风机水泵的变频调速节能分析
水泵变频运行分析报告
水泵变频运行的图解分析方法作者：变频器世界1 引言水泵采用变频调速可以达到很好的节能效果，这在同行业中已经有很多人写了大量的论文进行论述。
但其结果却有很多不尽人意的地方，有很多结论甚至是错误的和无法解释清楚的，本文以简易的图解分析法来进行进一步的解释和分析。
2 水泵变频运行分析的误区2.1 有很多人在水泵变频运行的分析中都习惯引用风机水泵中的比例定律流量比例定律 Q1/Q2=n1/n2扬程比例定律 H1/H2=(n1/n2)2轴功率比例定律 P1/P2=(n1/n2)3并由此得出结论：水泵的流量与转速成正比，水泵的扬程与转速的平方成正比，水泵的输出功率与转速的3次方成正比。
以上结论确实是由风机和水泵的比例定律中引导出来的，但是却无法解释如下问题：(1) 为什么水泵变频运行时频率在30~35Hz以上时才出水？(2) 为什么水泵在不出水时电流和功率极小，一旦出水时电流和功率会有一个突跳，然后才随着转速的升高而升高？2.2 绘制水泵的性能特性曲线和管道阻力曲线很多人绘制出水泵的性能特性曲线和管道阻力曲线如图1所示。
图1 水泵的特性曲线图1中，水泵在工频运行的特性曲线为F1，额定工作点为A，额定流量QA，额定扬程HA，管网理想阻力曲线R1=KQ与流量Q成正比。
采用节流调节时的实际管网阻力曲线R2，工作点为B，流量QB，扬程HB。
采用变频调速且没有节流的特性曲线F2，理想工作点为C，流量QC，扬程HC;这里QB=QC。
按图1中所示曲线，要想用调速的方法将流量降到零，必须将变频器的频率也降到零，但这与实际情况是不相符的。
实际水泵变频调速时，频率降到30~35Hz以下时就不出水了，流量已经降到零。
2.3 变频泵与工频泵并联变频泵与工频泵并联运行时，由于工频泵出口压力大，变频泵出口压力小，因此怀疑变频泵是否会不出水？是否工频泵的水会向变频泵倒灌？3 以上分析的误区(1) 相似定律确实是风机水泵在理论分析当中的一条很重要的定律，它表明相似泵(或风机)在相似工况下运行时，对应各参数之相互关系的计算公式。
浅析变频调速电机节能技术
击 ，减少 电动机故 障率 ，延长使用奉命 ，同时 也降低 了对 电网的容量 要求和无功损耗 ，因此 为达到节能 目的推广使用变频 器已成为各地节 能工作部 门以及各单位节 能工作的重点。 以某 钢铁厂一号锅炉现有鼓风机和 引风机 各一 台 ，
分别配用 １ ６ ０ ｋ ｗ和１ ８ ５ ｋ Ｗ 电 机 ，风 量 分 别 在
变频 调速 技术 制造 业有 着非常 广 泛的运 缩机。主要原因在于节 电率百分 比相 同的情 况 用 ，因为采用该技术既对产量有着较大 的提 高 下装机容量愈大 ，其绝对节 电量也 愈大。对 风 作用 ，理论上提 高 ５ —１ ０ ％ 转速 是可行的 （ 主 机 、泵 、压 缩机而言 ，对应 电机输入功率 与流 要受电机轴承制约）。也可改善产 品质量 ，随 量 的关系的三次方成正 比，急系统调速前 后的
据悉 ，电机运 行 所消耗 的 电量大 约 占到 全世界用 电量的一半 以上。出于对起动冲击、 过载保护、 系统安全等处于对 电机保护的原因， 高效能的 电动机经常在低功率状态下运行，这 种“ 快马拉慢车”的情况工业生产中十分 常见 。 变频调速就 是通过 改变 电源频率调整 电动机转
着 电机速度的变化 ，在生产加工 中的 电机速度 调 节具有 调速跨度大、调节精度高、响应速度 快 的优点 ，相应的也就提高 了产品的质量 。最 后变 频调速 特别适宜使用于常规 电机功能无法 企 及的场合，由于变频技术 自动化程度高 ，易
速差成 正比，速 差越大 ，节能越显著 。除去机 械 损耗 、 电机 铜 、铁损 等 影响 ，节 能效 率 也 接近 ４ Ｏ ％。 由于采 用变 频器 还 可 以实现 电动 机 的软停止 、软起动 ，避免 了启动时的 电压冲
