风机水泵的变频调速节能分析

风机水泵的变频调速节能分析

节能降耗、增加效益是全社会应为之努力的方向。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。应用于风机、水泵等设备的传统方法是通过调节出口或入口的挡板、阀门开度来控制给风量和给水量，其输出功

率大量消耗在挡板、阀门地截流过程中。另外，由于在通常的设计中为了满足峰值需求，

水泵选型的裕量往往过大，也造成了不应有的浪费。根据风机、水泵类的转矩特性，采用

变频调速器来调节流量、风量，将大大节约电能。下面就分析一下在风机水泵类负载中使

用变频器所能达到的效果。

一，通过变频调速达到的一次节能。

下面以水泵为例来说明，由图1可以看到：

流量Q正比于转速n

压力H正比于n2

转矩T正比于n2

功率P正比于n3

图1 水泵流量、压力、功率曲线…　

在普通的水泵流量控制中使用阀门来调节，如图2所示：

图2 阀门控制水泵流量

管道阻力h与流量Q的关系为h正比于RQ2，其中R为阻力系数

电机在恒速运行时，流量为100%情况下（工作点为A），水泵轴功率相当于Q1AH1O

所包容的面积。

电机在恒速运行时，采取调节阀门的办法获得70%的流量（工作点为B），将导致

管阻增大，水泵轴功率相当于Q2BH2O所包容的面积，所以轴功率下降不大。

采用变频调速控制流量时，由于管道特性没有改变，水泵特性发生变化（工作点为C），轴功率与Q2CH3O所包容的面积成正比。故其节能量与CBH2H3所包容的面积成正比，

输入功率大大减小。如图3所示：

图3 变频调节水泵流量

正如前面提到的，轴功率P与转速n的三次方成正比。采用变频器进行调速，当流量

下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%,如果流量下降到60%,轴功率N可下降到额定功率的21.6%,当然还需要考虑由于转速降低会引起的效

率降低及附加控制装置的效率影响等.即使这样,这个节能数字也是很可观的,因此在装有风机水泵的机械中,采用转速控制方式来调节风量或流量,在节能上是个有效的方法。

二，变频调速所实现的二次节能

变频调速自动根据负载情况调整输出电压，通过对电机的最佳励磁，有效地降低了无

功损耗，提高系统功率因数，降低电机工作噪音, 延长电机使用寿命。

电动机的总电流(IS)为电机励磁电流(IM)与电机力矩电流(IT)的矢量和, IS和IM夹角的余弦值即为电动机的功率因数;

电机励磁电流决定于加在电机线圈上的电压, 在工频状态下, 交流电压为380V恒定不变, 因此励磁电流也不会改变;

在变频状态下, 变频器自动检测负载力矩, 根据实际负载决定输出电压, 因此在负载较低的时候自动降低输出电压, 以维持最高的功率因数.

由于变频器自动降低了电机励磁电流, 使得输出总电流明显低于工频工作的总电流, 节约了线路中的损耗和无功功率的损失;

这个功能在丹佛斯VLT系列变频器中称为AEO功能(Automatic Energy Optimization, 自动节能功能).

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