风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座（一）作者：国家电力公司热工研究院自动化所徐甫荣
前言
我国是能源消费和生产大国，一方面是资源相对不足，尤其是石油、天然气资源匮乏；另一方面是能源利用效率低，且浪费严重，因而经济增长的质量和效益不高，且环境问题日益严重。大量的调查表明我国存在巨大的节能潜力，总节能潜力约为目前能源消费总量的30%～40%，各行各业都存在大量的技术上和企业财力上都可行的节能项目，但绝大多数至今还没有实施。
我国经济持续高速增长了30年。经济总量已达到世界第三位，国内生产总值、工业增长速度、固定资产投资都在高速增长。我国经济持续高速发展带动了能源工业的发展，而能源工业的发展，又成为经济发展的动力，是经济发展的基础。但是也带来了日益严重的环境问题，在世界144个国家和地区的“环境可持续发展指数”排序中，我国被排在133位，我国以煤碳为主的能源结构问题严重。由于向大气层中排放co2、so2、氮氧化物，有时阴霾，有时下些酸雨，离开了蓝天、白云、碧水、绿地的生态环境。能源的消耗带来了严重的环境问题。
图1 某300mw机组离心式一次风机的性能曲线
图2 某300mw机组动叶可调轴流式送风机的性能曲线
我国是“气候变化框架公约”的重要签约国，肩负着全球环境方面的责任，节能既解决能源紧张，相当于建设了能效电厂，又减少了污染，保护了环境，在降低能耗的同时，使我国的经济由粗放型向节约型转变，进而促进了经济的发展，既节能又促进、优化了经济、能源、环境。经济（economics）、能源（energy）、环境（environment）、节能（energy savi ng）是国民经济发展的四个重要的方面，称作4e。四者之间相互依存、相互需求、相互支持、相互制约，要求一个好的平衡。国民经济的发展要求能源相应发展，能源工业的发展促进了经济的发展，经济的发展、能源的消耗又导致大量的co2、so2、氮氧化物排放到大气层中，形成酸雨，温室效应。除了建立电厂以外（热电、水电、核电、风电、太阳能等，主要是热电），节能是能源开发的最好补充，相当于建设了能效电厂。对比热电，它洁净，又不需要煤，不需要运力，不排放co2、so2、氮氧化物等，因而我国政府确立了“开发和节约并重”的能源方针。
电动机系统节能工程是节能的重点工程之一。目前，我国各类电动机总装机容量约4.2亿k w，实际运行效率比国外发达国家低10%～30%。用电量占全国的总用电量的60%左右。“十一五”期间重点推广高效节能电动机、稀土永磁电动机；在煤炭、电力、有色、石化等行业采用高效节能电动机，实施对风机、水泵、压缩机系统的优化改造，推广变频调速、自动化系统控制技术，使运行效率提高2个百分点，年节电200亿kw·h。
图3 某600mw机组静叶可调轴流引风机的性能曲线
图4 某660mw机组动叶可调轴流式送送风机的性能曲线
电动机系统变频调速节能工程中，又首推负载为叶片式风机、水泵、压缩机的调速节能技术，因为叶片式风机、水泵、压缩机属于平方转矩型负载，即其轴上需要提供的转矩与转速的二次方成正比。风机、水泵、压缩机在满足流体力学的三个相似条件：即几何相似、运动相似和动力相似的情况下遵循相似定律；对于同一台风机（或水泵），当输送的流体密度ρ不变，而仅转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律：即流量与转速的一次方成正比；扬程（压力）与转速的二次方成正比；轴功率则与转速的三次方成正比。即：
；；
；
由于目前绝大部分风机水泵（压缩机）都采用风门挡板（阀门）调节流量，造成大量的节流损耗，若采用转速调节，具有巨大的节能潜力。直到上世纪七十年代，都采用机械调速或滑
差电机调速，但这属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗，并且驱动功率受到限制；到上世纪80年代，开始采用液力耦合器调速，并且突破了驱动功率的限制，向大功率方向发展，但它与滑差电机调速一样，属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗。直到上世纪90年代，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，变频器很快占领电动机调速市场，并向高压、大容量领域发展，使采用高压电动机驱动的风机、水泵、压缩机进行变频调速节能改造成为可能。进入新世纪以来，国产高压变频器生产企业如雨后春笋般的涌现，并且其质量和可靠性直逼进口产品，且价格低廉，服务周到，因此在很多领域大有取代进口产品的趋势。风机、水泵、压缩机变频调速节能改造的发展前景一片大好。
随着节能减排指标的层层落实，工业设备的节能改造已成为企业的自觉行动。为了帮助企业在确定节能改造项目时做到心中有数，使有限的改造资金取得最大的经济效益，改造前根据设备参数和运行工艺数据进行的节能估算（能效审计）就显得尤为重要；尤其是目前为了推动节能减排工作的全面推广，国家鼓励采用“合同能源管理”的模式实施节能改造工程，那么改造前的节能估算（能效审计）工作就成为重中之重了：因为它直接关系到“合同能源管理”实施企业的经济利益，甚至关系到“合同能源管理”项目的成败！
目前见到的变频调速节能改造项目的节能计算多有偏颇不实之处，这主要是缺乏理论指导和实践经验，而教科书上又缺乏系统的内容，致使大家各行其是，无所适从。当然也不排斥有些节能厂商为了推广其节能产品而误导用户，故意夸大节能效果；但是更多的则是由于没有掌握节能计算方法。
所以，根据长期以来从事风机、水泵、压缩机变频调速节能工程的实践，有责任将其总结成文，作为用户在节能改造时参考；同时也希望引起大家的讨论，以便形成共识。
图5 定速轴流风机和离心风机性能曲线重叠比较
(a)风机（当管路静压pst=0时）
(b)水泵（当管路静扬程hst≠0时）
图6 转速变化时风机(水泵)装置运行工况点的变化
第一讲风机变频调速节能技术
1 概论
风机与水泵是用于输送流体（气体和液体）的机械设备。风机与水泵的作用是把原动机的机械能或其它能源的能量传递给流体，以实现流体的输送。即流体获得机械能后，除用于克服输送过程中的通流阻力外，还可以实现从低压区输送到高压区，或从低位区输送到高位区。通常用来输送气体的机械设备称为风机(压缩机)，而输送液体的机械设备则称为泵。
2 风机的主要功能和用途
风机按工作原理的不同，可以分为叶片式（又称叶轮式或透平式）和容积式（又称定排量式）两大类。叶片式风机又可以分为离心式风机、轴流式风机、混流式风机和横流式风机；容积式风机又可以分为往复式风机和回转式风机，而回转式风机又可用分为罗茨风机和叶氏风机。
