风机水泵变频节能原理及适用
变频器节能技术原理-分析及应用
变频器节能技术原理-分析及应⽤变频器节能技术原理分析及应⽤摘要：本⽂简述了变频器的基本⼯作原理，详细介绍了变频器调速技术的节能原理和节能⽅法，并通过变频器在风机和⽔泵的具体应⽤，说明了变频器具有较好节能节电的功能。
关键词：变频，调速，节能能源⼯业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和⼈民⽣活⽔平的提⾼都极为重要。
当前全球经济发展过程中，能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当⼤的问题。
因此，对能源的有效利⽤在我国已经⾮常迫切。
作为能源消耗⼤户之⼀的电机在节能⽅⾯是⼤有潜⼒可挖的。
在⼯业⽣产和产品加⼯制造业中，风机、泵类等设备应⽤范围⼴泛；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、提⾼产品竞争⼒的重要⼿段之⼀。
变频调速技术，正是顺应了⼯业⽣产现代发展的要求，在我国多种⾏业的电机传动设备中得到实际应⽤。
卓越的调速性能、显著的节电效果，提⾼设备利⽤率，从⽽降低电机功耗达到系统⾼效运⾏的节能降耗⽬的。
⼀、变频器⼯作原理变频器是利⽤电⼒半导体器件的通断作⽤将⼯频电源变换为另⼀频率的电能控制装置。
它是按⼀定规律改变脉冲列的脉冲宽度或幅度，以调节输出量和波形的,从⽽实现电动机电压和频率的平滑变化。
变频器的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 =60 f（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（或交-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。
⼆、节能原理分析2.1、变频降速节能：为了保证⽣产的可靠性，各种⽣产机械在设计配⽤动⼒驱动时，都留有⼀定的富余量。
变频器在风机水泵中的应用
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目
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电 动 机 转 速
（单 位 一 ＲＰ吣
图 １ 变频 器驱 动 电机 机械 曲线 图
８ ８
李
东 ：变频 器 在风机 水泵 中的应 用
第６ 期
３风机水泵变频调速节能原理
依据风机和水泵流体机械来说 明转速与节能 的 曲 关系， 流体机械 的转速变化与其流量 、压力和功率之 。
速系统中的应用， 变频调速 已逐渐取代传统的磁极对 恒压控制， 节能效率将进一步提高 。由于变频器可实 数调速、转差率调速 、串电阻调速等， 变频调速在工 现大的电动机的软停、软起， 了启动时的电压冲 避免
业 生 产 中已获 得 广泛 的应 用 。 在各 种 工业 用 风 机 、 击， 减少电动机故障率， 延长使用寿命 ， 同时也降低了
ｅ 就可以改变 电动机的转速。电动机的转速变慢， 轴 功率也跟着减小， 电动机 的输入功率也相应减小。
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器 、绕线电机电刷等容易损坏 的缺点， 了故障和 降低
事故的发生交流变频调速是交流 电动机调速方法 中 最理想的方案， 采用变频器对风机、水泵类机械进行 调速来 调节风量 、流量 的方法 ， 对节约 能源， 高经 提
用 电量 占工业 用 电的 ６％ 以上 ， 果能 在这 个领 域充 满 负荷 状 态 。采 用 变频 器 直接 控制 风 机 、泵 类 负 载 ０ 如
分使用变频器进行变频无级调速 ， 对我们发展加工制 是一种最科学 的控制方法， 利用变频器内置 ＰＤ调节 Ｉ 造业又严重缺电的国家， 国之策。随着电力电子 软件 ， 是兴 直接调节 电动机 的转速保持恒定 的水压 、风 技术 、微电子技术、信息技术和现代控制理论 在调 压， 从而满足系统要求的压力 。同时也可以实现闭环
为什么风机水泵类使用变频效果好
为什么风机水泵类负载使用变频器节能效果好？
根据流体力学的基本定律可知：风机水泵类负载是典型的平方转距负载，其主要特点是：转速n与转矩T以及负载功率P具有如下关系：T∝n2，P∝n3。
即转矩与转速平方成正比，功率与转速立方成正比。
通常风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态，所以，只要平均转速稍微下降一点，负载功率就下降得很快，从而达到节能效果。
但采用电机直接起动方式时，由于转速无法调节，常用挡风板、阀门来调节风量或流量，这样不仅造成能源的浪费而且由于过大的起动电流造成电网冲击和设备的震动及水锤现象。
采用变频器调速时，可以根据实际工艺需要方便地控制速度。
例如：当电机转速为额定转速的80%时，负载功率为额定功率的（80%）的三次方，即50%左右。
这样可见，转速下降二成，节能达四成多。