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。
变频调速在矿井风机中的节能效果分析
变频调速在矿井风机中的节能效果分析摘要：文章简要介绍了变频器的工作原理和控制方式，并对矿井的主通风机进行节能效果分析，分析了变频调速系统的优缺点。
变频调速技术不仅具有较好的调速性能，而且具有显著的节能效果。
但是变频器的使用也是有一定条件的，节能效果与不同机械设备的特性有关，盲目使用也会适得其反，应该对所有节能措施进行技术和经济比较，选出性价比最高的方案。
关键词：变频器；调速；U/f控制；节能效果分析中图分类号：U264.91+3.4 文献标识码：A 文章编号：Abstract: this paper briefly introduces the working principle and control of frequency converter way, and the Lord of the mine on the ventilator energy saving effect, analyzes the advantages and disadvantages of variable frequency speed regulation system. Frequency conversion technology not only has good performance of speed, but also has significant effect in energy saving. But the use of frequency converter is also a certain condition, energy saving effect and the different characteristics of the mechanical equipment, blindly use will backfire, should to all energy saving measures for technical and economic comparison, select the highest cost-effective solutions.Keywords: inverter; Speed; U/f control; Energy saving effect analysis一、前言变频调速技术是利用电力半导体器件的导通/关断作用，将工频电源变换为不同频率的电能控制装置，能实现对交流异步电动机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数,实现过流、过压、过载保护等功能。
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。
变频调速技术在水泵和风机应用中的节能分析
阀、截止阀等节流设备进行流量 、压力 、水位等信 号的控制 。这样 ，不仅造成大量的能源浪费 ，管
路、阀门等密封性能的破坏 ；还加速 了泵腔、阀体 的磨损和汽蚀 ，严重时损坏设备、影响生产、危及
２１年第３ ００ 期
速 一压力关 系 曲线如 图 １ 示 。 所
河 北 煤 炭
电机 节省 的功耗 为 Ａ、 ｐ。 Ｏ、 、
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
１ 综 述
通常 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 。而最 常用 的控制 手段 则是 调节风 门、挡板开 度 的大小来 调整受 控对
河 北 煤 炭
２１年第３ ００ 期
