变频调速技术在泵类应用中的节能分析
变频技术在风机、泵类负载节能中的应用
变频技术在风机、泵类负载节能中的应用摘要：本文通过变频调速在风机、水泵类设备上的应用，阐述了风机、水泵变频调速的节能原理。
介绍了风机、水泵负载对变频器的性能要求。
关键词：变频器；风机、水泵；节能；0.前言我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。
造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。
由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。
因此推广交流变频调速装置效益显著。
1.变频调速节能原理1.1变频节能由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果风机、水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。
即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％。
2.2 功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
浅谈变频调速技术在风机、泵类中的节能应用
频器 ）易操 作 、免 维护 、控制精 度 高 ，并 可 以实 现高 功能化 等特点 ，采用 变频 器驱动 的方案 开始 逐 步取代风 门、挡板 、阀 门的控制方 案。 变频调 速技 术的 基本原 理是根 据 电机转速 与 工作 电源输人频 率成正 比的关 系 ： ＝ Ｏ （ － ）ｐ ｎ６ ｆ １ｓ ／，
（－ ） ＯＵ （ －） Ｑ ’ Ｈ
：
． 二 ／
Ｉ
（４Ｏ ０
Ｈ
负荷 ，１ ｈ 运行 在５ ％负荷 ；运 行时 间在３ ０ 。 ３ ０ ０ ｄ
ｌ —
图 ｌ 阀 门调 节 功 耗
图 ２ 变速 调 节 功 耗
图１ 为水 泵用 阀 门控 制 时 ，当流 量 要求 从 Ｑ１ 减 小 到Ｑ２ ，必须 关小 阀门 。这时 阀 门的磨擦 阻力 变 大 ，管路 曲线 从Ｒ移 到Ｒ ，扬 程 则从 Ｈａ ， 上升 到
删 蟪 Ｉ ＇ ｔ
新疆 化 工
４ ３
配 备 电机功 率 ：７ Ｋ ，额 定 电流 ：１ ８ ５Ｗ ３ Ａ， 额定 电压 ：３ ０ ８ Ｖ，转速 ：１７ ｒ ｎ ４ ７／ ，为上 海 江宁 ｍｉ
电机厂制 造 。
＝
● 酗
Ｉ ｈ
水 泵连 续２ ｈ 行 ，其 中每天 １ｈ 行在 ９ ％ ４运 运 ｌ ０
下 降 到Ｈ 。 。 根 据离 心泵 的特 性 ｆ 线公式 ： Ｈ １
Ｎ＝Ｒ ＱＨ／１２ ０ｑ
例３
根据 图３ 计算 ，则 每年 的节 电量 为 ：
Ｗ１７ ｘ ×（１０ －７ ％ ）ｘ ３ ０ ７２０ Ｗ ｈ
Ｗ２ ７ ｘ ３ （ ５ － ２ ％ ）ｘ ０ ＝ １ ３ ５ Ｗ ’ ＝ ５ １ｘ ９ ％ ０ ３０ ２９ ７ｋ ｈ
基于变频调速技术在水泵控制系统中的应用
基于变频调速技术在水泵控制系统中的应用摘要本文介绍了交流变频调速的原理、节能原理及变频调速技术在水泵控制系统中的应用。
应用结果表明,水泵采用变频调速控制,节能效果显著,具有明显的经济效益和社会效益。
关键词变频调速技术;水泵;节能中图分类号tv7 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)26-0181-020 引言在工业生产中,风机和水泵的应用范围非常广泛,其电能消耗和相关设备的节流损失及维护维修费用占到生产成本的7%~25%,是一笔不消的生产费用开支。
随着经济改革的不断深入,节能降耗已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。
而20世纪80年代初发展起来的变频调速技术是一项集现代电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术,它使得电动机及其拖动负载在无需任何改动的情况下即可按照生产工艺要求调整转速输出,从而降低电动机功耗达到系统高效运行的目的。
目前,变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。
卓越的调速性能、显著的节电效果,改善现有设备的运行工况,提高系统的安全可靠性和设备利用率,延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。
它顺应了工业生产自动化的要求,开创了一个全新的智能电机时代。
1 交流变频调速原理三相异步电动机可用下式表示:式中:n—电动机转速,r/min;n1—电动机的同步转速,r/min;p —磁极对数;f—电源频率,hz;s—转差率。
由上式可以得出,三相异步电动机的调速方法有3种,分别是:变极调速、变转差率调速和变频调速。
但是前两种方法有许多缺点,若变极调速,则调速范围较小,不能实现无级调速;若变转差率调速,低速时转差率大,转差损耗也大,则效率低;若用变频调速,从高速到低速均可保持有限的转差率,因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。