同时，可以方便地实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。
使用变频器避免了起动时对电网的冲击，降低设备故障率，消除震动和水锤现象，延长设备使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。
变频器在锅炉风机、水泵上的应用及节能分析
Ｈ 一 ２ Ｈ ： ２Ｈ — Ｔ ， Ｄ ＨＨ 的面积 即是节 能值 。 ２ Ｑ Ｘ Ｔ Ｑ （ ｚ Ｈ ）图 Ｂ ２ Ｔ
再如流量变至 Ｑ 若仍 以额定转速运行 ， ３ 所需功率 Ｑ 。浪 ３ Ｈ， Ｘ
费能量 为 Ｆ Ｈ Ｈ 。 Ｃ ． Ｔ
图 １中， 曲线（ ） 风机在恒定 转速 ｎ 下的风压一风量 １为 ｌ （卜 ） ｝一Ｑ 特性 ， 曲线（ ） ２ 为管 网风 阻特性 （ 风门全开 ） 。假设 风 机工作在 Ａ点效率最 高 ， 时风压为 Ｈ ， 此 ２风量 为 Ｑ ， 轴功率 Ｎ 与 Ｑ、 ２ 。 ．Ｈ 的乘积 成正 比， 图中可用 面积 ．－Ｏ 。 在 ４Ｉ Ｑ 表示 。 ａ￣
益 十分 明显 。
２ 应 用 实例 及 节 能 分 析
的方法相当于增加管 网阻力 ， 使管 网阻力特 性变到 曲线 （） ３， 系统 由原来 的工况点 Ａ变 到新 的工况 点 Ｂ运行 。从 图中看 出 ， 压反而增加 ， 功率与 面积 Ｂ Ｑ 成正 比。显然 ， 风 轴 Ｈ０ ２ 轴
量， 其节能效果非常明显。
王
霞 蔡 小平
张维 清
目 ， 前 国内外许多 电力拖动场合 已将矢量控 制的变频器 广泛应用于通用机 械 、 纺织、 印染 、 造纸 、 、 轧钢 化工等行业 中 交流电动机 的无级 调速 ， 不仅 自动调速精 度越 来越 高 ， 而且 取得了明显 的节能 效 果。风机 、 水泵类 负 载为平 方 转矩 负 载 ， 制要求简单 ， 变频 器价格 也较低 ， 控 相应 但其节 能效果却
（ 流量 Ｑ 。从 图 ２可知 ： ） 当流量 Ｑ 降至 Ｑ 若不改变 水泵转 。 ２ 速， 扬程将升 至 Ｂ工作点 ， 其功率可 用 Ｈ ２ ２ Ｑ 来计 算 ， Ｘ 对应 面积 Ｂ ２Ｑ 。原 Ａ工 作点功率 Ｑ ＇ ＨＯ ２ １ ＨＩ Ｘ 图上面积 ．－Ｏ 。 ４Ｉ Ｑ ， ａ￣ 两者所耗功率变化不大 ， 如果降低转 速至 （） ２ 即可节能 Ｑ ２ Ｘ
风机水泵变频调速的节能运行原理
风机水泵变频调速的节能运行原理风机和水泵是典型的变转矩负载。
变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。
风机和水泵的电动机的轴功率P 与其流量（风量）Q ，扬程（压力）H 之间的关系式如下：P ∝Q×H ④当流量由Q 1变化到Q 2时，电动机的转速为N 1、N 2，Q 、H 、P 相对于转速的关系如下：Q 2＝Q 1×（N 2／N 1）H 2＝H 1×（N 2／N 1）2 ⑤ P 2＝P 1×（N 2／N 1）3而电动机的轴功率P 和转矩T 的关系为： T ∝P ／N 因此：T 2＝T 1×（N 2／N 1）2 ⑥由式⑤和式⑥可以看出，风机和水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。
图6（a ）显示出了风机和水泵的扬程（压力）与风量（流量）的关系曲线，图6（b ）显示出转矩与电机速度的关系曲线：从图6中可以看出，在低速时，功率会有很大的下降。
由于风机或水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时风机和水泵效率很低，机械磨损大，容易损坏电机。
从理论上讲，速度降低10％时会带来30％左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效果。
风机水泵在改用变频调速前，要根据实际工况首先取得设备运行的技术参数，进行改造前的一些必要的技术论证，计算是其中最为重要的一个环节，而节能估算又是论证计算中关系到用户是否体现经济效益的重要环节。
在节能方面的计算是无法非常精确的，这是由于实际工况中有许多无法精确预算的影响因素存在。
因此，只能称其为“节能估算”。
节能是指能量形式相互转换过程。
包括能量转换为功的过程中，H 2H 1转矩T 功率P 21转速 100%图6(a)图6(b)努力减少多余的能量消耗，即所谓“所费多于所当费，或所得少于所可得”的那部分能耗，而“当费”与“可得”的那部分是不能被节约的。
对于电力产生的消费来说，“可得”是指发电机应得到的发电效果，“当费”是指用电器（包括电动机）做功的耗效果。
节能原理及节能计算
节能原理及计算方法一、节能原理风机和水泵，前者工作介质为液体，均属于流体机械设备。
下面以风机为例说明它们的工作特性。
特别是离心式风机及水泵，工作特性基本相同。
以下就以风机为例说明他们的调速工作原理。
风机的工作特性图如下：风机的工作特性图由上图可以看出，风机工作的位置，即风机的风量是由风机特性曲线（风压特性）和管网特性曲线（风阻特性）决定的，无论是改变风机的特性曲线，或者是改变管网特性曲线，都可以达到改变风量的目的。
