-15电压偏高时的磁通
a ）正常情况时
b ）电压偏高时
c ）磁通与励磁电流
6. 3. 1异步电动机的电流一电压曲线
a) b) c)
2.电流一电压曲线
(1)电压偏低时的后果
图6—16电压偏低时的后果
a)电压正常时b)电压偏低时c)电流一电压曲线
(2)电压偏高时的后果
a) b)
图6 —17电压偏咼时的后果
a)电压偏高时的磁通和励磁电流b)电流一电压曲线
(3) 完整的电流一电压曲线
图6—18异步电动机的电流一电压曲线
a )负载不变时的电流一电压曲线
b )不同负载时的电流一电压曲线
U I J T ① I J T I O J 不多
T |2‘ f 较多
T I l f
U4-①i fT l o f 很多
T l 2 'J 不多
T l i f
转距电流增大 励磁电流增大
a)
6. 3. 2 “大马拉小车”的节能对策
1基本思路
" 血b)
图6- 19 “大马拉小车”时的效率
a) “大马拉小车”的电流一电压曲线b)效率曲线
U x l x J
2.节能的具体方法
(1)额频运行时
（2）低频运行时
二次方律负载的低速运行
图6-21低频大马拉小车a）风机示意图b）机械特性低减压频比节能
图6-22低减压频比节能
a）低减压频比b）机械特性
(3)自动搜索节能
6. 3. 3 电能的回馈
1重物下降时的电度表
a) b.i
图6-24重物下降时的电度表
a)工频运行b)变频运行
图6-25接入电能回馈单元
a）重物上升b）重物下降
2.回馈单元
3.电源回馈变频器
图6-26电源回馈变频器
6. 4从水泵管路的流体功率看节能
6. 4. 1水泵管路的基本模型和节能的考察部位
1. 水泵管路的基本模型
图6-27
水泵管路的基本模型
nvo
2.供水系统的主要参数
(1)流量是单位时间内流过管道内某一截面的水流量，符号是Q,常用单位是m3/ min。