风机除按上述工作原理分类外，还常按其产生全压的高低来分类：
(1)通风机：指在设计条件下，风机产生的额定全压值在98pa～14700pa之间的风机。在各类风机中，通风机应用最为广泛，如火力发电厂中用的各种风机基本上都是通风机。
(2)鼓风机：指气体经风机后的压力升高在14700pa～196120pa之间的风机。
(3)压缩机：指气体经风机后的压力升高大于196120pa以上，或压缩比大于3.5的风机。
(4)风扇：指在标准状况下，风机产生的额定全压低于98pa的风机。这类风机无机壳，故又称自由风扇。
3 风机的性能参数
风机的基本性能参数表示风机的基本性能，风机的基本性能参数有流量、全压、轴功率、效率、转速、比转速等6个。
(1)流量：以字母q(q)表示，单位为（升）l/s、m3/s、m3/h 等。
(2)全压：风机的全压p表示空气经风机后所获得的机械能。风机的全压p是指单位体积气体从风机的进口截面1流经叶轮至风机的出口截面2所获得的机械能。风机全压的计算式为：
风机的全压等于风机的出口全压（出口静压和出口动压之和）减去风机的进口全压（进口静压和进口动压之和）。
(3)轴功率：由原动机或传动装置传到风机轴上的功率，称为风机的轴功率，用p表示，单位为kw。
式中：
q——风机风量（m3/s）；
p——风机全压 (kpa)；
ηr——传动装置效率；
ηf——风机效率；
ηd——电动机效率。
电动机容量选择：
(4)效率：风机的输出功率（有效功率）pu与输入功率（轴功率）p之比，称为风机的效率或全压效率，以η表示：
(5)转速：风机的转速指风机轴旋转的速度，即单位时间内风机轴的转数，以n表示，单位为r/min（rpm）或s-1（弧度/秒）。
(6)比转速：风机的比转速以ny表示，用下式定义：
作为性能参数的比转速是按风机最高效率点对应的基本性能参数计算得出的。对于几何相似的风机，不论其尺寸大小、转速高低，其比转速均是一定的。因此，比转速也是风机分类的一种准则。
4 风机的性能曲线
图1所示为300mw火电机组离心式一次风机性能曲线，该风机为进口导叶调节，图中0o 为调节门全开位置，负值为调节门向关闭方向转动的角度；图中虚线为等效率线。图2所示为300mw火电机组动叶可调轴流式送风机性能曲线，图中虚线为等效率线，0o代表设计安装角，负值为动叶片从设计安装角向关闭方向转动的角度，正值则相反。
由图1、图2可见，风机性能曲线呈梳状，随着风门（动叶片）开大，风机的出口风量和风压都沿阻力曲线增大，其等效率曲线是一组闭合的椭元。这一点是与水泵的性能曲线不同的。图2、图4所示是典型的动叶可调轴流式风机的性能曲线。由图2可见，动叶可调轴流式风机叶片的安装角可在最小安装角到最大安装角之间从0～100%调节，随着叶片安装角的增大，风机沿阻力曲线方向风量和风压同时增大，反之则同时减小。100%锅炉负荷（b-mcr）时，叶片开度为70%左右，相对于安装角＋50；100％汽轮机负荷（thb）时，叶片开度为6 5%左右，相对于安装角00；这两个点应在风机的最高效率区内。但是在锅炉设计时，由于无法精确计算锅炉风道的阻力曲线（图2中上面一条是双风机运行时的阻力曲线，下面一条则是单风机运行时的阻力曲线），因此所选用的风机性能曲线不能保证b-mcr点和thb点在高效区内，从而就降低了风机的运行效率，有时甚至可达20%～30%！轴流式风机叶片的安装角过大或过小，都会使风机的运行工况点偏离高效点，降低风机的运行效率。
为了将两种风机的性能进行比较，图5所示为定速轴流风机和离心风机性能曲线的重叠。由图5可见，离心式风机的最高效率在进口调节门的最大开度处，等效率线和锅炉阻力曲线接近垂直，效率沿阻力线迅速下降。能满足tb点（锅炉风机设计点），而100%mcr点（锅炉满负荷连续运行点）在低效率区，变工况时效率则更低，其平均运行效率比动叶可调的轴流风机要低得多。如采用转速调节，可将风门开到最大，使风机在高效区运行，而通过改变风机的转速达到控制风量的目的，风机将在很大的范围内维持高效运行，从而达到节能的目的。
而动叶可调的轴流式风机的等效率线与锅炉的阻力曲线接近平行，高效率范围宽，且位置适中，因而调节范围宽。锅炉设计点（tb）与最大连续运行工况点（100%mcr）相比，流量约大15%～25%，压力约高30%～40%。在满足锅炉设计点条件下，100%mcr工况点位于高效区，平均运行效率高，单风机运行时可满足锅炉60%～80%负荷。就运行效率而言，动叶可调的轴流式风机是除变转速调节外的风机最佳调节方式。
如采用转速调节，可将风机的安装角固定在高效区，而通过改变风机的转速达到控制风量的目的，风机将在很大的范围内维持高效运行，从而达到节能的目的，但是由于这时的调速范围小，节能效果也就差。所以也可以将风机的安装角调到最大，这样虽然会降低一些运行效率，但是却大大增加了调速范围，而风机轴功率的下降是与转速的三次方成正比的，所以功率的降低远大于效率的下降，采用这种运行方式能取得更大的节能效果，详见下面具体工程案例的计算结果。
5 风机拖动系统的主要特点
叶片式风机水泵的负载特性属于平方转矩型，即其轴上需要提供的转矩与转速的二次方成正比。风机水泵在满足三个相似条件：几何相似、运动相似和动力相似的情况下遵循相似定律；对于同一台风机（或水泵），当输送的流体密度ρ不变仅转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律：流量与转速的一次方成正比；扬程(压力)与转速的二次方成正比；轴功率则与转速的三次方成正比。即：
风机与水泵转速变化时，其本身性能曲线的变化可由比例定律作出，如图6所示。因管路阻力曲线不随转速变化而变化，故当转速由n变至n＇时，运行工况点将由m点变至m＇点。应该注意的是：风机水泵比例定律三大关系式的使用是有条件的，在实际使用中，风机水泵由于受系统参数和运行工况的限制，并不能简单地套用比例定律来计算调速范围和估算节能效果。
当管路阻力曲线的静扬程（或静压）等于零时，即hst=0（或pst=0）时，管路阻力曲线是一条通过坐标原点的二次抛物线，它与过m点的变转速时的相拟抛物线重合，因此，m与m＇又都是相似工况点，故可用比例定律直接由m点的参数求出m＇点的参数。对于风机，其管路静压一般为零，故可用相似定律直接求出变速后的参数；而对于水泵，其管路系统的静压一般不为零，故对于每一个工作点，都要经过相似折算后，才能用比例定律的三个公式求出变速后的参数。
作者简介