图中：风机特性曲线 HA =kQ12K——风机特性系数；管网特性曲线 HA =Hc-λQ12λ——管网特性系数。
（一）工频工作方式工频工作方式是指泵的特性曲线保持不变，而改变管网特性曲线。
通常采取的方式是保持风机的特性曲线不变，即不改变风机的转速，而用调节挡板改变出风口的大小，达到改变风量的目的。
如下图所示：工频工作方式时风机的工作特性图从图中可以看出，风机工作在A点时，风量为Q1，风压为H1。
保持风机的转速不变，用挡板将风量调节为Q2时，风压将上升到H2，风机工作点变为B点。
由于挡板的节流作用，风道的阻力曲线变为OB。
风机工作在A点时，其功率为PA ＝H1×Q1/102；风机工作在B点时，其功率为PB ＝H2×Q2/102。
虽然Q2<Q1，但H3>H1，所以PA与为PB的值变化不大，说明采用工频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小有限。
（二）变频工作方式变频工作方式是指管网特性曲线保持不变，而改变风机的特性曲线。
通常采取的方式是保持管网特性曲线不变，即不改变风机出口的大小，而改变风机的特性曲线，即改变风机的转速，达到改变风量的目的。
如下图所示：风机工作在A点时，其功率为PA ＝H1×Q1/102；风机工作在B点时，其功率为PB ＝H2×Q2/102。
Q 2<Q1，而且 H2>H1，所以PA与为PB的值变化较大，说明采用变工频工作方式时，改变风机的风量，风机的轴功率减小很大，节能效果显著。
风机变频
风机、水泵变频调速节能分析来源:希望森兰科技股份有限公司发布时间:2005-03-15 点击次数:671 能源是国家重要的物质基础，能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义经济建设的主要因素之一。
在能源问题上国务院提出“节约与开发并重”的方针，就是依靠技术进步，把节约能源以解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。
据不完全统计，全国风机、水泵、压缩机就有1500万台电动机，用电量占全国总发电量的40～50%，这些电动机大多在低的电能利用率下运行，只要将这些电动机电能利用率提高10～15%，全年可节电300亿kW以上。
根据火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%～10%，风压裕度分别为10%和10%～15%。
设计过程中很难计算管网的阻力、并考虑到长期运行过程中发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上靠，裕度大于20～30%比较常见。
因此这些风机运行时，只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。
风机和水泵的机械特性均为平方转矩特性，水泵运行时，靠阀门的开度调节流量来满足供水要求，工况与风机相似，靠调节风门、风道档板或阀门的开度来调节风机风量，水泵流量的方法、称为节流调节，在节流调节过程中，风机或水泵固有特性不变、仅仅靠关小风门、挡板或阀门的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机，水泵的节能运行。
采用调速控制装置，通过改变风机水泵转速，从而改变风机风量，水泵流量以适应生产工艺的需要，这种调节方式称为风机水泵的调速控制。
风机、水泵以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高。
交流电机的调速方式有多种、变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现，风机水泵的无级调速，并可方便地组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量控制。
一、风机水泵变频调速的节电原理：如图示为离心风机水泵的风压、（水压）H-风量（流量）Q曲线特性图：n1-代表风机水泵在额定转速运行时的特性；n2-代表风机水泵降速运行在n2转速时的特性；R1-代表风机水泵管路阻力最小时的阻力特性；R2-代表风机水泵管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座(五) 第一讲 风机变频调速节能技术(5)
隙。 由泵 轮的 内腔Ｐ 涡轮 的 内腔Ｔ 和
共 同 形 成 的 圆 环 状 空 腔 称 为 工 作
求、提高产品质量 、增 加生 产效率、
ＴＨＥ ＷＯＲＬ ＯＦＩ Ｄ ＮＶＥＲＴ ＥＲＳ １１ ７
——————１
同 ，故称 此 轮 为涡 轮 。 涡轮 的输 出轴 又 与 风机 或 水 泵 相 联 接 ，因此 输 出轴
机 水 泵旋 转 。这 样 就 实 现 了 电动 机 轴 功率的柔性传递 。
只 要 改 变 工 作 腔 内 工 作 油 的 充 满 度 ，即 改 变循 环 圆 内的 循环 油量 ，就
液力耦合器在工作时 ，其转速 比一般在０ ～０９ 之内 ，当其小于０ 时 ，由 ． ．８ ４ ． ４