(2)扬程是单位重量的水被水泵上扬时所获得的能量，符号是H，常用单位是m。

扬程主要包括：
I)静态扬程H A是供水系统必须上扬的高度，也叫实际扬程。

H)动态扬程H L使水流具有一定的流速所需的能量。

动态扬程是不能用高度来描述的。

(3)全扬程也叫总扬程，或水泵的扬程。

是静态扬程与动态扬程之和，是说明水泵的泵水能力的物理量，符号是H T。

H T=H A + H L
(4)管阻表示管道系统(包括水管、阀门等等)对水流阻力的物理量，符号是R。

(5)压力是表明供水系统中某个位置(某一点)水压的物理量，符号是p。

其大小在静态时主要取决于管路的结构和所处的位置，而在动态情况下，则还与供水流量与用水流量之间的平衡情况有关。

3.各部分的功率
(1)变频器的输入功率
P sx = V3U L I vi 入
(2)变频器的输出功率
P sx'= 3 U x I VO COS 朿
P sx P sx
(3)电动机的轴功率
P MX = = P LX
9550
(5)管路的流体功率(负载所需的功率)
P GX = 0. 163H x Q x
6. 4. 2 管路的基本特性与工作点 1 .扬程特性
图6- 29供水系统的管阻特性
a ）阀门全开时的管阻特性
b ）不同开度的管阻特性
a)
3.供水系统的工作点与基本功耗
a) b)
图6 -30管道系统的工作点
a）供水系统的静扬程b）工作点与基本功耗
6. 4. 3流体功率的节能分析
1.不同控制方式的节能效果
:E f 十丨E 」D a :E 山x
a) b) 二)
图6-31不同控制方式的节能效果
a）关小阀门调节流量b）降低转速调节流量c）两种方法的比较
2. 流体功率节能的特点 (1)节约功率与流量的关系
图6-33静扬程对节能效果的影响 a )静扬程较大时 b )静扬程较小时
a? b) c)
图6-32节能效果与流量的关系 a )流量大 b )流量减小 c )流量更小
(2)节能效果与静扬程的关系
切1 & 咋2
Q
切3
⑺
（3）不同静扬程的典型例子
）供水管道
图6-34供水管道的广义空载功率
a）高楼供水b）节能分析d）车间供水c）节能分析H）取水管道
a；cj e
图6-35取水管道的广义空载功率
a）冬季水面b）冬季节能分析c）夏季水面d）夏季节能分析
皿）循环水管道
冷拣泵
O ）
图6-36循环水系统的特点
a ）冷冻水循环系统
b ）冷却水循环系统
节辜扫
盘管
A1.-L
盘管SEr
冷却塔
b)
■
联通器
6. 5从轴功率看水泵管路的节能
6. 5. 1水泵的机械特性
1. 水泵机械特性的表达式
T L = T °+ K T • n_2
(6 —
6)
图6 — 37离心式水泵的机械特性 a )全速运行 b )低速运行
2. 负载功率的计算
P L =
T
L
?n L
L
9550
2
T o ?r )L , K T ?r )L ?r )L P L = + 9550 9550
=K po • n L + K p • n L 3 =P o + K p • n L 3
0 ------------------
a)
nuvo
4-K
3.基本功率在轴功率中的反映
a) b)
图6-38机械特性中的空载功率
a）空载功率b）广义空载功率
4.轴功率的节能
图6-39轴功率与流量的关系
a）轴功率与转速的关系b）轴功率与流量的关系
6. 5. 2水泵效率引出的差异
1明显的不一致
2.水泵的效率
(6 —
9)
n =
C l (
) —。

2(乂)2
[ C l — C =
1 ]
* *
6. 6从电功率看水泵管路的节能
6. 6. 1电动水泵低频运行的核心问题
1.水泵消耗的电功率
图6-42水泵消耗的电功率
P sx '= 3U x l vo COS©
2.低频运行的核心问题
6. 6. 2功能预置与节能效果
1转矩提升与节能效果
图6-43 a)
U / f 线
7口）-^EA丁帼氐备T
b）
U / f= C的工况
b）低频时的工况
图6 -44转矩提升与节能效果
a）转矩提升的预置b）电动机的工作电流
2. 管道供水节能分析小结
图6-45水泵变频调速的节能分析
® N4
｛二頻尅功率）
规濒器
（7v ）
功能罚置
<
■^―
咗 二电动机 （晋抽制功率）. '、右'
二瑕法律
〔％） 管道系统
E
M
滋悴功率:
调节流畐方法
6. 7全面评价经济效益
6. 7. 1故障减少的效益
1.直流电动机电刷和换向器是最大的薄弱环节
2.同步电动机有电刷和滑环，也是薄弱
环节。

图6-46几种电动机的构造
a）直流电动机b）同步电动机c）笼形异步电动机
3.绕线转子异步电动机有电刷和滑环，也是薄弱环节。

4.电磁调速电动机也有电刷和滑
环，也是薄弱环节
a) b)
图6 —47几种调速异步电动机的构造
a)绕线转子异步电动机b)电磁调速电动机
6. 7. 2 设备寿命延长的效益
1彻底消除供水系统中的水锤效应
(1)水泵工频起动的动态转矩
图6-49水泵变频起动的动态转矩a)供水管路b)变频起动
2.机械的磨损减少
3.易损件不再易损
(1)卷取机械的磁粉离合器等易损件取消；
(2)起重机械的制动闸皮、操作杆等配用件的寿命延长了
6. 7. 3产品质量提高的效益
(1)螺杆挤压机变频调速可使出口压力和挤出量稳定
6. 7. 4 意外惊喜带来的效益
(1)以重油为燃料的燃烧炉，采用变频调速实现恒压供油后，非但节电节油，并且由于燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟了；
(2)锅炉的鼓风机和引风机采用变频调速后，非但由于燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟，并且因为平均转速降低了，噪音也大为下降。

6. 8家电的变频调速
nvo
6. & 1改用了三相电动机
1.单相电动机的磁通与转矩
b) G)
图6 -52单相电动机的磁通与转矩
2.单进三出变频器
单相交流直流三相交流
图6-53单进三出变频器
6. & 2 其他好处
1.压缩机的起动与停止平稳了
2.空调温度稳定了
3.冰箱能够速冻了
附录：宜昌市自动化研究所产品介绍
联系电话：0717—,（可传真）联系人：周从信、何文成。