徐甫荣（1946-）男，1970年毕业于西安交通大学电机工程系发电厂电力网及电力系统专业，后在西安电子科技大学攻读硕士研究生。毕业后在国家电力公司热工研究院自动化所工作，任总工程师，教授级高工，现为深圳市科陆变频器公司工程技术总监，享受国家特殊津贴的专家。主要从事火电厂热工自动化和交直流电机调速拖动及节能技术的研究工作，在国内外各类学术刊物上发表论文五十余篇，专著“高压变频调速技术应用实践”等两本。
参考文献(略)
（未完待续）
（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。请预览后才下载，期待您的好评与关注！）
风机变频调速节能改造的分析及计算 张恒谢国政张黎海 （昆明电器科学研究所，云南昆明 650221） 摘要：以变频调速改造来达到调节工业工程所需风量成为目前实现电机节能的一种主要途径。当我们进行变频节能改造时，投入和收益是必须认真考虑的，收益就涉及到节能量的计算。在变频器未投运之前，计算节能量是比较困难的。本文通过分析变频节能的原理，介绍了针对阀门及液力耦合器调节流量系统的变频改造的节能估算的一些思考及方法。 关键词：风机变频节能原理调速节能阀门液力耦合器节能估算 一、 引言 在工业生产、发电、居民供暖（热电厂）和产品加工制造业中，风机水泵类设备应用范围广泛。其电能消耗和诸如阀门、挡板、液力耦合器等相关设备的节流损失以及维护、维修费用约占到生产成本的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，以及能源的危机，节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。变频调速因其调速效率高，力能指标（功率因数）高，调速范围宽，调速精度高等优势，又可以实现软起动，减少电网的电流冲击及设备的机械冲击，延长设备使用寿命，对于大部分采用笼型异步电动机拖动的风机水泵，变频调速不失为目前最理想的调速节能方案。 由于电机的电流的大小随负载的轻重而改变,也即电机消耗的功率也是随负载的大小而改变，因此要想精确地计算系统的节能量是困难的，这在一定程度上影响了变频调速节能改造的实施。
二、 变频器节能的调速实质和原理 节约能源最根本的方法就是要提高能源的利用率，所谓的“节能”，不仅仅是节省能耗，还包括不浪费能源，用一句最简单的话说就是：“需要多少，就提供多少!” 变频器本身不是发电机。在变频器应用到风机等平方转矩负载的工业场合中，其节能原因不是由变频器本身带来的，而是通过变频器的调速特性来减小风机输出流量以适应工况中实际所需流量。 叶片式风机水泵的负载特性属于平方转矩型，即负载的转矩与转速的二次方成正比。风机水泵在满足三个相似条件：几何相似、运动相似和动力相似的情况下遵循相似定律；对于同一台风机（或水泵），当输送的流体密度ρ不变仅转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律：流量 (Q)与转速(n)的一次方成正比；扬程（压力）H 与转速的二次方成正比；轴功率 (P)则与转速的三次方成正比。即： ''n n Q Q = ; 2''(n n H H = 2''(n n p p = ; 3''(n n P P = 当风机、水泵的转速变化时，其本身性能曲线的变化可由比例定律作出，如图1所示。因管路阻力曲线不随转速变化而变化，故当流量由Q1变至Q2时，运行工况点将由A 点变至C 点。 图1风机流量、压力特性
风机水泵节能分析 LH-300型节电装置，是我公司研制生产的具有国内领先水平的最新一代中低压电动设备专用节电产品，它是目前独具特色的高智能化节电装置，可广泛用于水泵、风机、电机、制冷机、空压机、注塑机、中央空调系统等电动设备。该产品是集国际先进的可编程技术、变频技术、智能化控制技术为一体，采用专门设计的节电控制软件和节能波形，自动调节电动设备的供电参数并进行优化控制，使系统始终保持在最佳经济运行状态，最大限度的节约电能，从而达到减少电费开支的目的。 1、节电原理：当电动设备处于空载、半载、轻载、满载、超载时，通过主板控制系统，根据负载的工作状态，变频调速动态调整供给电动设备的电压、电流、有功量、无功量、频率、功率、功率因数等达到转距与负载精确匹配，使电动设备保持在最佳、最经济的运行状态。 2、设备保护 1）、节电装置本身具有软启动功能，能使电机在设置好的V/F曲线上平滑调速和起制动，保持V/F比值基本不变，这样在相当小的电流下也能达到高启动转距，保持设备正常启动，启动电流的降低，可以消除高启动电流对设备的冲击，使齿轮和传动带平稳运转，延长其使用寿命。 2）、节电装置具有完善的故障诊断系统和保护功能，其内部设有电子过热过载继电器能根据节电装置输出电流/频率时间的模拟来监视电动机的缺相、过压、过流、过载及过热，及时停止节电装置输出，保护电动机免遭过热烧毁。 3）、节电装置对电源方面的过压、欠压、缺相等进行检测并显示，可帮助维修人员及时找到故障点。 4）、可通过对载波频率的设置，有效的减少电机噪声，减少电机漏电流。 3、节电装置带有市电（正常用电，非节电状态）和节电的转换装置，当节电状态出现故障时，将开关打到市电状态，生产设备仍可正常运转，对生产不会产生影响。 低压风机水泵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，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，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％，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，浪费严重，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，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用节电装置后，由于节电装置内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，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重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动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。而使用节能装置后，利用变频技术的软启动功能将使启动电流从零开始，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。节省了设备的维护费用。 系统特点： 1．输入功率因数高，在整个速度范围内典型值为95%或更高，电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置 2．输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，可接普通电机，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片的机械震动，输出线可以长达100米 3．标准操作面板配置或LED屏操作界面 4．功率电路模块化设计，如果需要，可在数分钟内更换损坏的模块，维护简单 5．完整的故障检测电路，精确的故障报警保护
