风机水泵压缩机变频调速控制节能与应用(含工频节流功率计算公式)

风机水泵负载变频调速节能原理

相似定律：两台风机或水泵流动相似，在任一对应点上的统计和尺寸成比例，比值成相等，各对应角、叶片数相等，排挤系数、各种效率相等。

流量

按照相似定律，由连续运动方程流量公式：

φπη

η

⨯⨯⨯⨯⨯

=⨯⨯

=d D A v

m v

m v

v v q

流速公式： 60

π

⨯⨯=

n D v m 式中：

q v

——体积流量，s m

3

；

η

v

——容积效率，实际容积效率约为0.95；

A ——有效断面积（与轴面速度v

m

垂直的断面积），m²；

D ——叶轮直径，m ； n ——叶片转速，r/mi n ； b ——叶片宽度，m ；

v

m

——圆周速度，m/s ；

φ——排挤系数，表示叶片厚度使有效面积减少的程度，约为0.75～0.95；

按照电机学的基本原理，交流异步电动机转速公式： p f s n ⨯⨯-=60)1( 式中： s ——滑差； P ——电机极对数； f ——电机运行频率。

流量、转速和频率关系式：

f n q v

∞∞⇒ 可见流量和转速的一次方成正比，和频率的一次方成正比。

扬程

按照流体力学定律，扬程公式：²2

1

v m H ⨯⨯=

ρ 扬程、转速和频率关系式：

可见扬程和转速的二次方成正比，和频率的二次方成正比。 式中：H ——水泵或风机的扬程，m ；

功率

风机水泵的有效功率：每秒钟流体经风机水泵获得的能量。

水泵：H g q P

v

e

⨯⨯⨯=ρ

或 风机：

P q P v

e

⨯=

可见有效功率和转速的三次方成正比，和频率的三次方成正比。 式中：

P

e

——有功功率，w ；

ρ——流体质量密度，m Kg

3

；

P ——压力，Pa ；

电量

风机水泵效率：有效功率和轴功率之比。

η

p

轴功率：电动机输出给风机水泵的功率。轴功率（电动机的输出功率）公式： η

ρp

v

sh

H

g q P

⨯⨯⨯=⇒

水泵

η

p

v

sh

P

q P

⨯=⇒

风机

电动机和风机水泵的传动效率： η

c

电动机效率：

η

m

电量（电动机的输入功率）公式：

η

ηm

c

sh

g

P P ⨯=

η

ηηρp

m

c

v

g

H

g q P

⨯⨯⨯⨯⨯=

⇒水泵

ηηηρp

m c g

P

P

⨯⨯⨯=

⇒风机

节能

工频状态下的耗电量计算

Pd ：电动机功率 ； ηd ：电动机效率 ； U ：电动机输入电压 ； I ：电动机实际运行电流 ；cos φ：功率因子。 计算公式：Pd =3×U ×I ×cos φ

然后将电机实际工频下运行的电流代入上面的公式，得出电机工频状态下的功率Pd 。

通过在系统电源进线侧用测电流的方法计算节电率 Pd =3×U ×I ×cos φ=3×10×46×0.8=637.4KW

风机设备属平方转矩负载，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 ∝n 2，P ∝n 3；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。通过风机数据，依据

3

02

3

03

0''''⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫

⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Q Q H H n n P P dn 公式可依次求得风机在采用变频调速运行时对应的风机总功耗

'

P 。

综合考虑取电动机效率d η=0.9、和变频器的效率b η=0.96，

则网测功率损耗

%

100'

⨯⋅=

b

d b P P ηη

节电率 =%100)

(⨯-d b d P P P

引风机计算为例：

风机实际轴功率P ′=dn P H H ⨯⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛2

3

0'=5001.56.22

3⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=182 kW

变频网侧功耗

%100'

⨯⋅=

b d b P P ηη=%10096.09.0182⨯⎪⎭⎫

⎝⎛⨯= 211 kW

离心泵负载，采用出口控制流量的方式，电动机在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系为 P n 0.6Q 0.4⨯+=）（阀

P

，式中Q 为流量。

供水系统还有自动控制、无污染等明显优势。变频系统保证系统小流量供水，解决小流量甚至零流量供水时大量电能的浪费问题，从运行控制上进一步节能。

电动机节能 第一章 节能概述

电动机广泛应用于拖动风机、泵、鼓风机、空气压缩机、制冷机和车床等机械传动装置及其他各类电气设备，量大面广的终端耗能大户。电机系统包括电动机、被拖动装置、传动控制系统及管网负荷。

图1 制冷系统流程图

电机系统节能改造的技术途径主要有以下几个方面： 1．加速设备淘汰更新。

加大力度对老旧设备的更新改造，坚持使用国家推荐的节能型设备。