所以,我们认为交流变频调速是三相异步电动机调速的一种理想方式。
交流异步电动机变频调速可以分为两大类:交—直—交变频调速与交—交变频调速。
变频调速技术在风机、带类改造中的应用及节能分析
变频调速技术在风机、带类改造中的应用及节能分析摘要：皮带、风机类设施在加工生产业以及制造业被广泛的推广应用。
皮带、风机类设施不仅消耗的电量多，而且在检修以及养护所花费的也很多，其一共费用就占了总费用的百分之七到百分之二十五。
新兴起来的变频调速工艺不仅具有优秀的调速技术、超越的省电成果，对设施的工作情况能够有所帮助提高。
提升设施工作效率以及成套设备的安全稳定性。
设施能够使用更久的时间。
关键词：变频调速技术；变频器；电动机；风机、带类设备1 主要设备类型分析1.1 速度和频率计算皮带在正常运转时属于恒转矩负载。
工艺要求在转速范围为5-10.5转，分钟，我们试选择减速箱变比k1为29.8：l，链条传动的变速比k2为4：l。
通过计算得：电动机的最高工作转速：10.5×（k1×k2）=10.5×29.8×4=1251.6转，分钟电动机的最低工作转速：5×（ki×k2）=5×29.8×4=596转，分钟；电动机的最高工作转速对应的变频器输出电压频率：50×1251.64+1440=43.5（hz）；电动机的最低工作转速对应的变频器输出电压频率：50×596÷1440=20.7（hz）。
以上选择基本满足生产工艺及电动机散热的要求。
1.2 变频改造主要设备的规格参数齿轮减速箱：型号为r103ybl32s4，输出额定转速为48转/分钟，输出最大转矩为1100（nm）。
电动机：型号为ybl32s-4，额定电压为380v，额定电流为11.6（a）绝缘等级为f级，额定功率为5.5（kw），接法a，额定转速为1440r/min。
变频器：型号为frn5.5g11s-4cx，标准适配电动机5.5kw，调频范围0.1-40hz，频率精度（模拟设定）正负0.2%的最高频率。
额定容量9.9kva，额定输出容量为13a，输出电压为380v（三相，50/60hz），逆变器igbt。
变频调速技术在水泵和风机应用中的节能分析
阀、截止阀等节流设备进行流量 、压力 、水位等信 号的控制 。这样 ，不仅造成大量的能源浪费 ，管
路、阀门等密封性能的破坏 ；还加速 了泵腔、阀体 的磨损和汽蚀 ，严重时损坏设备、影响生产、危及
２１年第３ ００ 期
速 一压力关 系 曲线如 图 １ 示 。 所
河 北 煤 炭
电机 节省 的功耗 为 Ａ、 ｐ。 Ｏ、 、
电机 磁极 对 数） ；通 过改 变 电动 机工 作 电源 频 率达
到改 变 电机转 速的 目的。变频 器就是 基 于上述 原理
１ 综 述
通常 风机设 备主要 用于 锅炉燃 烧系统 、烘 干系 统 、冷却 系统 、通风 系统等 场合 ，根据生 产需要 对 炉 膛压力 、风速 、风 量 、温 度等 指标进行 控制 和调 节 ，以适 应工艺 要求 和运行 工况 。而最 常用 的控制 手段 则是 调节风 门、挡板开 度 的大小来 调整受 控对
河 北 煤 炭
２１年第３ ００ 期
变 调 技 在 泵风 应 中节分 频 速 术 水 和机 用的 能 析
祁 雪来 ，乔矿 生
（ 中能源 井矿集团公司 ，河北 石家庄 冀 ０００ ５ １０）
摘 要 ：主要介 绍 了风机 、泵 类设备利用 变频调速 技术节 能 降耗 的分 析及 应用情况 。
｜ｅ’ 。 ｂ ｜ ｌ ｜ Ｕ
得 出 。其 中 ， 尸 ｐ、 Ｈ 、 、
统压力 升高到 鼠 ，这将对管路和阀门的密封性 能形 成 威 胁 和破 坏 ；而转 速 调节 时 ，系 统压 力 只 将 随泵 转 速 刀的降低 到 鼠 ，因 此 ，不 会 对 系 统 产 生不 良影响 。与此相 类似 的 ，如 果 采用变 频调 速技 术改变 泵类 、风机类设 备转 速来 控 制现 场压力 、温 度 、水位等其它过程控制参量 ，同样可以依据系统 控制特 性绘制 出关 系 曲线得 出上 述 的 比较 结果 。亦
变频器应用于供热网循环水泵控制中的节能分析
变频器应用于供热网循环水泵控制中的节能分析[摘要]：结合供热系统中用到的风机、泵类设备的工作特性及工作实际情况，给出变频调速技术的应用方案，分析了采用变频调速技术改造风机、泵类控制系统后的节能效果，指出在供热网中引进变频调速技术不仅可以节约能源，而且使系统运行更加合理可靠。
[关键词]：变频器节能供热网循环水泵中图分类号tm921.51 文献标识码 a 文章编号：1009-914x（2012）29- 0252 -01一、引言随着我国工业的迅猛发展和能源的日益短缺，变频调速技术越来越受到重视和青睐。
风机、泵类设备是供热网内的主要用电设备，在选用其容量时，均是按供热范围的最大半径予以考虑，且留有20%的裕量。
因此，即使风机、泵类全载运行，其阀门开度最多仅能达到80%左右，并且风机、泵类根据季节和每天不同时间段，负荷量也会有相应变化。
此外，风机、泵类在选用其配套电动机时，也留有一定裕量。
因而在供热的正常运行中，其电动机总是处于不全载情况下运行。
风机、泵类系统中流量的调节以往常采用改变阀门开度的方式，因而在阀门上产生了附加的压力损失，浪费了大量能源。
因此，对风机、泵类的节能改造具有十分重要的经济意义。
