变频器节能效率计算完整版

变频器节能效率计算标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]

概述

在许多情况下, 使用变频器的目的是调速, 尤其是对于在工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说, 设计选型往往以最大工况来选。与实际的工况存在较大的可调整空间。在运行中根据实际运行需要，按照流量、杨程等调节电动机的转速，从而改变电动机的输出转矩和输出功率，以代替传统上利用挡板和阀门进行的流量和扬程的控制, 节能效果非常明显。同时分析变频器在选型、应用中的注意事项。

1变频调速原理

三相异步电动机转速公式为:

60f

n=

式中：n-电动机转速，r/min；

f-电源频率，Hz；

p-电动机对数

s-转差率,

从上式可见交流电动机的调速可以概括为改变极对数，控制电源频率以及通过改变参数如定子电压、转子电压等使电机转差率发生变化等几种方式。变频器效率维持在94%~96%，变频调速是一种高效率、高效能的调速方式，使异步电动机在整个工作范围内保持正常的小转差率下运转，实现无极平滑调速。

变频工作原理

异步电动机的额定频率称为基频，即电网的频率，在我国为50Hz 。电机定子绕组内部感应电动势为

U 1≈U 1=4.44U 1UU 1

1

式中U 1-定子绕组感应电动势，V ；

1-气隙磁通，Wb ； U -定子每相绕组匝数；

U 1-基波绕组系数。

在变频调速时，如果只降低定子频率U 1，而定子每相电压保持不变，则必然会造成1增大。由于电机制造时，为提高效率减少损耗，通常在U 1=U U ，U 1=U U 时，电动机主磁路接近饱和，增大

1势必使主磁路过饱和，将导致励磁电流急剧增大，铁损增

加，功率因素降低。 若在降低频率的同时降低电压使U 1U 1⁄保持不变则可保持1不变从而避免了主磁路过饱和现象的发生。这种方式称为恒磁通控制方式。此时电动机转矩为

T =U 1UU 12π(U 2U +UU 22

U 2)(U 1U 1)2

式中T -电动机转矩，；

U 1—电源极对数；

U—磁极对数；

U—转差率；

U2—转子电阻；

U2—转子电抗；

由于转差率U较小，(U2U

⁄)2U22则有

T≈U1UU1

2π

U2

U

(

U1

1

)

2

=UU1U

其中U=U1U

2πU2(U1 U1

)2

由此可知：若频率U1保持不变则T∝s；若转矩T不变则s∝1U1

⁄；

常数

由此可知：保持U1U1=

⁄常数，最大转矩和最大转矩处的转速降落均等于常数，与频率无关。因此不同频率的各条机械特性曲线是平行的，硬度相同。

风机、泵负载特性

以风机、泵类为代表的二次方减转矩负载即转矩与转速平方成正比。如图所示，在低转速下负载转矩非常小。

风机、水泵的负载特性如下

U 1U 2⁄=U 1U 2⁄

(U 1U 2⁄)2=U 1U 2⁄=U 1U 2⁄

(U 1U 2⁄)3=U 1U 2⁄

式中U 1U 2⁄—风量、流量，U 3U ⁄；

U 1U 2⁄—风压，Pa ；

U 1U 2⁄—轴功率，kW ；

U 1U 2⁄—负载转矩，；

U 1U 2⁄—转速，U UUU ⁄。

从上式可知，风机风量、泵的流量与转速成正比；风机风压、泵的杨程与转速的二次方成正比；风机、泵的轴功率与转速、风机风量、泵流量的三次方程正比；风机、泵的轴功率在速度不变时与风机风压、泵杨程成正比。

按离心式泵功率选择电动机 P=kγQ(H+?H)/ηηU ×10−3

式中P —离心式泵电动机功率，kW ；

γ—液体密度，kg/U 3； Q —泵的出水量，U 3U ⁄；

H—水头，m；

H—主管损失的水头，m；

η—水泵效率，约为~η

U —传动效率，与电动机直连时取η

U

=1；

K—裕量系数，与功率有关。当管道长、流速高、弯头与阀门数量多时，裕量系数适当增大。

由于风机、泵的容量是按最大风量及风压、流量及杨程确定的，与实际需要存在较大的可调整空间，按照风量、风压、流量、杨程等调节电动机的转速，从而改变电动机的输出功率和输出转矩达到节能效果。

如下图，曲线1是阀门全部打开时供水系统的阻力特性，曲线2是额定转速时泵的杨程特性；此时供水系统的工作点位A，流量为U U，杨程为U U；电动机的轴功率与O-

U U-A-U U-O面积成正比。如果要将流量减少为主要的调节方式有两种：

1）传统的方法是保持电动机转速不变，将阀门关小，此时阻力特性曲线如图3所示，工作点移至B点，流量为U U，杨程为U U；电动机的轴功率与面积O-U U-B-U U-O成正比。

2）阀门的开度不变，降低电动机的转速，此时杨程特性如曲线4所示，工作点移至C 点，流量仍为U U，但杨程为U U；电动机的轴功率为O-U U-C-U U-O成正比。

由此可见当需求量下降时，调节转速可以节约大量能源。

之所以变频比变阀门开度节能，因为在改变流量的同时对压力没有要求，也就是说改变流量的同时允许改变压力。

变频调速改变流量的同时，压力也在改变。流量减少，压力也在减小，功率等于压力与流量的乘积，功率在双倍减小；而改变阀门开度的同时，流量减少，压力基本没有变，甚至增加。功率在单倍减小，因此变频比变阀门开度消耗的功率少，节省能量。