变频器在风机水泵中的应用

参考文献
例如，设风机一台，配用 ３０ ｋＷ 电机，实际工作
中风量 １２ ｈ 是全速，另外 １２ ｈ 是只需 ３０％ 。假设风
〔１〕 韩安荣．通用变频器及其应用 （第 ２ 版）．北京：机械
工业出版社．２００４．６．１．
量在 １００％ ￣３０％ 之间变化，电机全速供风量为 Ｑ ｎ，
〔２〕 张燕宾．变频调速应用实践（第 １ 版）．机械工业出版社．
水泵类负载可大量节能了解不够。全国风机、水泵 作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于
用电量占工业用电的 ６０％ 以上，如果能在这个领域充 满负荷状态。采用变频器直接控制风机、泵类负载
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 ＰＩＤ 调节
造业又严重缺电的国家，是兴国之策。随着电力电子 软件，直接调节电动机的转速保持恒定的水压、风
当电机在额定转速的 ７０％ 运行时，理论上其消耗 近年来，随着电力、电子技术的发展，变频技术越来
的功率为额定功率的 ７０％ ，即 ３４．３％ ，去除机械损耗、 越成熟，风机、泵类设备的变频改造已得到广大客户
电机铜、铁损等影响，节能效率也接近 ６５％ ，同时也可 的认同。
以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。
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，提高经
图 1 变频器驱动电机机械曲线图
88
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
节约的功率：Ｐｊ＝ （２７－ １０．４）ｋＷ ＝ １６．６ ｋＷ
依据风机和水泵流体机械来说明转速பைடு நூலகம்节能的 关系，流体机械的转速变化与其流量、压力和功率之 间的变化有如下的关系：
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
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，避免了启动时的电压冲
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
空载损耗为 ０．１（Ｙ ０≈ｃｏｓｎｔ）。 每 天 总 供 风 量 为 ６５％ ２００５．０３．
Ｑ ｎ，则全速 Ｐｐ＝ （３０－ ３０×０．１）ｋＷ ＝ ２７ ｋＷ 。
收稿：２０１０－ ８－ １８
⑴ 使用变频实际所耗功率：
Ｐ ｍ ２＝ （３０×０．１＋ （６５％ ３×２７）ｋＷ ＝ １０．４ ｋＷ
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
力与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成正 工操作，变手控为自控，可保证机械设备在最佳状态
比，流量、转速、压力、功率的关系见表 １。
下运行，安全可靠，系统的控制精度既可满足工况要
表 1 流量、转速、压力、功率的关系 %
求，又可大大提高设备的使用效率，是一项有效的节
流量 １００ ９０ ８０ ７０ ６０ ５０
式中，Ｑ １、Ｈ １、Ｐ１ 分别代表转速 ｎ１ 时的流量、 展的关键。采用变频调速不仅是生产机械自动化的
压力、功率；Ｑ ２、Ｈ ２、Ｐ２、分别代表转速 ｎ２ 时的流 重要手段，还能大量节约能源，大力推广变频调速将
量、压力、功率。即流量与转速的一次方成正比，压 加快企业的现代化的发展。变频调速技术取代了人
转速 １００ ９０ ８０ ７０ ６０ ５０
压力（扬程） １００ ８１ ６４ ４９ ３６ ２５
功率 １００ ７２．９ ５１．２ ３４．３ ２１．６ １２．５
能措施。变频调速技术保证了系统的高稳定性及可 靠性，节约能源，变频器用于风机、泵类调速取得显 著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高 了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大 大减少了设备维护、维修费用。直接和间接经济效 益十分明显，在我国，电能最大的用户是电机，约占总 耗的 ５０％ ，其中风机水泵耗电占全部电能的 ３０％ 。
的启停等方法。电气控制采用直接或 Ｙ － △启动，自 耦变压器启动等方式，不能改变风机的转速，无法具
ｎ＝ ６０ｆ（１－ ｓ）／ｐ 式中，ｎ－ 转速；ｆ－ 水泵电机的电源频率（Ｈ ｚ）；
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的难点。
１ 变频调速的节能意义
Ｐ－ 电机的极对数；ｓ－ 速差比。 由上式可知，改变电动机定子绕组的电源频率
我国 10 个有色金属新资源接续基地形成
我国已基本形成了 １０ 个新的可供国家规划和开发的资源基地。分别为藏中铜矿资源基地、滇西北有 色金属资源基地、新疆东天山有色金属资源基地、新疆罗布泊钾盐资源基地、北方可地浸砂岩型铀矿基 地、新疆阿吾拉勒铁矿基地、新疆乌拉根铅锌矿基地、西藏念青唐古拉山有色金属资源基地、新疆 － 青 海祈漫塔格有色金属资源基地和青海大场金矿资源基地。
ｆ，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。
变频器的调速不仅可实现电动机的软启动，且去
除了转子串电阻造成的能耗，具有十分明显的节能效
果；变频器调速控制电路简单，克服了接触器、电阻
器、绕线电机电刷等容易损坏的缺点，降低了故障和
事故的发生交流变频调速是交流电动机调速方法中
水泵中，大部分是额定功率运行，风机流量的设计均 对电网的容量要求和无功损耗。
以最大风量需求来设计，其调整方式采用档板、风 门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环控 制，也很少考虑省电。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
２ 变频调速的基本原理
变频调速的基本原理是根据交流电机工作原理 中的关系：
Ｑ ２＝ Ｑ １（ｎ２／ｎ１）
⑵ 如果电费按 ０．６ 元 ／ｋＷ ｈ 计算，每年节约的电 费：
１６．６ ｋＷ ×２４ ｈ×３６５×０．６ 元 ／ｋＷ ｈ＝ ８．７ 万元 由此情况可知，半年内可收回投资。
Ｈ ２＝ Ｈ １（ｎ２／ｎ１）２
４ 结束语
Ｐ２＝ Ｐ１（ｎ２／ｎ１）３
企业生产机械的自动化是现代化企业可持续发
变频器广泛应用于通用机械、冶金、轧钢、化工等 变频器的价格、质量、容量等因素的约束，没有得到
行业中交流电动机的无级调速，已明显取得节能效果 广泛应用。近年来随着 ＩＣ 产业的迅猛发展，变频器
并满足工艺和自动调速要求。但在风机、水泵应用 的价格大幅下降，可靠性增强，容量增大，变频器的使
领域仍没有得到充分应用。其主要原因是对风机、 用已成倍增长。 风机水泵类负载多是根据满负荷工
2011 年
新疆有色金属
87
变频器在风机水泵中的应用
李东 （新疆新鑫矿业股份有限公司喀拉通克铜镍矿 富蕴 836107）
摘 要 通过对变频器调速的原理探讨风机水泵使用变频器调速的节能。 关键词 变频器 调速 风机 水泵
目前，国内外许多电力拖动场合已将矢量控制的 济效益具有重要意义。但是，过去由于各种原因，如
来源：光明日报