变 调 技 在 泵风 应 中节分 频 速 术 水 和机 用的 能 析
祁 雪来 ，乔矿 生
（ 中能源 井矿集团公司 ，河北 石家庄 冀 ０００ ５ １０）
摘 要 ：主要介 绍 了风机 、泵 类设备利用 变频调速 技术节 能 降耗 的分 析及 应用情况 。
｜ｅ’ 。 ｂ ｜ ｌ ｜ Ｕ
得 出 。其 中 ， 尸 ｐ、 Ｈ 、 、
统压力 升高到 鼠 ，这将对管路和阀门的密封性 能形 成 威 胁 和破 坏 ；而转 速 调节 时 ，系 统压 力 只 将 随泵 转 速 刀的降低 到 鼠 ，因 此 ，不 会 对 系 统 产 生不 良影响 。与此相 类似 的 ，如 果 采用变 频调 速技 术改变 泵类 、风机类设 备转 速来 控 制现 场压力 、温 度 、水位等其它过程控制参量 ，同样可以依据系统 控制特 性绘制 出关 系 曲线得 出上 述 的 比较 结果 。亦
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
探讨变频调速技术在水泵节能中的应用
低 压 通 用 变 频 输 出 电 压 为 ３０ ～ ６ ０ ８ ５ Ｖ， 输 出 功 率 为 ０７ ．５～４ ０ Ｗ， ０ ｋ 工作 频率为 ０～４０ ｚ 它的主 电路都采用交一直一 ０Ｈ ， 交电路 。变 频器对 电动机控 制是根 据 电动机的特性 参数及 电动机 运行要求 ，通过对 电动机 电压 、电流 、频率 进行控 制达 到满足 负 载的要求。 目前变频器对 电动机的控制方式大体可分为 Ｕｆ ／ 恒定控 制、 转差频 率控 制 、 量控制 、直接转矩控制 、非线性控制 。 矢
苣业研 夯
搽 讨 变 频 调 速 技 市 在 水 泵 节 鹾 巾的 应 用
刘玉彬 ／ 山市曹妃 句供水有限责任公 司 唐
［ 摘 要 ］本 文针对 变频调速在水 泵节能方面谈一些浅显的看法 ，仅供 同行参考 。 ［关键词 ］变频调速 水泵节能 特征 曲线 应用
变频调速 在泵与 风机 的节 能方面应 用广泛 ，但在实 际应用 中 １ 频调 速 与水 泵节 能 变 往往 南于对影 响其节能效 果 的因素考虑 不周 ，导 致选择 与使用存 水泵节 能离不 开工况 点的合 理调节 。其 调节方 式不外 乎以下 在着较 大的盲 目性 ，影 响其节能 效益 的发挥 。以水泵 为例 ，针对 两种 ： 路特性曲线的调节 ，如关阀调节 ；水泵特性曲线 的调节 ， 管 影响其调速范围 、 节能效果 的一 些主要因素 ， 进行 了分析 和探讨 ， 如水泵 调速 、叶轮切 削等 。在 节能效 果方 面 ，改变水 泵性 能曲线 在此基础上指出了变频调速的适用范 围。 的方法 ，比改 变管路 特性 曲线要显 著得 多。因此 ，改变水泵 性能
以此来 调节水 泵 。如果压 力值仍 达不 到要求 ， Ｌ Ｐ Ｃ和变频器 相互 配合 ，投 入多 台水泵运行 。在 目前 ，在众 多的 Ｐ Ｃ程序 编写时 ， Ｌ 般有 两种编 写方式 以控制 水泵 电机的运 行方式 ：第一种 方式为 首先投 入运行 的水泵 继续变 频运行 ，而后投 入的水 泵直接 切换 到 工频运行 ，按照此种方式依次投入多 台；另外一种方式与此相反 ， 将 首先运 行 的水 泵通过 Ｐ Ｃ与 变频器 断开 ，并将其 直接投人 到系 Ｌ 统 中，即切换 到工频 使用 ，相应 地 ，Ｐ Ｃ控制继 电器将 第二 台水 Ｌ 泵与变频器连接 ，变频器重新开始工作 ，由低到高进行频率调节 ， 即控制 电机转 速 ，直 至满足 需求 。当然 ，可根 据不 同的变频器 生 产产家所 提供 的变频 器性能 ，选用不 同 的控 制方法 。根据第二 种 ＰＣ Ｌ 控制方式 ， 同时 ， 照程序流程图 ， 对 详细介绍系统的运行过程。 在用水量不 大的时候 ，“ 号泵” 在变频器控制 下工 作。