采用变频调速技术改造风机、泵类系统，不仅可以节约能源，而且使系统运行更加合理可靠。
二、变频调速节能原理分析变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，即：n=60f（1-s）/p（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率能达到改变电机转速的目的。
由流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量q，压力h以及轴功率p之间的关系为：流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，从图2中可以直观看出；泵或风机转速由n1下降到n2，这时工作点由a点移到c点，流量仍是q2，压力由h1降到h3，风机或泵所需的功率正比于h3与q2的乘积（ch3oq2的面积），可见功率的减少是明显的。
变频调速技术在风机及泵类中的节能应用
和 变 速 调 节 各 自所 消耗 的 功 率
假定 水
往 往 采 用 调 整 阀 回 流 阀 截 止 阀等节 流
、 、
泵 效率
1 1=
0 6
．
。
设 备进行流量
、
压力
、
水位 等 信 号 的 控
，
在工 业 生 产和产 品加工 制造业 中
、
，
制
腔
。
这 样 不 仅 造 成 大量 的 能源 浪 费 管
，
风 机 泵 类 设 备应 用 范 围广 泛 其 电能 消
H = 15
m
代 风 门 挡板 阀 门 的 控制方案
、 、
为 ：N
。
0 9 8 1 0 x 1 5 x 6 6／ 6 x 3 6 0 0 x 1 0 0 0 = 0 5 k W
．
综述
通 常在 工 业 生 产
、
变频 调 速 技术 的 基 本 原 理 是 根 据 电 产 品加工 制造 业
、
可 见 变速 调 节 比节 流 调 节 经 济 因
越 的调 速性 能 显 著 的节 电效 果 改 善 现
、
时 常 出现 泵 损 坏 同 时 电机 也 被烧 毁 的 现
1000
一
』醣 W
，
象 近 年来 出 于 节 能 的 迫 切需 要 和 对 产
。
，
( 1 )节 流 调 节 由 上 图 知 ：流 量 为 6
，
．
6
有设 备 的运 行 工 况
，
提 高 系统 的安 全 可
牵变所电容选 引电蓄池量择
（） ２ 电压校正 结论 ：
１ ２ ７
表１ 环境温度对可用容量的影响关系
变频器在水泵上的使用及节能分析
Ｉ 一
变频器在 水泵上 的使用及节能 分析
孙 鹏 宇
（ 宁省 葫芦 岛兴 城双 兴 供热 有 限公 司 ， 宁 葫 芦 岛 １５０ ） 辽 辽 ２ １０ 摘 要 ： 过 介绍 泵 类 负载 的特 性 ， 对 工频 运 行 时 由阀 门控 制 调节 流量 和 变 频运 行 时 由变频 器 调 节流 量 的 能量 消 耗进 行 对 比， 通 并 从
的 流 量 控 制 方 法 ， 种 是 通 过 控 制 泵 出 口 的 阀 门来 调 节 ， 一 变 频 器 也 被 广 泛 应 用 。 一 另
种是通过变频器控制泵 的转速 来调节 。 本文对这两种不 同的水 ２ 泵 类 负载 的 工 作 特 性 及 ２种 调 节 流 量 的 方 法 泵 流 量 控 制 方 法 进 行 了分 析 ， 为 二 者 都 能 达 到 工 业 运 行 的 要 认 在 当今工业企业 中， 生产 设备 的传动 用电机大部分 是交流 求 ， 其 在 能 量 消 耗 方 面 有 所 区 别 ， 根 据 不 同情 况 来 选 择 设 但 应 异 步 电动 机 。 笔 者 所 在 的单 位 ， 热 单 位 耗 电量 约 占企 业 全 部 供 备、 确定运 行方式 ， 而在满 足运 行要求 的前提 下实现 节 能降 从 电耗 的 ８ ％左 右 ， 风 机 和 泵 类 负 载 安 装 时 企 业 还 处 于 发 展 初 ５ 而 耗 ， 高企业竞争力 。 提 期 ， 力 有 较 大 的余 量 ， 此 这 类 负 载 使 用 时 能 源 利 用 率 和 功 电 因 １ 变 频 器 的 发 展 及 行 业 应 用 率因数都 比较低 ， 在 己严重制约着 企业经济效益 的提高 。当 现 近年来 ， 随着 电力 电子技术 、 微机技 术及 自动控制 技术 的 前， 风机和 泵类 负载 的节 电问题对 企业的生存发展 已变得越来 迅速发展 ， 电气系统 的传 动技术也面 临着一场新 的工业革命 ，
变频调速技术应用及节能分析
（ｃ ｏｌ ｆ ｎｏｍ ｔ ｎＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｈ ｉｏ ｏｌ ｅｏ ｃｎ ｍ ｃ， ａ ｏ ， ７ ２ ３ Ｈ ｉａ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｆ ａｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ａ ｕＣ ｌ ｇ ｆ ｏ ｏ ｉ Ｈ ｉ ｕ ５ ０ ０ ， ａｎ ｎ Ｉ ｒ ｏ ｎ ｉ ｋ ｅ Ｅ ｓ ｋ
二 、 频 调 速 原 理 变
究方 向 ： 气 自动 化 ． 电 电子 技 术 。
８８ ・
・
第 ９卷 第 ２ 期