于转 速 Ｌｄ ，工作 腔 内 充 油量 少 ，工 作 油 升 温很 快 ，工作 腔 内气 体 量 大 ，这 时 Ｌｘ
１ 液 力耦合器的工作原理和 旋转 ，对工作油做功 ，使油获得 能量 （ 转 动 能 ） 同 时 高 速 旋 转 的 工作 油 旋 。 主 要 特性 参数
１１液力耦合器的工作原理 ．
液 力耦 合 器 是一 种 以 液体 （ 多数 为 油） 为工 作介 质 、 利 用液 体动 能 传 递能 量 的一 种 叶片 式 传 动机 械 。 按应 用场 合 不 同 可 分 为普 通 型 （ 准 型 或 离 合 标
调 速 型 ，这 里 讨 论 的仅 限于 调 速 型 。
调 速 型 液 力耦 合 器 主要 由 泵 轮 、
涡 轮 、旋 转 外 套 和 勺管 组 成 ，泵 轮 和 涡 轮 均 为 具 有 径 向 叶轮 的工 作 轮 ，泵 轮 与 主 动 轴 固 定连 接 ，涡 轮 与 从 动 轴 固定 连 接 ：主 动轴 与 电动 机 连 接 ，而
高压变频技术在风机节能中的应用
高压变频技术在风机节能中的应用摘要：高压变频技术在风机节能改造中的有效应用，能够大幅度提升风机设备的节电率，这对于缓解我国资源供应与资源需求之间的矛盾有着非常重要的作用。
基于此，下文将对高压变频技术在风机节能中的应用展开一系列的分析，希望能够有效促进我国社会经济的可持续发展。
关键词：高压变频技术；风机节能；应用1 高压变频节能的特点分析利用高压变频技术对风机转速进行控制的原理为实现电机输入频率的改变，而在改变的过程中并不会额外地消耗电机功率，能够促进电机综合效率的提高。
电机变频节能的主要特点包括以下几个方面：第一，电机综合效率比较高，且发热量与能耗都比较低；第二，具有无极调速的特点，具有较为广泛与精准的调速功能；第三，启动时所需的电流比较小，节能效果突出，同时也不会对所在的电网造成冲击；第四，不存在转差率损耗；第五，能够促进电机功能因数的提高，不需要在另外加装无功补偿装置；第六，具有较高的自动化水平，具有自动限流、限压、减速等功能，同时能够对故障、运行及报警情况进行记录，对系统的安全运行奠定了基础；第七，依据电量成本对电机转速进行智能化的调节。
随着电力建设的不断发展，电力供需矛盾不断激化，只有对风机的流量进行调节才能够更好地满足生产的需要，通过这种方式提高企业效益，降低企业能耗。
2 风机运行中应用节能技术的实际意义改革开放以来，我国在电力行业上越来越多的使用高压电机，它的使用总量达到电厂电机驱动设备的百分之八十左右，它们都是耗电巨大的设备，而发电企业的机组负荷又长期不是运行在最高峰，常在中高负荷下运行，这样就使得电能被大量浪费，如果不对它们进行相应的改造，那么这个极大的浪费就会一直存在。
调整电动机速度的方式是很多的，目前使用得最多的就是变频器调节电动机的速度，在技术上已经非常成熟了，大部分是用于低压电动机上。
近年来，电力电子技术的飞速发展让高压变频器技术也越来越成熟，被越来越多的应用到火电厂的节能改造上。
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座(六) 第二讲 水泵变频调速节能技术(1)
（） 率 ：水 泵 的输 出功 率 （ 效 功率 ）ｕ ４效 有 Ｐ 与输 入功 率 （ 轴
功 率 ）之 比 ，称 为 水 泵 的效 率 或 全效 率 ，以ｎ 表 示 ： Ｐ
Ｔ ＯＲＬ ＮＶＥＲＴ ＨＥ Ｗ Ｄ ＯＦ Ｉ ＥＲＳ １ ３ ３
— — ～——］
， ： ７
霸 器勇 年 ＿ 瞬略 ６
风机 水 泵 压 缩机 变频调 速 节能 技 术讲 座 （ 六）
第 二 讲 ： 变频 调 速 节能 技 术 （） 水泵 １
国家 电力公 司热 工研 究院 自动化 所
徐 甫荣
（ 上期） 接
ｌ 概 论
风 机 与 水 泵 是 用 于 输 送 流 体 （ 体 和 液 体 ） 机 械 设 气
式 中 ：Ｑ — 水 泵流 量 （ ／） — ｍ ： ｓ Ｈ— — 水 泵 扬程 （ Ｐ ｇ ； ｉ ＝ Ｈ） ｎ， 厂＿ ７ 传 动 装 置效 率 ：
泵 ，往 复 泵 可 分 为 活塞 泵 、 柱 塞 泵和 隔膜 泵 ，而 回转 泵 又 可 分 为 齿 轮 泵 、螺 杆 泵 、滑 片泵 和 液 环 泵 。
： —
ｐ ｎＯ ｇ
—
一
簇 梳 状 曲线 不 同 ，其 出 口压 力 （ 程 ） 着 流量 的增 加而 扬 随
Ｐ
１ ０ Ｐ ００
单 调 下 降 ，零 流量 时 的扬 程 称 为 关 死 点扬 程 。水 泵 的 静扬 程 （ ｓ 一 般 都不 为零 ，图２２ Ｈｔ ） —所示 为静 扬程 占到 关死 点 扬程
式 中 ：Ｚ２ ｐ 、 ２ ｚ１ Ｐ 、 分 别 为 泵 的 出 口截 面 、２ ｖ 与 、 １ Ｖ１
２ 进 口截 面 １ 和 的位 置 高 度 、 压 力 和速 度值 。泵 的 扬 程 即 为 泵 所 产 生 的总 水 头 ，其 值 等 于 泵 的 出 口总 水 头 和 进 口总水 头 的代 数 差 。
举例说明离心式风机与水泵采用变频调速节能的原理
举例说明离心式风机与水泵采用变频调速节能的原理在各种工业用风机、水泵中，如锅炉鼓、引风机、深井、离心泵等，大部分是额定功率运行，而它们的能耗都与机组的转速有关。
