变频器应用现场计算公式

变频器应用现场计算公式
1、电机转速计算公式
一般异步电机转速n与同步转速n1存在一个滑差关系
n1—同步转速(r/min) ; f1—定子供电电源频率(Hz) ; P—磁极对数; n—异步电机转速
(r/min) ; S—异步电机转差率(10%以下，一般取3%)。

2、转矩计算公式
TT MM=9550P反之PP=TT MM∗n9550
T是转矩，单位N·m ；P是输出功率，单位KW ；n是电机转速，单位r/min 3、制动电阻计算公式
能耗制动电阻的阻值可由下式计算：
RR BB=U D2
0.1047(T B−0.2T M)n1
U
取值700V；T B是制动力矩，单位是N•m（牛米）；n1是减速开始时的速度；R B D
是制动电阻阻值；P 是电机的额定（输出）功率单位是千瓦（KW）；n 是额定转速，单位是转每分(r/min)；T M是电机的额定转矩，单位是N•m
能耗制动电阻的功率，按长期工作制考虑时计算如下：
P LO≈U D2/R B
根据实际工况，可以适当减小制动电阻R B的功率，一般按上式计算功率的约1/3进行选
择。

若想增加制动力矩，可以适当减小制动电阻阻值，同时应放大其功率。

制动电阻快速取值法：
【R min=U D/I MN】≤R B≤【R max=2U D/I MN】
150%的制动力矩 80%的制动力矩
R B――制动电阻阻值U D――直流电压（通常按680V计算）R Min――制动电阻最小取值
I MN――电动机额定电流（实际取变频器的额定电流） R Max――制动电阻最大取值
节能计算公式
水泵：
一、挡板调节电机的功率：
电机的输入功率P为：P=1.732×U×I×co s∮
电机的输出功率Pn（轴功率）＝额定功率
电机的效率n1＝电机的输出功率/电机的输入功率=P1/P=η
流体力学三定律可知：
Q1/Q2=n1/n2; H1/H2=(n1/n2)2; P1/P2=(n1/n2)3; P=H×Q
式中:Q1、H1、P1—水泵在n1转速时的水量、水压、功率;
Q2、H2、P2—水泵在n2转速时相似工况条件下的水量、水压、功率。

假如转速降低一半，即:n2/n1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。

水泵功率为315kW，年运行时间8000h，水泵流量Q和压力H在采用阀门调节流量时近似满足如下关系:H=A-(A-1)Q2，其中A为水泵出口封闭时的出口压力，约为140%。

70%流量时电机的输入功率
P0.7档=Pn×0.7Q×0.7H/η
= Pn×0.7×〔1.4-(1.4-1) ×0.72〕/η
55%流量时电机的输入功率
P.0.55档=Pn×0.55Q×0.55H/η
= Pn×0.55×〔1.4-(1.4-1)〕×0.552〕/η
用挡板时一年总消耗的功率数为：
P（档）总＝P0.7档×年工作时间＋P.0.55档×年工作时间
二、变频调速时电机功率
70%流量时电机的输入功率
（P0.7变＝Pn×(70/100)3/n1/n2）
P变频=1.732×U变×I变×n2
其中n1为电机效率n2变频器效率
55%流量时电机的输入功率
（P0.55变＝Pn×(55/100)3/n1/n2）
P变频=1.732×U变×I变×n2
其中n1为电机效率n2变频器效率
用变频时一年总消耗的功率数为：
P（变）总＝P0.7变×年工作时间＋P.0.55变×年工作时间
三、总节能数量
用变频比用挡板全年能节省的电能为P（档）总－P（变）总*时间单位为KW.H
相同流量条件下单泵工频状态闸阀节流调节与变频调节的功率比较
由电动机轴功率计算公式P=ρgQH/(1000×η)可以得到:
闸阀节流调节时电动机输入功率:
Pg=ρg×Q2×Hb/(1000×η1) (1)
变频调节时电动机输入功率:
Pf=ρg ×Q2×Hc/(1000×η2) (2)
式中:ρg—流体密度(kg/m3)与重力加速度
(9.81m/s2)乘积;
Q2—泵排出流量(m3/s);
Hb—闸阀节流调节泵的扬程(m);
Hc—变频状态泵的扬程(m);
η1—闸阀节流调节泵效;
η2—变频调速的泵效。

(1)式-(2)式:
ΔP=Pg-Pf
=ρg Q2×(Hb/η1-Hc/η2)/1000 (3)
因Hb-Hc=△H，故Hb＞Hc ，又η1＜η2，所以△P＞0，由此可得相同流量条件下，单泵变频调速控制流量较工频下闸阀节流调节减少了功率消耗的定论。

显然，变频调速节能主要原因是消除了泵排除阀的压头损失和在高效区运行减少了电动机输入功率。

风机
一、风机的基本参数
(1) 风量Q—单位时间流过风机的空气量(m3/s，m3/min，m3/h);
(2) 风压H—当空气流过风机时，风机给予每立方米空气的总能量(kg·m)称为风机的全压Ht(kg·m/m3),其由静压Hs和动压Hd组成。