Ｖｏ ． １ ９ Ｎ ． ｏ２
海 口 经 济 学 院 学 报
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｉｏ ｌ ｇ ｆＥ ｏ ｏ ｃ ｏ ｒ ａ ｆ Ｈａｋ ｕＣｏｌ ｅｏ ｃ ｎ ｍｉｓ ｅ
２ １ 年 ６月 ００ Ｊ ｎ２０ ｌ０ ｕ ．
Ａｂ ｔａ ｔ ｒｑ ｅ ｃ ｏ ｅｔｒ ｉ ｔｅ ｍａｎ ｃ ｎ ｅｔ ｇ ｗａ ｏ ｈ ｓ ｎ ｈｏ ｏ ｓ ｍｏｏ ， ｓｒ ｃ ：Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｃ ｎｖ ｒｅ ｓ ｈ ｉ ｏ ｖ ｒｉ ｙ ｆｒ ｔｅ ａｙ ｃ ｒｎ ｕ ｔｒ ｎ ｗｈ ｓ ｏ ｖ ｒ ｎ ｕ ｃｉｎ ｉ ｅ ｃ ｌ ｎ ｉ ｎ ｅｆｌｅ ｅｇ ａ ｉｇｆｎ ｔ ｎ Ｓ ｔｉ ｇ ｏ ｏ ｂ ｏｅ ｃ ｎ ｅｔ ｇ ｆｎ ｔ ｓ ｘ ｅｌ ｔｗ ｔ ｗｏ ｄ ｒｕ ｎ ｒｙ ｓｖｎ ｕ ｃｉ Ｏ ｉ ｓ ｏ ｄ ｔ ｅ ｉ ｏ ｅ ｈ ｏ ｂ ｓｄ ｉ ａ ｓａ ｄｐ ｍｐ ｉｈ ｗ ｒ ｒｖ ｉ ｎ ． ｕ ｅ ｎｆｎ ｎ ｕ ｓｗｈｃ ｏ ｔ ｐ ｅ ａｌ ｇ ｈ ｉ
（ 口经济 学院 信息工 程学 院， 海 海南 海 口 ５ ０ ０） ７２３
摘 要 ： 变频 调速 技 术是异 步 电动机 最主 要 的调速 方 式 ， 速性 能优越 、 调 节能 效果 显 著 ，
变频调速技术在风机及泵类应用中的节能分析
目 ，变频调速技术 已经成为现代 电力传动技 前 术的一个主要发展方 向。卓越 的调速性能 、显著 的
节 电效果 ，改善现有设备的运行工况 ，提高系统 的 安全可靠性和设备利用率 ，延长设备使用寿命等优 点随着应用领域 的不断扩大而得到充分的体现。
器 ）易操作 、免维护 、控制精度高 ，并可以实现高 功能化等特点 ；因而采用变频器驱动的方案开始逐
门、挡板调节更为节能经济 ，设备运行工况也将得 到 明显改善 。
４ 节 能计算
对于 风机 、泵类 设备 采 用变 频调 速后 的节 能效 果 ，通 常 采用 以下 两种方 式 进行计 算 ： （）根据 已知 风机 、泵 类在 不 同控制 方 式 下 的 １
Hale Waihona Puke 流量 一负载关系曲线和现场运行 的负荷变化情况进
关键词 ：变频调速 ；技术；风机 ；泵类；节能 中图分 类号 ：Ｔ ４ 文献标 识码 ：Ｂ Ｄ４ 文章 编号 ：１０ ０７—１８ （０６ ３— ０ １ ３ ０３ ２０ ）０ ０３ —０
Ａｎ ｌｓｓｏ ｎ ｒｙ ｃ ｎ ｅｖ ｔ ｎ ｏ ｏ ｖ ｒｉｎ ｓ ｅ ｄ ｇ ｖ ｒ ｉ ｇ ａｙ ｉ ｎ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｒ ａｉ ｆｃ ｎ ｅ ｓｏ ｐ ｅ ｏ ｅ ｎｎ ｏ
３ ２
品。
河 北 煤 炭
２６ 第３ ０年 期 ０
电子 、微 电脑 控 制 等 技 术 于 一 身 的综 合 性 电 气 产
绘制出关系曲线得出上述的比较结果。亦即，采用
变频 调 速 技 术 改 变 电 机 转 速 的 方 法 ，要 比采 用 阀
３ 节能分析
通过流体力学的基本定律可知 ：风机 、泵类设 备均属平方转矩负载 ，其转速 ｔ ｌ ， 与流量 ｐ，压力 日 以及轴功率 Ｐ具有如下关 系：ｐｏ ｔ，Ｈｏ ｔ ，Ｐ ｃ／ ， ２ ｃ／ ， ｔ ；即 ，流 量与 转速 成 正 比 ，压力 与转 速 的平方 ／ ， ３
高压变频调速技术在火电厂风机和泵类应用中的节能分析
１ ． ３ 高压变频调速技术的优点 异步 电动机的转速关系式为 ： ｎ ＝ ｎ ｏ （ １ － ｓ ） ＝ ６ Ｏ ｆ ｏ （ １ － ｓ Ｊ ， ｐ 式中： ｎ为异 步 电动 机 的转 速 ， ｎ 。 为 电动机 的同步 转速
为 电动机 所接 电源的频率 ， ｓ 为 电动机转差 率 ； ｐ为 电动 机定子
ｂ ｅ ｌ ｏ ｗ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ８ ０ ０ ｍ￣ ８ ５ １ ． ５ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｉ ｓ
高压变频调速技术在火 电厂风机 和泵类应用 中的节 能分析
范 利 文
（ 山西漳泽 电力股份有限公司侯马热电分公 司 ， 山西侯马 ， ０ ４ ３ ０ ０ ０ ）
摘
要： 阐述 了在 我国火电厂 中采用 高压 变频调速技 术的必要性 以及 高压变频器配置
时需考虑的相 关问题 ， 进行 了风机设备 配置高压 变频 器的节能分析 ， 表 明高压 变频 器
绕组 的极对数 。
Ｔｈ ｅ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｇｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ａｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｎ Ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｗｉ ｔ ｈ Ｃａ ｖ ｅ － ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ