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。
风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用调节风门、挡板开度的大小、回流、启停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑省电。
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。
同样，离心式水泵在我国当前的工业生产和人民日常生活中起到很大的作用，水泵使用三相异步电动机进行拖动，水泵流量的设计同样为最大流量，压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、电机的启停等方法。
这种人为增加管阻的调节方式虽然满足了生产生活所需的对流量的控制，但是浪费了大量的电能，不是一种经济的运行方式。
电气控制采用直接或Y-△启动，不能改变风机和水泵的转速，无法具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较低等是其主要难点。
为解决这些难题，相关科研技术人员根据生产需要对风机和水泵等装置的转速进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况，在满足生产需求的基础上又节约了能源。
所以，变频调速对生产生活具有十分重要的意义，这也就意味着我们有必要了解风机和水泵等装置采用变频调速节能的原理。
为了对变频调速节能原理有更清晰、更深入的理解，我们可以先从变频器的工作原理出发。
变频器电路（见下图）的基本工作原理为：三相交流电源经二极管整流桥输出恒定的直流电压，由六组大功率晶体管组成逆变器，利用其开关功能，由高频脉宽调制（PWM）驱动器按一定规律输出脉冲信号，控制晶体管的基极，使晶体管输出一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，其幅值为逆变器直流侧电压Vd而宽度则按正弦规律变化，这一组脉冲可以用正弦波来等效，此脉冲电压用来驱动电机运转，通过控制PWM驱动器输出波形的幅值和频率，即可改变晶体管输出波形的频率和电压，达到变频调速的目的。
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座(二) 第一讲 风机变频调速节能技术(二)
Ｈ 程 扬
式 （ 一式 （ 为 工 程 实 际 中 ４） ６）
应 用 的相 似 定 律 ，但 它 们 应 用 于 Ｄ２ （ ） ２ ） 或ｎ（ ） ’ 低 ） １ 大 ／ （ ≥３ ２ ／ ２ ≥ ． Ｄ’ 小 高 ｎ （ ２ 时 存 在 一 定 误 差 。对 于 同 一 台 风 机 （ 泵） 水 ，当 输 送 的 流 体 密 度 ｐ 不 变 而 仅 转 速 变化 时 ，性 能 参 数 的 变 化 关 系 式 可 由 式 （ ～式 （ 简 化 得 出 ： ４） ６）
风机水泵 压缩机 变频调速 节能技术讲座 （ 二）
第一讲 风机 变频调速节能技术 （ 二）
国家 电力公 司热 工研 究院 自动化 所
徐甫 荣
（ 上期 ） 接
二 ．风机变频调速节 能分析
ｌ 风机 （ 水泵）的几何相 似 ， 运 动 相似 和 动 力相 似
两 台风 机 （ 泵 ） 几 何相 似 ， 水 若 就 是 说 它们 的形 状 完全 相 同 ，只 是 大 小 不 同 ， 其 中 一 台 风 机 （ 泵 ） 当 水 相
功率之 间的相 互关系为 ：
ｑ／ ＝ ｖｑ，
ｖ
（ｔ 。 ｎ ’ ｒｖｌ （ Ｄ Ｄ７ －／ －ｌ ｒ’１ ２ ｎ ） ） ／
ｎｈ ｈ ｎ’ ／ （） ２
Ｈ／ ’ （ ／ ’ ・ ｎ ｎ’ Ｈ ＝ Ｄ，Ｄ ） （／ ） －
ｐ ’（Ｉ － ／’ ・ ｐ’ ／ ＝Ｄ Ｄ’ （ｎ） Ｏ／ Leabharlann ｐ ） ｎ （ａ ５）
Ｐ Ｐ （ Ｄ ’） ・ ｎ ｎ’ － ／ Ｄ２ ２ （ ／ ） ／
ＴＨＥ Ｗ ＯＲＬ ＮＶＥＲＴＥＲＳ １ Ｄ ＯＦ Ｉ ３ １
Ｐ ＰＪ （ ／ ，５ ・ ｎ ｎ’ ／ ＿ Ｄ，Ｄ’） （ ／ ） ｐ／ ・ ’ （） ６
风机泵类变频节能的工作原理
风机泵类变频节能的工作原理变频调速节能装置的节能原理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，假如水泵的效率肯定，当要求调整流量下降时，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、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，铺张严峻，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，一般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，COS Ф≈1，从而削减了无功损耗，增加了电网的有功功率。