当用 １ 水 量增大 ，变频器进行 调节 ，当 “ 号泵 ”已经达 到额定 频率而水 １ 压仍然不足时 ，经过短暂 的延 时后 ，将 “ 号泵 ”投人到工频运行。 １ 与此 同时 ，变频 器 的输 出频 率被置 为零 ，然 后将 “ 号泵 ” 投 人 ２ 到变频运行。如果 “ 号泵 ” 也达 到额定频 率而水压仍然不中时 ， ２ 控 制器会做 “ ２号泵”切换 到工频工作 ，紧接着将 “ ３号泵 ”投入 到变频运行 ，依 次类推 。如果用水量减少时 ，则遵循 “ 先人先出” 的原则 ，即先运 行 的工频泵 先停 止。先从 “ 号 泵” 开始 ，依 次 １ 退 出工作 ，完成一次加减泵 的循环 。如图 ４所示 。
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节能技术讲座(六)第二讲水泵的并联运行分析(2)
些 ， 以获 得 好 的 并 联 效 果 。
一
般 的 供 水 系 统 都 采 用 多 台 泵 并联 运 行 的方 式 ，并 且
台 泵单 独 运 行 时 ：Ｑ ＝ ３ Ｌｓ （ｏ ％） ７ ０ ／ １ｏ
采用大小泵搭配使 用 ，目的是为 了灵活的根据流量决定开
泵 的 台数 ，降 低 供水 的 能耗 。供 水 高 峰 时 ，几 台大 泵 同时 运 行 ，以 保证 供水 流量 ；当供 水 负 荷 减 小 时 ，采 用大 小 泵
两 台 泵 关联 运 行 时 ：Ｑ ＝ ０ ／ １９ ２ １６ Ｌｓ（５ ％） １ 三 台 泵并 联 运 行 时 ：Ｑ ＝ ３ ０ ／ １６ １６ Ｌｓ（８ ％） 但 当 管路 性 能 曲线 方 程 为Ｈｃ ２ ＋ ０ Ｑ 时 （ ＝ ０ １０ ２ Ｑ的单 位 为 ｍ。 ）从 图２４ 查 出 ： ／ ， ｓ —可
一
比较 两 组 数 据 可 以 看 出 ：管路 性 能 曲线 越 陡 ，并 联 的
台数越多 ，流量增加的幅度就越小。因此 ，并联运行方式
适 用 于 管 路性 能 曲线 不 十 分 陡 的 场 合 ，且 并联 的 台 数 不 宜 过 多 。若 实 际 并联 管 路 性 能 曲线 很 陡 时 ，则应 采 取 措 施 ，
在 并 联运 行时 扬 程 低 的 泵 的 供水 流量 会 比单 泵 运 行 时减 小 很 多 。 当 管 网 阻力 曲线 变 化 时 ，容 易发 生 不 出 水 和 汽蚀 现
象。母管制运 行的水泵群 的母管压 力可 由下式求出 ：
』７ — １ ＝一
，
ＨＩ ＋Ｈ２ ＱＩ Ｑ２＋Ｈ３ ＋……＋所 Ｑｉ Ｑ３
一
搭配使用 ，合理控 制流量 ，晚上或用水低谷时 ，开一 台小 泵维持供水压力 。 多台并联运行的水泵 ，一般采用关死点扬程 （ 或最大扬
水泵风机节能计算
水泵风机节能计算节能是指在保持原有功能和服务质量不变的情况下，尽量减少能源的消耗。
水泵和风机是工业生产中常见的能耗设备，如何进行节能计算对于提高能源利用效率具有重要意义。
以下是关于水泵和风机节能计算的介绍。
一、水泵节能计算水泵是将电能转化为机械能，将液体从一处输送到另一处的设备。
水泵的节能计算主要涉及其效率和运行参数的分析。
1.水泵效率的计算水泵的效率是指其输出功率与输入功率之间的比值，通常用百分数表示。
计算水泵的效率需要知道以下几个参数：-水泵的流量（Q）：指单位时间内通过水泵的液体体积；-扬程（H）：指液体从进口到出口的高度差；-功率（P）：指水泵的输入功率。
水泵的效率（η）可以通过以下公式计算：η = P_out / P_in × 100%其中，P_out 是水泵的输出功率，即流量和扬程的乘积，可以通过以下公式计算：P_out = ρ × g × Q × H其中，ρ是液体的密度，g是重力加速度。
2.水泵的工作点计算水泵的工作点是指水泵在不同流量和扬程条件下的运行参数。
根据工作点的变化来调整水泵的运行状态，可以达到节能的目的。