山西科技
文章编 号： １ ０ ０ ４ — ６ ４ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ４ ５ — ０ ３
变频器控制在水泵中的应用与节能分析
变频器控制在水泵中的应用与节能分析摘要：在我国的资源系统中，水泵作为其中尤为重要的组成。
在传统模式下，水泵运行的资源耗损情况十分严重，因此，如今应提高对节能降耗理念的重视，为了确保节能降耗效果的充分发挥，在水泵运行过程中，可高效运用变频器。
本文对变频器控制在水泵中的应用与节能进行了深入分析，旨在为更多的业内人士提供有价值的借鉴与参考。
关键词：变频器控制；水泵；节能前言：对于相关统计而言，水泵的运用在全国发电量中占据20%。
因此，有效提高水泵应用技术水平，增强运行条件的有效改善与实现节能降耗拥有非常重要的作用。
传统模式中，水泵的运行利用阀门严格控制运行状态，在选择型号过程中，唯有推动变频器的不断提高才可为整体的安全运行提供保障。
在水泵的运行过程中，为了消除阻力导致的能源大量耗损，为经济价值的实现造成严重影响。
1变频器控制水泵运行的基本原理变频器应进行水泵工作转速的高效控制，其原理与节能模式一般为：在水泵、阀门、管道构成的管道体系中，水泵可消除管道阻力，泵送出水。
在没有充分运用变频器的管道系统中，水泵泵送水的流量可通过水阀门进行水量的调节，水泵应消除水阀和管道的阻力。
通过变频器管道系统的利用，出水阀不需要控制，水泵仅需要消除管道阻力即可，管道对水泵扬程的要求较低。
在这种情况下，应加强水泵流量的改善，为水泵转速进行直接调整，为水泵扬程与管道阻力互相匹配提供保障。
图1水泵调速过程中性能改变原理管道阻力与泵送流量关联密切。
水泵调速中性能改变的原理如图1所示，水泵进水阀与出水阀都开启，水泵运行转速为n，水泵工作位置A（流量Qa与扬程Ha），管路出现阻力曲线一般为HR；若是系统需要的流量Qb，无变频器的系统调节方式一般为关小水泵出水阀门，水泵工作位置移动到B，管道阻力曲线HR=，水泵扬程提高到Hb；如果变频器的应用开展速度调节，而管路阻力曲线并不会出现变化，水泵工作位置移动到C，水泵转速为n2，扬程为He。
可发现，Hb>Ha>Hc，在忽视效率作用的条件下，水泵功率为P=yQH/η存有很大的差异性，采用变频器的功率较低，节能△P=yQ(Ha-He)/η。
变频调速技术在水泵节能中的应用
ｌ ｉ ｂ
ｍ
。 ＾
Ｈ
图 ２ 变频 恒 压 控 制 时 的 扬 程 一流 量 曲线
地
离 心泵 的特 性 曲线 为 ：
Ｐ— ｐ ＱＨ ／ 。 ｇ
也
…… … ……… …… …… … （） １
图 １ 阀 门 控 制 时 的 扬 程 一 流 量 曲线
采 用 变 频 恒压 控 制 时 的扬 程 一 流 量 曲 线 见 图 ２ ， 当用 户将 系统 压力 恒定 为 时 ，水 泵 对 应 的 运行 工 况点 为 ，流 量为 Ｑ ，扬 程为 Ｈ ；当系统 流量 由 Ｑ 降为 Ｑ 时 ，水泵 扬程 升 为 Ｈ ，这 时 ，变频控 制 器收 到信 号 ， 将水 泵 转速 由 降 为 ， 水 泵扬 程控 制在 使 Ｈ ，Ｂ 点 为变频 调速 后 的运行 工况 点 。同理 ，如果流
到 ｂ点 。
量从 Ｑ 降 为 Ｑ ｃ时 ，转速 变 为 ，Ｃ点为 变频调 速后 的运行 工 况点 ，且 ｃ点 处水 泵扬 程维 持在 Ｈ 。这样 ， 水 泵在 运行 过程 中 ， 省 了 ＢＢ 、 Ｃ 这 段不 必要 的扬 节 Ｃ 程 ，这 就是 恒压 供水 的节 能原 理 。
在 安装 变 频装 置时 ，保 留 了原 有 的工 频控 制设 备及 挡 板 调节 水量 控制 设备 ， 变频 柜上 设置 了工 频／ 在 变频转 换 开关 。当变频 装置 出现 故 障时 ，可方 便地 转换 到工 频 运行 状态 ，不 影响 生产 的正 常用 水 。改造 后 的效果
如下：
变 频调 速 技 术 在 水 泵 节 能 中的应 用
高相 铭
（ 南安 彩 集 团 ， 河 南 安 阳 河 ４５０ ） ５ ０ ０
摘要： 分析 了 变 频 调 速 节 能 的 原 理 ， 给 出 了变 频 调 速 技 术 在水 泵 上 的应 用 实 例 。 践 证 明采 用 变 频 调 速 技 术 并 实 可 以 取 得 显 著 的节 能 效 果 ，获 得 巨大 的经 济 效 益 和社 会 效 益 。
浅析变频调速技术在风机、泵类中的节能应用
助外力 ， 通 过夹 具将待 焊件 尽可 能实现 刚性 固 定， 从而有 效地
控制角变形 和弯 曲变形 。（ ２ ） 焊接过程 措施 。控制焊接 参数、 有 效选择焊接 顺序 、 加热 、 碾压 、 激冷 等方法 可实现对焊 接变形 的 控制 。比如 ， 铝合金焊接 时在焊枪两侧对 母体金属加热 ， 能够使 电弧金 属变形 减 小， 降低焊 缝 区域 的剪切应 变 ， 从 而实现 对焊 接 变形 的控 制。 激冷 方法也是控 制焊接变形非常有 效 的工艺方 法， 随焊激 冷能够显 著降低焊接残余 应力 ， 减 小焊接变形 。 在焊 接时， 尤其 是在 多道焊 接过 程 中， 焊 接顺 序 的选择对 残余 应力