3、软启动节能由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（４-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严峻的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震惊时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。
而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开头，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。
节约了设备的维护费用。
变频调速节能装置的节能原理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，假如水泵的效率肯定，当要求调整流量下降时，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。
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：φπηη⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=d D A vm vm vv v q流速公式： 60π⨯⨯=n D v m 式中：q v——体积流量，s m3；ηv——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vm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 ；vm——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：²21v 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 Pve⨯⨯⨯=ρ或 风机：P q P ve⨯=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：Pe——有功功率，w ；ρ——流体质量密度，m Kg3；P ——压力，Pa ；电量风机水泵效率：有效功率和轴功率之比。
ηp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： ηρpvshHg q P⨯⨯⨯=⇒水泵ηpvshPq P⨯=⇒风机电动机和风机水泵的传动效率： ηc电动机效率：ηm电量（电动机的输入功率）公式：ηηmcshgP P ⨯=ηηηρpmcvgHg q P⨯⨯⨯⨯⨯=⇒水泵ηηηρpm c gPP⨯⨯⨯=⇒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。
风机水泵变频节能计算
风机水泵变频节能分析一：原理由流体传输设备水泵和风机的工作原理可知：水泵和风机的流量与其转速成正比；水泵和风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵和风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵和风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源|稳压器频率的三次方成正比）根据上述原理可知：降低水泵和风机的转速，那么其功率可以下降得更多。
例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=（45/50）3=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=（40/50）3=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。
水泵和风机消耗功率与转速的三次方成正比。
即N=Kn3 N：为水泵和风机消耗功率；n：为水泵和风机运行时的转速；K为比例系数。
而水泵和风机设计是按工频运行时设计的，但除高速外，大部分时间流量较小，由于采用了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使水泵和风机运行的转速随流量的变化而变化，最终达到节能的目的。
实践证明，使用变频设备可使水泵和风机运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。
因水泵和风机属于典型的平方转矩负载类型，所以其功率（轴功率），转矩（压力），转速满足以下关系（相似定理）：P电=P轴=QHQ’/Q=N’/N 则Q’=QN’/NP’/P=（N’/N）3 则P’=P（N’/N）3异步电机的转速公式 n=60f（1-s）/p式中：N、Q、H、P——水泵和风机的额定转速，流量，轴功率N’、Q’、H’、P’——调速后水泵和风机的额定转速，流量，轴功率在一定范围满足生产要求的前提下，可以通过改变转速来灵活的调节风压和流量，并且不改变工作周期。