一、变频调速技术的作用和节能原理 1、变频节能： 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。电机不能在满负荷下运行，除达到动 力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的 浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同 时节约电能。 当电机转速从 N1 变到 N2时，其电机轴功率（P）的变化关系如下： P2／ P1 = （N2/N1）3 ，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。 2、动态调整节能： 迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有 5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。 3、通过变频自身的V/F功能节电： 在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。 4、变频自带软启动节能： 在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收 7 倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可从0 -- 电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。 5、提高功率因数节能： 电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用。对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。 采用变频节能调速器后，由于其性能已变为： AC－－ DC －－AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗 根据负载转速的变化要求，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的，以获得合理的电机运行工况。在不同的转速情况下，均保持较高的运行效率，不仅降低了电能消耗，同时能改善启动性能，保护电机及负载设备免受瞬
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 变频调速技术在水泵控制系统中的应用 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-8521-58 变频调速技术在水泵控制系统中的 应用 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 变频调速（ＶａｒｉａｂｌｅＶｅｌｏｃｉｔｙＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ节能技术是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。自８０年代世界各国将其投入工业应用以来，它显示出了强劲的竞争力，其应用领域也在迅速扩展。现在凡是可变转速的拖动电机，只要采用该项技术就能取得非常显著的节能效果。国家科委十分重视这一技术的推广工作，已在１９９５年将其列入国家级重点推广的科技成果项目。 随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约４２００万台，装机容量约１．１亿千瓦。但系统实际运
风机的变频调速节能改造的分析及计算 摘要：以变频调速改造来达到调节工业工程所需风量成为目前实现电机节能的一种主要途径。当我们进行变频节能改造时，投入和收益是必须认真考虑的，收益就涉及到节能量的计算。在变频器未投运之前，计算节能量是比较困难的。本文通过分析变频节能的原理及分析，介绍了针对阀门及液力耦合器调节调节流量系统的变频改造的节能估算的一些思考及方法。 关键词：风机变频节能原理调速节能阀门液力耦合器节能估算一、引言 在工业生产、发电、居民供暖（热电厂）、和产品加工制造业中，风机水泵类设备应用范围广泛;其电能消耗和诸如阀门、挡板、液力耦合器等相关设备的节流损失以及维护、维修费用约占到生产成本的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，以及能源的危机，节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。变频调速因其调速效率高，力能指标（功率因数）高，调速范围宽，调速精度高等优势，又可以实现软起动，减少电网的电流冲击及设备的机械冲击，延长设备使用寿命，对于大部分采用笼型异步电动机拖动的风机水泵，变频调速不失为目前最理想的调速节能方案。 由于电机的电流的大小随负载的轻重而改变,也即电机消耗的功率也是随负载的大小而改变，因此要想精确地计算系统的节能是困难的，在一定程度上影响了变频调速节能改造的实施。本文通过分析变频节能的原理及分析，介绍了针对阀门及液力耦合器调节调节流量系统的变频改造的节能估算的一些思考及方法。 二、变频器节能的调速实质和原理 节约能源最根本的方法就是要提高能源的利用率，所谓的“节能”，不仅仅是节省能耗，还包括不浪费能源，用一句最简单的话说就是：“需要多少，就提