制， 按 正弦规率排 列的脉冲 宽度为 了做 到正弦波输 出就需要输 出波形经过 适当的滤波 ，在支流 交流逆变器 中常常得到应用 。 三相 Ｓ Ｐ ＷＭ 是 使用 Ｓ Ｐ ＷＭ 模拟市 电的三相输 出，广泛 应用于 变 频器 领域 。空 间矢量 脉 宽调制 叫做 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 控制 ，它 作为 Ｐ ＷＭ 技术 调制 的方法 ，在 电机三 相定子 绕组 中时介 入 Ｐ ＷＭ 波， 促使 定子产生 圆形 的旋 转磁 场， 进 而带动电机旋转 。
通 过对焊接 变形 因素 和控制措施进 行分析 ， 我们可 以找到 多种实现焊接 变形控制 的方法 。但 是我们也很 容易发现 ， 每种 控 制措施都有一 定的局限性 。 那么在生产 中就要 求根据 自身 的 需求和条件选 择相应 的方法 ， 来实现对焊 接变形 的控 制。在控 制 措施 中， 相对成 熟和 广泛使用 的方法是 焊接前和焊接过 程焊 接变 形 的控制 ，而焊接后 的控制矫 正方法还不够 成熟和理想 。 对 于焊接过程 复杂的焊接 工艺来说 ， 分为 焊接前、 中、 后 ３个阶 段 是远远不够 的 ， 因此 寻找一种 有效 的控 制方法成为 日后 焊接 工 艺的一个重要研 究方向。
高压变频技术在风机泵类应用中的节能分析
（ ｈ ａ ｇ ａ ｈ ｎ Ｃｏ ｌ ｉ ｅＧｒ ｕ Ｓ ｕ ｎ ｙ ｓ ａ ５ ０， ｉ ａ Ｓ ｕ ｎ ｙ ｓ ａ ａ ｎ ｏ ｐ， ｈ ａ ｇ ａ ｈ ｎ １ １ Ｍ ５ ０ Ｃｈｎ ）
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｅｐ ｐ ｒｅ ｐ ｕ ｄ ａ ｉ ｒｎ ｉｌ ｆｆｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｉ ａ ｓａ ｄ ｐ ｍｐ ． ｔ ａ ｔ Ｔｈ ａ ｅ ｘ ｏ ｎ ｓｂ ｓｃｐ ｉｃｐ ｅｏ ｒｑ ｅ ｃ ｏ ｔｏ ｄ ａ ｐｉ ｔｏ ｎ ｆｎ ｎ ｕ ｓ ａ ｃ
平 均 ６ 计 ） ５ ：
（ ２ ｋ －２ ｏ Ｗ ×６ ） ４ ：１ ４ ２ｏ Ｗ ２ｋ ５ ×２ ｈ ８ ８度
２ 节能对比分析
根据 流体力 学知 识 ， 机和泵 类负 载特性 如下 ： 风
每 天 可实现节 电量 （ 电率 按 ７ 计 ） 节 ５ ：
１４ ８ ８度 ×７ ％ 一１ ８ ５ ３ ４度
降低 。 据 多年 的变频改 造 丰富经 验 ， 根 实际风 机或水 泵
系 统 节 电 率 根 据 实 际 运 行 工 况 一 般 可 达 到 ３ ～ Ｏ
８ ％（ 理 图如图 １所示 ） Ｏ 原 。
２ ２ 引风 机节 能计算 ： ．
采 用变 频后 每 日节 电量 （ 采用 变 频 后 电机 负荷 按
改 造 前 风机 的 额定 转 速 Ⅳ 为 ９ ２ｐ 现在 风 机 ９ ｒｍ， 的 正 常转 速 Ⅳ ７ ０ｐ 即为 额 定 转 速 的 ７ ０ ９ ２ 为 ４ ｒｍ 起 动 电流大 ， 械 冲击 、 机 电气保 护 特性 差等缺 点 ， 不仅 影响设 备使 用寿命 ， 而且 当负载故 障 时
效率 下降 等 因素 的影 响 ， 即便 如此 ， 电效果 还是 比较 节
变频调速技术的节能分析
收稿日期:2009-08-05作者简介李启晔(),内蒙古电大机电管理专业毕业,现在准格尔能源供电公司工作。
变频调速技术的节能分析李启晔(神华集团准格尔能源供电公司,内蒙古 鄂尔多斯 010300)摘 要:阐述了变频调速技术的基本节能原理,并通过在火电厂的应用实例,证明了变频调速技术节能效果明显,适用面广,可靠性高,具有较高的经济效益和良好的推广价值。
关键词:变频调速;节能;火电厂;能耗 中图分类号:TM301.2 文献标志码:C 文章编号:1008-0155(2009)06-0059-03 引言在目前采用的各种电机调速技术方案中,变频调速技术已经成为主流。
和传统的电磁滑差离合器、液力耦合器等调速方式相比,它具有效率高,调速范围宽,运行可靠,调速性能优等特点。
在火电厂的用电设备中。
由于负荷的动态变化,在实际运行中大部分设备通常不在额定工作点工作,如引风机、给水泵等,如果直接驱动这些设备,存在巨大的电能浪费,而通过对驱动电机进行变频调速的技术改造,能大幅度减少能耗,达到节能的目的。
1 变频调速节能基本原理1.1变频调速的基本原理异步电动机的转速n 和电源频率f ,转差率s ,电机极对数p 这3个参数有关:n =60f (1-S )p(1)由式(1)可以看出,转速n 和电源频率f 成正比,只要改变电源频率,就可以改变电机转速。
1.2风机水泵的工作特性以及应用变频调速技术的节能原理目前电机驱动的所有负载,可以分为3种类型:(1)平方转矩负载。
此类负载的特点是负载转矩和转速的平方成正比,常用设备包括风机、泵、冷冻机、制氧机等。
(2)恒转矩负载。
此类负载的特点是转矩恒定,不随转速变化而变化,常用设备包括起重机、搅拌机、离心机、电锯等。
(3)倒数转矩负载。
此类设备的特点是负载转矩和转速的倒数成正比,此类设备包括铣床、车床、电力机车等。
在火力发电厂中,风机和水泵的用电量大约占总用电量的45%,在电厂能耗中占有很重要的地位。