水泵的工作点需要通过水泵的流量-扬程特性曲线来确定。
首先测量水泵在不同工况下的流量和扬程，然后将数据绘制在流量-扬程坐标系上，得到水泵的特性曲线。
根据实际工况来选择合适的工作点，以使水泵的效率最大化。
3.水泵的变频调速节能计算变频调速是一种调节水泵流量的常见方式。
它通过调节电机的转速来改变水泵的流量。
变频调速的节能原理是降低水泵的流量和扬程来减少水泵的功率消耗。
水泵的变频调速节能计算可以通过以下步骤进行：- 计算水泵在满负荷（额定流量和扬程）状态下的功率消耗（P_fullload）；- 计算水泵在变频调速状态下的功率消耗（P_variable）；- 计算变频调速的节能率（η_variable）：η_variable = (P_fullload - P_variable) / P_fullload × 100%风机是将电能转化为风能的设备，通常用于通风、排气和供氧等工作场所。
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。
风机水泵的变频调速异步电动机高效运行方法分析
风机水泵的变频调速异步电动机高效运行方法分析摘要：在我国经济发展中，风机水泵电动机发挥着重要的作用。
由于传统技术等方面因素的影响，风机水泵电动机在运行过程中存在着能源消耗严重、运行效率地等问题。
为了推动风机水泵电动机的发展，需要推动其高效运行方法的引用。
本文通过分析风机水泵电动机的应用现状，对其现有的运行方法的缺陷进行了研究。
同时，本文结合时代技术发展的特点，对风机水泵电动机高效运行的原理和方法要点进行探讨。
这些研究对风机水泵电动机的应用和未来发展有着重要的意义，有很好的现实价值。
关键词：风机水泵；电动机；高效运行引言风机水泵电动机是我国建设中广泛应用的一种通用类机械，在冶金、石化等领域扮演着重要的角色。
目前，我国在应用风机水泵电动机方面已经积累了比较丰富的经验，并形成了比较成熟的应用体系。
在应用中，风机水泵电动机有着应用灵活，应用面广等优点，其应用发展也受到了人们的广泛关注。
近年来，随着新技术的发展和应用，我国传统工业机械逐渐暴露出能源消耗严重的问题。
为了满足时代未来发展的需要，推动机械的高效运行，减少能源消耗成了人们关注的重点问题之一。
风机水泵电动机在应用过程中需要消耗大量的电能。
实现其高效运行对节能减排工作的开展有着重要的意义。
一、风机水泵电动机运行现存问题由于传统技术发展的不完善，风机水泵电动机在应用中存在着能源利用率低的问题。
考虑到我国能源供应的现状，推动该类电动机的高效运行成为了其未来主要的发展目标。
1.1 风机水泵电动机的应用现状风机水泵电动机是一种广泛应用在冶金、石化、电力、纺织等行业的通用类机械，在我国经济发展中起到了重要的作用。
为了充分发挥风机水泵电动机的作用，需要为其提供大量的电力能源。
由于传统电动机设计等方面的缺陷，在运行过程中该类电动机都存在着运行效率偏低的问题。
这些问题严重影响了其进一步的应用和发展。
现有资料表明，我国目前采用的风泵、水泵等每年消耗的电量占全国总发电量的20%。
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。
浅析变频调速技术在风机、泵类中的节能应用
助外力 ， 通 过夹 具将待 焊件 尽可 能实现 刚性 固 定， 从而有 效地
控制角变形 和弯 曲变形 。（ ２ ） 焊接过程 措施 。控制焊接 参数、 有 效选择焊接 顺序 、 加热 、 碾压 、 激冷 等方法 可实现对焊 接变形 的 控制 。比如 ， 铝合金焊接 时在焊枪两侧对 母体金属加热 ， 能够使 电弧金 属变形 减 小， 降低焊 缝 区域 的剪切应 变 ， 从 而实现 对焊 接 变形 的控 制。 激冷 方法也是控 制焊接变形非常有 效 的工艺方 法， 随焊激 冷能够显 著降低焊接残余 应力 ， 减 小焊接变形 。 在焊 接时， 尤其 是在 多道焊 接过 程 中， 焊 接顺 序 的选择对 残余 应力