■风机水泵工作特性 风机水泵特性： H=H0-(H0-1)*Q2 H－扬程 Q－流量 H0－流量为0 时的扬程 管网阻力： R＝KQ2 R－管网阻力 K－管网阻尼系数 Q－流量 注：上述变量均采用标准值，以额定值为基准，数值为1 表示实际值等于额定值风机水泵轴功率P： P= KpQH/ηb P－轴功率 Q－流量； H－压力； ηb－风机水泵效率； Kp－计算常数； 流量、压力、功率与转速的关系： Q1/Q2 = n1/n2; H1/H2 =（n1/n2）2; P1/P2 =（n1/n2）3 ■变阀控制 变阀调节就是利用改变管道阀门的开度，来调节泵与风机的流量。变阀调节时，泵或风机的功率基本不变，泵或风机的性能曲线不变，而管道阻力特性曲线发生变化，泵或风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的工作点。 ■变频控制 变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变工作点，变速调节中没有附加阻力，是比较理想的一种调节方法。通过变频器改变电源的工作频率，从而实现对交流电机的无级调速。泵和风机采用变速调节时，其效率几乎不变，流量随转速按一次方规律变化，而轴功率按三次方规律变化。同时采用变频调节，可以降低泵和风机的噪声，减轻磨损，延长使用寿命。 ■节能计算示例 假设电动机的效率＝98% IPER 高压变频器的效率=97%（含变压器） 额定风量时的风机轴功力：1000kW 风机特性：风量Q 为0 时，扬程H 为标么值，以额定值为基准) ；设曲 线特性为H=年运行时间为：8000 小时 风机的运行模式为：风量100%，年运行时间的20% 风量70%，年运行时间的50% 风量50%，年运行时间的30% 变阀调节控制风量时 假设P100 为100%风量的功耗，P70 为70%风量的功耗，P50 为50%风量的功耗 P100=1000/ = 1020kW P70=1000 x x = 860kW P50=1000 x x = 663kW
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). 声明：上海津信电气有限公司拥有此篇技术文档的所有权，任何人如需转载，必须表明出处。
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： φπη η ????? =?? =d D A v m v m v v v q 流速公式： 60 π ??= n D v m 式中： q v ——体积流量，s m 3 ； η v ——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v m 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 ； v m ——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：22 1 v 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 P v e ???=ρ 或 风机： P q P v e ?= 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： P e ——有功功率，w ； ρ——流体质量密度，m Kg 3 ；
概述 在许多情况下, 使用变频器的目的是调速, 尤其是对于在工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说, 设计选型往往以最大工况来选。与实际的工况存在较大的可调整空间。在运行中根据实际运行需要，按照流量、杨程等调节电动机的转速，从而改变电动机的输出转矩和输出功率，以代替传统上利用挡板和阀门进行的流量和扬程的控制, 节能效果非常明显。同时分析变频器在选型、应用中的注意事项。 1变频调速原理 三相异步电动机转速公式为: 式中：n-电动机转速，r/min； f-电源频率，Hz； p-电动机对数 s-转差率, 从上式可见交流电动机的调速可以概括为改变极对数，控制电源频率以及通过改变参数如定子电压、转子电压等使电机转差率发生变化等几种方式。变频器效率维持在94%~96%，变频调速是一种高效率、高效能的调速方式，使异步电动机在整个工作范围内保持正常的小转差率下运转，实现无极平滑调速。 1.1变频工作原理 异步电动机的额定频率称为基频，即电网的频率，在我国为50Hz。电机定子绕组内部感应电动势为 式中-定子绕组感应电动势，V； -气隙磁通，Wb； -定子每相绕组匝数； -基波绕组系数。
在变频调速时，如果只降低定子频率，而定子每相电压保持不变，则必然会造成增大。由于电机制造时，为提高效率减少损耗，通常在，时，电动机主磁路接近饱和，增大势必使主磁路过饱和，将导致励磁电流急剧增大，铁损增加，功率因素降低。 若在降低频率的同时降低电压使保持不变则可保持不变从而避免了 主磁路过饱和现象的发生。这种方式称为恒磁通控制方式。此时电动机转矩为 π 式中-电动机转矩，N.m； —电源极对数； —磁极对数； —转差率； —转子电阻； —转子电抗； 由于转差率较小，则有 其中 由此可知：若频率保持不变则；若转矩不变则； 电动机临界转差率其中 电动机最大转矩=常数 最大转速降=常数 由此可知：保持常数，最大转矩和最大转矩处的转速降落均等于常数， 与频率无关。因此不同频率的各条机械特性曲线是平行的，硬度相同。
变频调速器的节能节电技术原理及其应用技术 什么叫变频调速技术，它是一种以改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的的技术。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大范围来分，电机有直流电机和交流电机。过去的调速，多数用直流电机，由于直流机调速容易实现。但直流机固有的缺点：滑环和碳刷要经常拆换，给人们带来太大的麻烦。因此有人就想，如果把可靠简单的笼式交流电机用来调速那该多好！因而就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速、液力偶和调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步机、这些都是交流电机。 