泵的调速及节能分析
式 中 为泵 进 出 １液 位 的高度 差 ／ ３ ｍ； Ｋ为 管路阻 力 系数 ； Ｑ为管 网流量 ／ ・ ｍ ｈＪ ｏ
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５ ２
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第ｌ ８卷
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备管理工作者研究和探索的课题。本文仅就具体使
用环 境条件 下泵 的调速及 节 能进行分 析 。
２ 输液泵调速 运行 的可行性分析
２ １ 输 液泵 的基本 参数 和特性
翌 丛
１２ ２ ０
以株洲冶 炼 集 团有 限公 司湿 法冶炼 系统 中使 用 较 多的耐酸 泵 为例 ， 输 出特性 既决 定于泵 的种类 ， 其 也 随管 网系统 的阻 力特性 曲线不 同而异
减 小到 ｐ ， 运行 工况点 从 Ｄ点移到 Ａ点 。
来调节， 增加了泵管压差 ， 使部分能量 白白消耗在进 口阀 门和泵 腔上 。 安装 变频调速 器后 ， 以降低 泵的 可 转速 ， 电动机 内的电耗 也 降低 ， 使原 来消耗在 泵进 口
阀 门上 的泵 管压 差用无 级调 速方 法得到 解决 。 由于 采用 恒转 矩特性 ， 变频 诃速后 的 电动机转 矩不变 ， 拖
动力矩恒定 ， 可以保证排液量 ， 从而实现了节约电能
的作用 。
３ 几个问题 的探讨
３ １ 节能 量 的估 算 ． 前述 节能计 算公 式是在 假定 效 率不变 的情况 下 得 出的 ， 由于泵在运行 中并 不 能一直保持 效率不 变 ， 所 以计算结果 与实 际值会有 一定 偏差 。下 面再介绍
如何 提 高其运 行效 率 、减少 能源损 耗 一直 是 广 大设
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变频调速技术在泵类应用中的节能分析一、引言在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%~25%，是一笔不小的生产费用开支。
随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一.而八十年代初发展起来的变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。
一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。
八十年代末，该技术引入我国并得到推广。
现已在电力、冶金、石油、化工、矿山、铁路、纺织等多种行业的电机传动设备中得到实际应用。
目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。
卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。
二、综述通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。
而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。
这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。
在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。
从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。
泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。
而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。
这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。
风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。
不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。
近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。
变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。
三、节能分析通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
以一台水泵为例，它的出口压头为H0（出口压头即泵入口和管路出口的静压力差），额定转速为n0,阀门全开时的管阻特性为r0,额定工况下与之对应的压力为H1,出口流量为Q1。
流量-转速-压力关系曲线如下图所示。
在现场控制中，通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量。