这种特性表明，调节水泵和风机转速，改变电动机出力，使之始终满足工艺要求。
综上所述：利用变频技术改变电机转速来调节流量和速度的变化用来取代传统工频电路的控制，能取得明显的节能效果二：风机水泵变频特点再因风机采用工频起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，在大的电流冲击下，，会影响电网的稳定及其它设备的运行安全用电，也使接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击，容易对机械散件、轴承、阀门、等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。
风机水泵的节能
风机水泵的节能摘要：随着现代科技的发展，人们在对风机水泵在工作效率上的要求也越来越高，变频技术在风机水泵的自控系统使用上也越来越普遍。
本文在泵和风机的耗电量上作出了相关的研究，通过对研究结果进行分析后，本文着重在变频技术上做出了十分重要的解释和说明。
在泵和风机的自控系统中对变频调节和变阀调节作出了相关解释与区别。
关键词：风机水泵；自控系统；变频节能改造如今我国在流量的调节方面，大部分都是使用阀门技术来进行调节。
然而这种方法虽然在一定的社会历史上对我国在流量的调节问题上提供了一定的便利性，但是以现代的眼光来看待阀门技术调节方法时却发现了很多问题。
比如在对泵和风机的输出功率上就没有表现出来十分大的作用性，这不仅仅使得资源在使用上出现了浪费，而且还促使了工厂在运营上成本的提升。
然而我国一些电厂在现如今风机水泵自控系统变频节能改造上做出了一定的成就，并在节能方面，表现出了十分大的优势。
一、节能措施风机、水泵节能的主要措施有以下几种：（1）提稿风机、水泵本身的效率我国工业部门的风机、水泵运行效率比工业发达国家同类产品平均低20%左右，目前我国已研制了一批高校节能风机、水泵，其效率可达80%~90%，应用效率高的新产品代替效率低的老产品。
（2）合理的选型配套风机、水泵选型是要做到合理，使风机、水泵的运行压力和流量尽量接近额定压力和额定流量，并且使运行的工况点经常保持在高效区。
（3）采用调速控制方式调节流量，减少节流损失。
工业上使用的风机、水泵约有50%要求调节流量，目前大多数的风机、水泵是采用挡板或节流阀来调节流量的，电能浪费十分严重，如果把所有节能情况下运行的风机、水泵改为调速控制，则节约的效果是非常显著的。
二、关于变阀调节的相关内容变阀调节其实就是通过对管道阀门的调节来对泵和风机的流量进行控制的过程。
该调节方法在之前的调解工作中起到了一定的积极作用，但是随着如今现时代的发展，它已经不能完全满足人们对于节能环保以及效率上的要求。
高压变频器在风机、水泵节能改造的应用
高压变频器在风机、水泵节能改造的项目2011 年5月24 日目录一、概述二、采取的措施三、产生的效益四、结论一、概述目前，随着企业竞争的日益加剧，生产成本的高低决定了企业在市场竞争的地位，在生产中很大一部分花在能耗上，降低生产过程中的电能消耗就可以有效的降低成本。
生产过程中，风机被大量的采用于工艺流程上，而风机负载耗电量较大，起动电流较高，同时用阀门、挡风板等装置来调节风量，在风道系统设计时，为满足生产环境的最大要求，必须留有余量，因此风机的风量和压力往往偏大，功率的偏大设计必然造成能量的浪费。
很多的风机有30-70%的能量是消耗在调节阀的压降上的，不仅造成电能的浪费，工作效率低，而且开动阀门时，还发出啸声和振动，经常发生事故。
该方法是以增加风阻、牺牲风机的效率来达到要求的，损耗严重。
如果利用变频调速技术改变设备的运行速度，以调节风量的大小，可以既满足生产要求，又达到节约电能，同时减少因调节挡板而造成挡板和管道的磨损，能取得明显的节能效果。
随着电力电子技术及电子技术的发展，变频技术日趋成熟，风压调节已普遍摒弃靠调整配套的风门开度的手段，改而采用变速的电气传动调节，变频调速已成为风机、泵类节能降耗的最佳、首选的电气传动方案。
二、采取的措施在选矿厂现有设备不变的情况下，采用高压变频改造项目主要涉及到两个方面；1、主厂房的高压风机，原设计共计六台，三用三备。
每台功率是355KW，10KV 供电。
2、水尾加压泵站的水泵，原设计每个加压泵站两用一备，四个加压泵站共计12 台电机，其中四台备用电机。
其中l#加压泵站有400Kw/10Kv 电机三台，2#加压泵站和4#加压泵站有355Kw/10Kv电机各三台，3#加压泵站有电机250Kw／lOKV三台。
主厂房的高压风机可以采够三台高压变频器，运行方式是一拖二运行，在原有设备的基础上进行改造，不用从新设计配电线路。
一用一备回路图水尾加压泵站每一个泵站采购两台高压变频器，可以使用二拖三运行，对原有配线略有改动，就可以完成，施工简单。
风机、泵类节能改造方案
风机、泵类节能改造方案一、风机、泵类节能概述对于离心式风机、水泵的变频调速改造同样有巨大的节能潜力。