到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流机来说最好的变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。因而说变频调速是时代的产物，只有在技术高度发展的今天，才能实现。为什么说它是基于电力电子、微电子、信息技术发展的产物？一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高的SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT等电力电子器件来完成的。什么叫逆变：就是直流变交流（DC－AC）那么交流变直流就叫整流（AC －DC）。二是它的控制部分和负载状态的检测是由CPU（32位计算机）来完成，这是微电子器件发展的结果。三是内置4－20mA 接口和RS485 接口可以和仪表、DCS 相接，通过总线Profibus、Interbus 通讯。 调速节能原理从二个方面来说明： 1、风机水泵的节电原理就是用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量，这是一个节电的有效途径。在用档风板控制额定风量Q1=100%输出时，则轴功率N1与面积AH1 OQ1成正比，若风量减半Q2 =50%输出时，则轴功率N2与面积BH2 OQ2成正比，它比N1减少不多，这是因为需要克服档风板阻力增大风压所致。如果采用调速控制同样风量减半输出时，转数由n1降至n2，按风机参数比例定律画出n2时的特性曲线，C点为新的工矿点，这时轴功率N2与面积CH3OQ2成正比，在满足同样风量Q2情况下，轴功能降低很多，节省的功率耗损△N与面积BH2H3C成正比，可见节电效果十分显著。 2、流体力学的观点 流量∝转速，压力∝转速^2，轴功率∝转速^3，若转速下降20%，则功率下降到51.2% ；若转速下降50%，则轴功率下降到12.5% ，即使考虑调速装置本身的损耗等因素，节电也是相当可观的。 为此，许多行业、如钢铁、有色、石油、石化、化工、纺织、机械、电力、建材、医药、煤炭、造纸、卷烟、酒店、自来水等行业都在许多设备中采用交流电机变频调速技术，产生节电及增产的效果，下面举几个例子： 实例1、空调类负载
财富广场中央空调水泵变频节能改造方案 一、概况 财富广场的中央空调主机为2台开利离心式水冷机组，制冷量700USRT，蒸发器流量为423.4M3/H，冷凝器流量为507.6M3/H；空调系统全年制冷平均开机月12个月，夏季每天运行12小时，秋冬季每天运行5小时，年累计运行3000小时。 配套冷冻泵为55KW 2台，流量450 M3/H，扬程32米，采用1用1备的工作方式，已安装了变频（50Hz运行，仅起软启动作用）；配套冷却泵为75KW 2台，流量750 M3/H，扬程28米，采用1用1备的工作方式，目前没有安装变频；多数时间内冷冻泵、冷却泵的进出水温差一般在3-5℃左右。 从初步了解的数据可以看到，该空调系统的设计工况偏离最佳工况点，主机能耗、水泵能耗增大，对冷冻和冷却水泵进行变频节能改造，合理调节水系统流量，使主机运行在最佳工况，保证中央空调系统在制冷负荷变化时，自动跟随、动态调节，可以有效实现系统主机和水泵的整体节能。 二、中央空调系统的设计依据 一般来说，中央空调系统的最大负载能力是按照天气最热，负荷最大的条件来设计的，存在着很大宽裕量，但实际上系统极少在这些极限条件下工作，根据有关资料统计，空调设备97%的时间运行在70%负荷以下波动，所以实际负荷总不能达到满负荷，特别是冷气需求量少的情况下，主机负荷量低，为了保证有较好的运行状态和较高的运行效率，主机能在一定范围根据负载的变化加载和卸载，但与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵却仍在高负荷状态下运行，（泵功率是按峰值冷负荷对应水流量的1.2倍选配）这样会带来以下一系列问题： 1.水流量过大使冷水系统进水和回水温差降低，恶化了主机的工作条件、引 起主机热交换效率下降，造成额外的电能损失。 2.由于水泵压力过大，通常都是通过调整管道上的阀门开度来调节冷却水和
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。 交—直—交变频器，主要由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成。
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。而比例定律是相似定律作为特例演变而来的。即两台完全相同的泵在相同的工况条件下，输送相同的流体，且泵的直径和输送流体的密度不变，仅仅转速不同时，水泵的流量、扬程和功率与转速之间的关系。 (2) 在风机单机运行时，风门挡板不变且温度和密度不变时，管网阻力只与风机的流量有关，阻力系数为常数。因此其运行工况与标准工况相同，可以应用比例定律。但在风机并联运行时，由于出口风压受其它风机的风压的影响，出口流量也与总流量不同，造成工况变化，因此比例定律已经不再适用了。 (3) 相似定律在引风机中，如果挡板不变但介质温度和密度发生了变化时，作为特例，其形式也发生了变化，与上述比例定律不同，必须进行温度或密度的修正。 (4) 在水泵方面，比例定律仅适用于水泵的出水口和进水口之间没有高度差，即没有净扬程的情况。比如在没有落差的同一水平面上远距离输水，水泵的输出扬程(压力)仅用来克服管道的阻力，在这种情况下，当转速降到零时，扬程(压力)也降到零，流量也正好降到零，这是理想的水泵运行工况。图1中工作点A和C就完全适合这种工况，可以使用比例定律。 (5) 但实际水泵运行工况不可能达到理想工况，水泵的出水口和进水口之间是有高度差的，有时还很大。在水泵并联运行时，水泵的出水口压力还要受到其它水泵运行压力的影响。并联运行的泵要想出水，水其扬程必须大于其他水泵当时的压力。水泵出口流量并不是总管网流量，总管网流量为所有运行的水泵的流量和。由于管网总流量增大和阻力增大，因此并联运行的水泵扬程更高，工况发生变化，因此比例定律在此也不再适用。 4 单台水泵变频运行的图解分析 (1) 单台水泵变频运行分析的关键，在于水泵进出口水位的高度差，也就是水泵的净扬程H0。水泵的扬程只有大于净扬程时才能出水。因此管网阻力曲线的起始点就是该净扬程的高度，见图2。