当流量从Q1减小50%至Q2时，阀门开度减小使管网阻力特性由r0变为r1，系统工作点沿方向I由原来的A点移至B点；受其节流作用压力H1变为H2。
水泵轴功率实际值（kW）可由公式：P=Q·H／（ηc·ηb）×10-3得出。
其中，P、Q、H、ηc、ηb分别表示功率、流量、压力、水泵效率、传动装置效率，直接传动为1。
假设总效率（ηc·ηb）为1，则水泵由A点移至B点工作时，电机节省的功耗为AQ1OH1和BQ2OH2的面积差。
如果采用调速手段改变水泵的转速n，当流量从Q1减小50%至Q2时，那么管网阻力特性为同一曲线r0，系统工作点将沿方向II由原来的A点移至C点，水泵的运行也更趋合理。
在阀门全开，只有管网阻力的情况下，系统满足现场的流量要求，能耗势必降低。
此时，电机节省的功耗为AQ1OH1和CQ2OH3的面积差。
比较采用阀门开度调节和水泵转速控制，显然使用水泵转速控制更为有效合理，具有显著的节能效果。
另外，从图中还可以看出：阀门调节时将使系统压力H升高，这将对管路和阀门的密封性能形成威胁和破坏；而转速调节时，系统压力H将随泵转速n的降低而降低，因此不会对系统产生不良影响。
从上面的比较不难得出：当现场对水泵流量的需求从100%降至50%时，采用转速调节将比原来的阀门调节节省BCH3H2所对应的功率大小，节能率在75%以上。
与此相类似的，如果采用变频调速技术改变泵类、风机类设备转速来控制现场压力、温度、水位等其它过程控制参量，同样可以依据系统控制特性绘制出关系曲线得出上述的比较结果。
亦即，采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。
四、节能计算对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：1、根据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量－负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。
以一台IS150-125-400型离心泵为例，额定流200.16m3/h，扬程50m；配备Y225M-4型电动机，额定功率45kW。
泵在阀门调节和转速调节时的流量－负载曲线如下图示。
根据运行要求，水泵连续24小时运行，其中每天11小时运行在90%负荷，13小时运行在50%负荷；全年运行时间在300天。
则每年的节电量为：W1=45×11（100%－69%）×300=46035kW·h W2=45×13×（95%－20%）×300=131625kW·h W=W1＋W2=46035＋131625=177660kW·h每度电按0.5元计算，则每年可节约电费8.883万元。
2、根据风机、泵类平方转矩负载关系式：P/P0=（n/n0）3计算，式中为P0额定转速n0时的功率；P为转速n 时的功率。
以一台工业锅炉使用的22kW鼓风机为例。
运行工况仍以24小时连续运行，其中每天11小时运行在90%负荷（频率按46Hz计算,挡板调节时电机功耗按98%计算），13小时运行在50%负荷（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计算）；全年运行时间在300天为计算依据。
则变频调速时每年的节电量为：W1=22×11×[1－（46/50）3]×300=16067kW·h W2=22×13×[1－（20/50）3]×300=80309kW·h Wb=W1＋W2=16067＋80309=96376kW·h挡板开度时的节电量为：W1=22×（1－98%）×11×300=1452kW·h W2=22×（1－70%）×11×300=21780kW·h ?Wd=W1＋W2=1452＋21780=23232kW·h 相比较节电量为：W=Wb－Wd=96376－23232=73144kW·h每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年可节约电费3.657万元。
某工厂离心式水泵参数为：离心泵型号6SA-8，额定流量53.5L/s，扬程50m；所配电机Y200L2-2型37kW。
对水泵进行阀门节流控制和电机调速控制情况下的实测数据记录如下：流量L/s时间（h）消耗电网输出的电能（kW·h）阀门节流调节电机变频调速47233.2×2=66.428.39×2=56.840830×8=24021.16×8=169.3 30427×4=10813.88×4=55.5201023.9×10=2399.67×10=96.7 合计24653.4378.3相比之下，在一天内变频调速可比阀门节流控制节省275.1kW·h的电量，节电率达42.1%。
风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39条就把它列为通用技术加以推广。
实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。
既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。
直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。