通过沸腾式锅炉高压离心式风机应用变频调速的方法调节风量，证明其节能效果在30～50％，水泵的变频改造节能效果高达70％。
离心式风机、泵类设备的流量与转速成正比Q∝N，压力与转速平方成正比H∝N2，功率与转速的立方成正比P∝N3（Q：表示流量； N：表示转速；H：表示压力；P：表示功率）由上图（左）可知，改变转速其流量线性变化的功耗则是立方关系变化，因此在调节风量或流量时如降低20％的风量或流量，功耗则会下降50％。
但是必须注意，转速与压力是平方关系，当转速下降20％压力则会下降64％，因此必须要注意工艺要求压力范围不能像罗茨风机那样，不用考虑转速与风压的关系。
离心风机、泵类设备传统的风量、流量控制的，大量的能源耗在风门或截流阀的阻力上，风门或截流阀控制流量的功耗与流量关系：P＝P0＋K•Q；Q：表示流量；K：为系数； P：表示功耗；P0：表示基本功率。
由上图（右）比较风门或截流阀控制与变频调速调节，可以看到在流量变化范围，采用变频调速的方法具有很大的节能潜力，因此在工厂的供水泵或其它离心风机上进行变频改造同样会取得很大的节能效果。
变频节能技术在风机上应用后不但节省了电费支出（节电率可达30％-50％），提高了产品质量，也提高了使用上的灵活性，对不同工艺性要求适应性更强。
避免电机启动时的大电流冲击和电网电压降低，可明显减少风机叶轮、机壳及轴承的磨损，延长检修换件周期和设备使用寿命，节约维修费。
二、改造方案针对该工厂实际现状，提出对风机进行节能改造方案如下：1、设计原理整个系统控制方式采用闭环自动调节，用流量计检测进入蒸发器空气流量，输出0－10mA电流信号至PID控制器,与目标值进行比较，（目标值可由用户根据系统需要随意设定）进行PID运算，输出控制信号给变频器，当送风流量大于设定值时，变频器输出频率减小，当送风流量小于设定值时，变频器输出频率增加，最终控制送风机转速以调节送风量以达到系统要求。
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风机水泵变频节能原理及适用
中国泵业网风机、水泵作为工业、农业、生活的通用类机械，具有应用量大，应用面广的特点，其配套电机耗电量也是巨大的。
有资料统计，我国电动机总装机容量4.5亿KW，风机、水泵总装机容量达1.5亿KW，耗电量可在全国总发电量的20%以上。
由于容量和工艺的原因，一半以上的风机、水泵类负载都存在着不同程度上的电能浪费，在能源供应日益紧张的今天，减少浪费，节约电能已经是重中之重，寻求
一种有效的节电产品显得尤为重要。
“国佳”GJ风机水泵变频节能控制柜就是针对我国风机、水泵应用缺陷而研发的节能产品。
由变频器加外部的控制、保护、显示等单元及柜体组成，采用最新微电脑及自动化控制技术，将传统的控制方式变成智能化自动控制，大大提高电机的工作效率，改善电机拖动系统的整体性能，可有效的降低风机、水泵的运行功率，延长电机的使用寿命、节电率可高达20%以上，是现代风机、水泵的理想节能控制设备。
产品原理
传统风环保机、水泵流量的设计均以最大需求来设计，其调整方式采用档板、风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环回路控制，也较不考虑省电的观念，但实际使用中流量随各种因素而变化（如季节、温度、工艺、产量等等），往往比最大流量小的多。
要减
少流量时，通常情况下只能调节挡板或阀门的开度，即通过关小和开大阀门/挡板的开度来调节流量。
阀门控制法的实质是通过改变管网阻力大小来改变流量，而这种控制方式当所需流量减少时，压力反而会增加，故轴功率的降低有限，此时，过剩的风机、水泵功率将导致压力增加造成很大的能量损耗。
由流体力学原理可知：流量与转速的一次方成正比，压力与转速的开平方成正比，功率与转速的开三次方成正比。
STB风机水泵变频节能控制柜可在保持阀门、挡板开度不变的前提下，通过改变风机的转速来调节流量，其实质是通过减少流体动力来节电。
这种控制方式可从根本上消除风机、水泵设备由于选型或负荷变化普遍存在的“大马拉小车”的动力浪费现象，消除了挡板节流阻力，使风机、水泵始终运行在最佳工作状态。
产品特点
1）安装使用方便，适用性强，节电率可高达20%以上。
2）实现电机功耗与负荷需求的同步变化，消除”大马拉小车”现象，降低供配电负荷。
3）具有良好的软启软停功能，避免强电流及机械冲击，有效延长设备使用寿命。
4）过压、欠压、过载等自动保护功能，防止设备意外损害。
5）手动及自动节电/市电转换功能，最大限度确保设备的正常工作。
6）高功率因数输出，减少无功损耗及补偿容量，降低电机发热、额外损耗及噪音。
7）改善设备运行工况，降低机械磨损及维修、维护人员费用支出。
8）具有RS485通讯接口功能，可以实现节能系统组网运行、监控等功能。
适用范围
建筑楼宇：送风机、循环水泵、冷却水塔、屋顶排风机等。
冶金行业：送风机、除尘风机、加热炉鼓风机、冷却泵、清水泵、降温排风机。
石化行业：注油泵、排污泵、清水泵、加压泵、输油泵、供热锅炉鼓风机、引风机等。
电力行业：锅炉鼓风机、引风机、补水泵、循环泵、疏水泵、灰浆泵、送风机等。
纺织化纤：送风机、冷却水塔、清水泵、锅炉风机等。
造纸厂：锅炉风机、水泵、纸浆机等。