变频器节能节电原理及其应用 什么叫变频调速技术，它是一种以改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的的技术。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大范围来分，电机有直流电机和交流电机。过去的调速，多数用直流电机，由于直流机调速容易实现。但直流机固有的缺点：滑环和碳刷要经常拆换，给人们带来太大的麻烦。因此有人就想，如果把可靠简单的笼式交流电机用来调速那该多好！因而就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速、液力偶和调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步机、这些都是交流电机。 到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流机来说最好的变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。因而说变频调速是时代的产物，只有在技术高度发展的今天，才能实现。为什么说它是基于电力电子、微电子、信息技术发展的产物？一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高的 SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT等电力电子器件来完成的。什么叫逆变：就是直流变交流（DC－AC）那么交流变直流就叫整流（AC－DC）。二是它的控制部分和负载状态的检测是由CPU（32位计算机）来完成，这是微电子器件发展的结果。三是内置4－20mA 接口和 RS485 接口可以和仪表、DCS 相接，通过总线Profibus、Interbus 通讯。 调速节能原理从二个方面来说明： 1、风机水泵的节电原理就是用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量，这是一个节电的有效途径。在用档风板控制额定风量Q1=100%输出时，则轴功率N1与面积AH1 OQ1成正比，若风量减半Q2 =50%输出时，则轴功率N2与面积BH2 OQ2成正比，它比N1减少不多，这是因为需要克服档风板阻力增大风压所致。如果采用调速控制同样风量减半输出时，转数由n1降至n2，按风机参数比例定律画出n2时的特性曲线，C点为新的工矿点，这时轴功率N2与面积CH3OQ2成正比，在满足同样风量Q2情况下，轴功能降低很多，节省的功率耗损△N与面积BH2H3C成正比，可见节电效果十分显著。 2、流体力学的观点 流量∝转速，压力∝转速^2，轴功率∝转速^3，若转速下降20%，则功率下降到 51.2% ；若转速下降50%，则轴功率下降到12.5% ，即使考虑调速装置本身的损耗等因素，节电也是相当可观的。 为此，许多行业、如钢铁、有色、石油、石化、化工、纺织、机械、电力、建材、医药、煤炭、造纸、卷烟、酒店、自来水等行业都在许多设备中采用交流电机变频调速技术，产生节电及增产的效果，下面举几个例子： 实例 1、空调类负载 家庭用空调只有0.5HP、1HP、2HP、3HP等，而工厂和宾馆的空调容量要大的多，节电明显。 北京丽都假日饭店动力中心是一个集中供冷、供热的工厂，安装有 20吨/小时蒸汽锅炉3台，300万大卡溴化锂制冷机4台，负责动力厂周围的丽都假日饭店、燕翔饭
浅谈水泵变频调速节能 摘要：水泵采用变频调速控制，节能效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。本文就变频调速原理、水泵变频调速节能原理和节能效果方面，进行了一定 阐述，供大家参考。 关键词：节能；调速；变频器；水泵 1、引言 随着环境、能源形势的日益严峻，国际、国家的环境、能源政策法规越来越 严厉，近年来国家出台了一系列相关政策，鼓励各企事业单位采用低能耗产品， 采取积极手段进行节能技术改造。 据统计风机、水泵每年耗电量约占全国用电量的31%，占全国工业用电量的40%～45%。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中 的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择 得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此， 搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。特别是把用挡板 和节流阀调节风量、流量的控制改为转速控制，可节省大量电能。 2、变频调速的原理 交流异步电动机（以下简称电动机）的转速为 式中 n——电动机转速，r/min n0——电动机同步转速，r/min p——电动机极对数 s——转差率 f——电源频率，Hz 因此，电动机的调速可以概括为改变极对数，控制电源频率以及通过改变某 些参数如定子电压、转子电压等使电机转差率s发生变化等几种方式，这样交流 电机就有很多不同的调速方法。其中变频器就是基于改变控制电源频率来对电机 进行调速。 3、水泵变频调速节能原理 在生产中，许多设备的能耗都与电机的转速有关，其中风机、水泵最为突出，这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件，如最大流量和扬程进行 选择的，但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多，如果所用的电 动机是不能调速的，通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会 造成很大的能量损耗，如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要 的流量减少时，电动机的转数降低，消耗的能量将会明显减少。 图1 水泵的特性曲线 图1为水泵调速时的特性（H－Q）曲线。用阀门控制时，当流量要求从减小到，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从移到，扬程则从上升到，运行工况点从A点移到B点。 用调速控制时，当流量要求从减小到（这里=），由于阻力曲线不变，泵的特 性取决于转速。如果把速度从（为工频对应的转速）降到（为频率对应的转速），运行工况点则从A点移到C点，扬程从下降到。 根据离心泵的特性曲线公式：