制， 按 正弦规率排 列的脉冲 宽度为 了做 到正弦波输 出就需要输 出波形经过 适当的滤波 ，在支流 交流逆变器 中常常得到应用 。 三相 Ｓ Ｐ ＷＭ 是 使用 Ｓ Ｐ ＷＭ 模拟市 电的三相输 出，广泛 应用于 变 频器 领域 。空 间矢量 脉 宽调制 叫做 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 控制 ，它 作为 Ｐ ＷＭ 技术 调制 的方法 ，在 电机三 相定子 绕组 中时介 入 Ｐ ＷＭ 波， 促使 定子产生 圆形 的旋 转磁 场， 进 而带动电机旋转 。
通 过对焊接 变形 因素 和控制措施进 行分析 ， 我们可 以找到 多种实现焊接 变形控制 的方法 。但 是我们也很 容易发现 ， 每种 控 制措施都有一 定的局限性 。 那么在生产 中就要 求根据 自身 的 需求和条件选 择相应 的方法 ， 来实现对焊 接变形 的控 制。在控 制 措施 中， 相对成 熟和 广泛使用 的方法是 焊接前和焊接过 程焊 接变 形 的控制 ，而焊接后 的控制矫 正方法还不够 成熟和理想 。 对 于焊接过程 复杂的焊接 工艺来说 ， 分为 焊接前、 中、 后 ３个阶 段 是远远不够 的 ， 因此 寻找一种 有效 的控 制方法成为 日后 焊接 工 艺的一个重要研 究方向。
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座(四) 第一讲 风机变频调速节能技术(4)
变 频 运 行 时 的 电 动机 功 率 为 ：
Ｐ ｌ＝（ ｄ ／ ．２ ×０６ ０９ ｂ Ｐ １０５ ） ．０／．６＝４ ３ Ｗ ３ｋ
Ｈｚ 则 ：工 频 运 行 时 的 电 动 机 功 率 为 ： ，
Ｐ ＝ １７ ２×６× １ ５ｘ ０ ８ ｄｌ ．３ ０ ．６＝９ ８ Ｗ ３ｋ
节 约 的 电 功率 为 ： １０ —４ ３ ６ ｋ ０ １ ３ ＝５ ８ Ｗ 节 电率 为 ：５ ８ Ｗ／０ １Ｗ ＝５ ． ； ６ｋ １０ ｋ ６ ％ ７ （） 组 在７ ％额 定 负 荷（２ ＭＷ） 行 时 ，一 次 风 机 叶 ４机 ０ ４０ 运 片开 度 为４ ％ ， ３ 由表 ３ 查 得 风量 为 额 定 风 量 的 ５ ％ ， 可 ５ 电动 机 电流 为 １ ８ 由 表６ 查 得 功 率 约 为最 大 风 量 时 的４ ％ ， ０ Ａ， 可 ９ 此 时 一 次风 机 转 速 为５ ％额 定 转 速 ，频 率 为２ ．Ｈｚ 则 ： ５ ７５ ，
（） 组 在 ７ ％额 定 负荷 （２ ＭＷ ） 行 时 ，一次 风 机 叶 ４机 ０ ４０ 运
片开度为４ ％， ３ 由表 ３ 查 得 风 量 为 额定 风 量 的 ７ ．％ ， 可 ６５ 电
动机 电流 为１ ８ ， ０ Ａ 由表 ６ 查 得 功 率 约 为 额 定 风 量 时 的 可
６ ％ ， 时 一 次 风 机 转 速 为 ７ ．％额 定 转 速 ，频 率 为 ３ ． ４ 此 ６５ ８３
Ｐ ｌ＝ １ ３ ｄ ． ２× ６× １ ８× ０ ８ ７ １ ． ６＝ １ ５ ｋ ０５ Ｗ
变 频 运 行 时 的 电动 机 功 率 为 ：
Ｐ ｂｌ：（ ｌ０６ ） ．１ ０９ Ｐｄ ／ ．９ ×０８ ５／．６＝８ ８ｋ １ Ｗ
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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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