即Ht=Hs+Hd;
(3) 轴功率P—风机工作有效的总功率，又称空气功率;
(4) 效率η—风机轴上的功率P除去损失掉的部分功率后剩下的风机内功率与风机轴上的功率P之比，称为风机的效率。

二、风机的相似理论
风机的流量，运行压力，轴功率这三个基本参数与转速间的运算公式极其复杂，同时风机类负荷随环境变化参数也随之变化，在工程中一般根据风机的运行曲线，进行大致的参数运算，称之为风机相似理论:
Q/Qo=n/no
H/Ho=(n/n0o)2(ρ/ρo)
P/P0=(n/no)3(ρ/ρo)
式中:Q—风机流量;
H—风机全压; n—转速; ρ—介质密度; P—轴功率。

风量Q与电机转速n成正比,Q∝n.;风压H与电机转速n的平方成正比,H∝n2;轴功率P与电机转速n的立方成正比，P∝n3。

三、风机电动机所需的输出轴功率为:
P=QH/(ηTηF)
式中:ηT—风机的效率;ηF—传动装置的效率
四、转速与采用档板调节流量消耗功率的差值
采用改变风机转速和改变管网特性进行风量的调节，在调节相同风量时，其风机的特性曲线(H-Q曲线)变化不同，二种调节方法的运行工况点也不同，其运行的对比如图13所示。

图13 风机转速调节与挡板调节的特性曲线对比
1、在额定流量Q1时
风机档板为额定开度，其管网特性曲线为R1，风机转速为额定转速，其特性曲线为n1，此时风机处于额定出力的状态，转速调节和档板调节的工况点重合，处于M1点，此时两种调节方式的消耗轴功率是相同的。

在运行中需输出风量Q2时
调节风机转速将风量调为Q2，这时风机的特性曲线(H-Q曲线)平行下移，工况点处于M2点，风机压力变为H2，风压风量同时下降。

其消耗的轴功率为:
P=Q2*H2
102*ηt*ηf
调节风机档板改变管网特性，将风量调为Q2，这时风机的特性曲线(H-Q曲线)不变，管网特性曲线由R1变化到R2，与n1时的风机特性曲线相交于M3，此时风量为Q2，风压为Hf，在曲线上看出，Hf＞H1，虽然风量下降了，但是风压却上长了，其消耗的轴功率为:
P=Q2*Hf
102*ηt*ηf
在输出风量为Q2时，风机在转速调节与档板调节方式下消耗的轴功率差值
（1) 风压变化幅度
速度调节时风压的变化:
H2=H1(n/n0)2(ρ/ρ0 )
档板调节时风压的变化: Hf＞H1
由于在运行时，用转速调节流量时，H2<<H1，在工程计算中，将档板风压变化忽略,Hf ≈H1。

（2) 档板调节与转速调节消耗轴功率的差值:
Q2*Hf 102*ηt*ηf
Q2*H2
102*ηt*ηf -
△P=
将H2=H1(n/n0)2(ρ/ρ0 )与Hf≈H1代入上式可得:
△P≈P3 [1-(n/n0)2(ρ/ρ0)]
简便算法：
节能分析表：由相似定律可知，流量跟转速成正比，扬程跟转速的平方成正比，功率跟转速的三次方成正比，因此，从理论上得出转速降10％的时候，会带来30％的功率下降，由于功率的大幅度下降，可获得显著的节电效果，下表为调速前后功率理论对比表
n2/n1 100％90％85％80％70％60％50％
P2/p1 100％73％61．4% 51% 34% 21.6% 13%
节电率0 27% 38.6% 49% 66% 78.4% 87%
一、以调查表序号2的高压风机为例计算一年可节约的能耗
高压风机：功率380KW,额定电流27A,实际工作电流为16A,功率因数按0.89,设备平均负载率59%，平均运转率100％（长期），工作时间按8000小时/年，变频系统效率97%，变频系统功率因数≥0.96，电机轴输出功率为380KW时，电机的输入功率：
P1= √3·U·I·cosØ
P= 1.732×10×16×0.89= 247kW
平均负载率59,实际流量平均按72%
则变频功率消耗为额定功率的三次方 37 %+附加损耗5%，
变频功率为P1=380KW×( 37 %+5%)= 160 KW
节省功率：( 247) kW- （160） kW=（87）kW
节电率为（87） kW÷( 247) kW×100%=（35）%
注：一般的变频改造都有20％以上的节电率。

每天24小时运行，每年按照330天计算，平均电价0.51元/度
一年节省（87）kW×24小时×330天×0.51元/度=（351410）元
所有设备投资会在两年半的时间收回。

以上计算为本数据采集时的节电率，仅供参考，实际的节电率与改造后运行工况有关其它各设备可依据本公式进行计算.
其技术改造的资金投入可以在较短的时间内(2-3年左右)收回。

1、间接经济效益分析
功率因数改善效益，起动节省电能，减少维修费用，节省劳动力等。