变频器的节能技术分析 三相交流电机的结构简单、运行可靠、价格低廉，在冶金、建材、矿山、 化工、纺织、橡胶、机械等工业领域发挥着巨大作用。三相电机调速系统的种 类很多，但效率最高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态 性能的交流调速系统来取代直流调速系统。变频调速是以变频器向交流电机供电，实现对交流电机的宽范围内无级调速。变频器可把固定电压、固定频率的 交流电变换为可调电压、可调频率的交流电。变频调速代替直流电机，能够降 低成本，提高运行的可靠性，变频调速可使每台电机节能30%-----70%，而且 在恒转矩条件下，能降低轴上的输出功率，既提高了电机效率，又可获得节能 效果。 那么变频器中应用的PWM 和PAM 的不同点是什么?PWM 是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。PAM 是英文PULSE Amplitude Modulation(脉冲幅度调制)缩写,是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度,以调节输出量值和波形的一种调制方式. 其次变频器的电压型与电流型有什么不同?变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路的滤波是电感。 然后变频器的电压与电流成比例的改变，异步电动机的转矩是电机的磁通与 转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降 低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电 压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通 保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
水泵变频调速节能技术 目录 第一节概论 1.1 水泵的要紧功能和用途 1.2 水泵的性能参数 1.3 水泵的性能曲线 1.4 水泵拖动系统的要紧特点 第二节水泵并列运行分析 2.1. 水泵并联运行的一般情况 2.2 如何作出并联水泵的性能曲线（H-Q）或（P-Q） 2.3 当并联泵中的一台进行变速调节时，如何确定并联运行工况点？ 2.4 静扬程（或静压）对调速范围的阻碍。 2.5. 变频泵与工频泵的并联运行分析 2.6. 高性能离心泵群的变频操纵方案 第三节水泵变频调速节能效果的计算方法 3.1 相似抛物线的求法 3.2. 调速范围的确定 3.3. 节能效果的计算
第四节水泵变频调速和液力偶合器调速节能比较 4.1.液力耦合器的工作原理和要紧特性参数 4.2.液力耦合器在风机水泵调速中的节能效果 4.3.风机水泵变频调速和液力耦合器调速对比计算 4.4.液力耦合器调速和变频调速的要紧优缺点比较 4.5.结论
第一节概论 风机与水泵是用于输送流体（气体和液体）的机械设备。风机与水泵的作用是把原动机的机械能或其它能源的能量传递给流体，以实现流体的输送。即流体获得机械能后，除用于克服输送过程中的通流阻力外，还能够实现从低压区输送到高压区，或从低位区输送到高位区。通常用来输送气体的机械设备称为风机（压缩机），而输送液体的机械设备则称为泵。 1.1 水泵的分类 水泵通常按工作原理及结构形式的不同进行分类，能够分为叶片式（又称叶轮式或透平式）、容积式（又称定排量式）和其他类型三大类。叶片式泵又能够分为离心泵、轴流泵、混流泵和漩涡泵；容积式泵又能够分为往复泵和回转泵，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。 1.2 水泵的性能参数 水泵的差不多性能参数表示水泵的差不多性能，水泵的差不多性能参数有流量、扬程、轴功率、效率、转速、比转速、必须汽蚀余量或同意吸上真空高度等7个。 （1）流量以字母Q(q v、q m)表示，单位为（升）l/s、m3/s、
专项节电解决技术方案 ——风机、水泵 FROM: 版本号V1.0 方案编号ACT000175 日期2009年06月29日 节电=省钱降低成本提高企业竞争力
风机水泵ACT节能控制系统 一、产品简介 银定庄污水处理厂3台179kw风机和1台110kw、1台 100kw水泵，电动机均为直接启动方式、实际负荷率 50%-70%。一方面启动电流对电机、电网冲击大，增加 了设备维修成本及人力成本；另一方面，电机始终处于 恒速运行状态，从而多增加了电费开支。 ACT恒压节能系统，应用变频调速节能原理，对风机、水泵进行闭环调速控制，使电机的运行功率随系统的需求进行自动的调整。并根据需要的压力进行恒压变量控制，使压力精确匹配到负载需要，避免电机运行过程出力过度，以达到最佳的节能效果。 二、产品性能 1、具有增效节能运行模式（改变电机负载率低，效率低的状况） 置节能运算模式，按标准电机的系数预先设定，实时检测电机负载率，在不改变即时速度情况下，通过对输出电压微变进行控制，使电机实时达到最佳的效率运行状态： 2、置PID控制，实时在线功率调整，确保高效率运行（最佳匹配输出） ◆迅速适应负载变动，精确匹配功率输出，免去阀门档板的节流损失，获得极大的节能 效益 ◆先进的自动转矩补偿功能设计，可使系统性能达到最佳
3、强劲的硬件、软件（进口品质，国产价格） ◆90%的元件直接选用国外知名品牌 ◆用进口知名品牌软件，保证节能系统稳定可靠运行，控制精度高 4、独立分风道设计（适合安装场所广） ◆全封闭独立风道设计，防尘、防气、防腐蚀，适应恶劣环境 ◆极大提升节能系统在机械、石材、冶金、矿山、纺织、化工、塑胶、造纸、印染、水 泥、等恶劣环境行业长期可靠运行。 5、高度集成一体，现场安装方便 ◆可选置专用功能模块，高度集成一体。 ◆具有旁路功能，确保设备安全连续生产(可选) ◆一体化立柜式设计，用户现场安装十分方便 三、节能改造带来的益处 1)节能降耗 使风机、水泵压力上下限控制方式变为恒压控制，使系统输出与所需功率精确匹配，减少压力偏高区域的无谓高能耗损失，节电率可达30%。 2)电网增容、提高有功功率 将功率因数由0.7～0.8提高到0.96以上，大大减少了无功电流，降低了线路损耗，提高了电网质量和供电效率。对供电设备而言，相当于起到了增容的作用。 3)软起动、保护电动机设备 使用专用高效智能节电系统可实现电动机的软起动，起动平滑无冲击。这样一方面可以减小起动时对电动机和电网的冲击，既保护了电动机，延长了其使用寿命，对电网而言又可以算是增加了系统的装机容量。 另一方面，由于减轻了电动机启动和加载时的电流冲击，从而延长了机械和模具的使用