电机系统节能技术

1、第十一章第十一章 电机系统节能技术电机系统节能技术1 1、电机系统电机系统 2 2、常用机械负载的特性常用机械负载的特性 3 3、风机和泵类负载的节能风机和泵类负载的节能 4、电动机的经济运行及软启动节能技术、电动机的经济运行及软启动节能技术 5、变频调速节能技术、变频调速节能技术6、空气压缩机节能技术、空气压缩机节能技术 7、制冷压缩机节能技术、制冷压缩机节能技术 第一节第一节 电机系统电机系统电机作为风机、水泵、空压机、机床、制冷等各电机作为风机、水泵、空压机、机床、制冷等各种设备的动力，是一种将电能转换为机械能的转种设备的动力，是一种将电能转换为机械能的转换装置。换装置。约占全国用电量的

2、约占全国用电量的60% 60% 。电机系统节能潜力大，主要表现为：电机系统节能潜力大，主要表现为： 一、概述一、概述1电动机及拖动设备效率低。电动机及拖动设备效率低。 2. 系统运行效率低。系统匹配不合理，系统运行效率低。系统匹配不合理，“大马拉小车大马拉小车”现象严重现象严重 。二、普通电机的工作特性二、普通电机的工作特性电机分成两大类，即普通电机和专用特种电机。电机分成两大类，即普通电机和专用特种电机。（一）感应电动机的工作特性（一）感应电动机的工作特性 三相感应异步电动机的工作特性是指电动机在额定电三相感应异步电动机的工作特性是指电动机在额定电压和频率下的转速、电流、电磁转矩、功率因数、

3、压和频率下的转速、电流、电磁转矩、功率因数、效率等与电动机的轴输出机械功率之间的关系，一效率等与电动机的轴输出机械功率之间的关系，一般采用曲线描述。般采用曲线描述。1. 转速特性转速特性)(Pfn 空载时，电动机的轴输出空载时，电动机的轴输出机械功率为零，这时电动机机械功率为零，这时电动机只需要较少的能量来克服风只需要较少的能量来克服风阻、摩擦等阻力的影响，其阻、摩擦等阻力的影响，其空载转速近似等于同步转速。空载转速近似等于同步转速。随着机械负载的增加，电随着机械负载的增加，电动机电流增加，电磁转矩上动机电流增加，电磁转矩上升，转速下降，异步电动机升，转速下降，异步电动机的转速特性曲线是一条略

4、下的转速特性曲线是一条略下斜的曲线。斜的曲线。2. 电流特性电流特性空载时，电动机的电流比较小，空载电流约占电动机额定电流的1/51/3。随着机械负载的增大，电动机转速下降，使电动机电流增加。)(PfI 异步电动机轴端的输出转矩 ，其中 为转子的机械角速度。如果n为常数，则T正比于P，即 的关系应该是通过原点的一条直线。但随着P的增加，n略有下降，故 的关系是略微向上翘， 3. 转矩特性转矩特性)(PfT 4. 功率因数特性功率因数特性 电动机在空载时，定子电电动机在空载时，定子电流主要用于产生旋转磁场，流主要用于产生旋转磁场，为感性无功分量，电机的为感性无功分量，电机的功率因数很低，一般为功

5、率因数很低，一般为0.2左右。左右。随着电机轴功率的增加，转随着电机轴功率的增加，转子电流及定子电流中的有功子电流及定子电流中的有功分量增加，使功率因数提高。分量增加，使功率因数提高。一般接近额定负载时，功率一般接近额定负载时，功率因数最高。因数最高。对于小型异步感应电动机，对于小型异步感应电动机，其额定负载时的功率因数其额定负载时的功率因数在在0.750.90范围内；对范围内；对于中型感应电动机在于中型感应电动机在0.800.92范围内。范围内。)(cosPf5. 效率特性效率特性 总总PPPP1异步电动机的效率是异步电动机的效率是电动机轴输出功率与电动机轴输出功率与电机的总输入功率之电机的

6、总输入功率之比比当轴输出功率当轴输出功率P=0.75PN左右时，电左右时，电动机的效率最高。动机的效率最高。从以上异步电机的特性曲线可以看出，选择电动从以上异步电机的特性曲线可以看出，选择电动机时应使电动机的容量与机械负载相匹配。机时应使电动机的容量与机械负载相匹配。如果电动机容量选的过小，电动机运行时要过载，如果电动机容量选的过小，电动机运行时要过载，以至温升过高而影响使用寿命；以至温升过高而影响使用寿命；但选的过大，不仅电动机的价格较高，而且电动但选的过大，不仅电动机的价格较高，而且电动机长期处于低负荷下运行，此时效率和功率因数都机长期处于低负荷下运行，此时效率和功率因数都很低，浪费能源，

7、经济性差。很低，浪费能源，经济性差。（二）直流电动机的工作特性（二）直流电动机的工作特性 直流电动机轴上的机械负载发生变化时，电动机的直流电动机轴上的机械负载发生变化时，电动机的工作状态也会发生短暂的过渡过程，使电机从一种工作状态也会发生短暂的过渡过程，使电机从一种稳定的状态进入另一个稳定的状态，直流电动机的稳定的状态进入另一个稳定的状态，直流电动机的转速、电磁转矩、电枢电流、效率都将会随输出功转速、电磁转矩、电枢电流、效率都将会随输出功率的变化而发生变化，可采用工作曲线描述。率的变化而发生变化，可采用工作曲线描述。1. 转速特性转速特性 并励直流电动机的转速特性是在电压等于额并励直流电动机的

8、转速特性是在电压等于额定电压，励磁电流等于额定电流下，转速随定电压，励磁电流等于额定电流下，转速随输出功率变化的关系。输出功率变化的关系。aaeaaaRInCRIEUeaaKRIUn式中，式中，Ra、U、Ke为常数。为常数。)(Pfn 轴输出功率增大，轴输出功率增大，引起电枢电流增引起电枢电流增大，使电机转速大，使电机转速略有降低，转速略有降低，转速特性为一条向下特性为一条向下斜的曲线斜的曲线，2. 转矩特性转矩特性)(PfT 直流电动机的输出转矩为：直流电动机的输出转矩为：nPT5509当输出功率变化时，转速当输出功率变化时，转速n变化不大，故输出转矩与变化不大，故输出转矩与P近似成正比。若

9、忽略电机的近似成正比。若忽略电机的空载转矩的影响，其转矩特空载转矩的影响，其转矩特性为一条通过原点的直线，性为一条通过原点的直线，3.电流特性电流特性 )(PfI 电磁转矩电磁转矩aTICT若忽略电枢反应的影响若忽略电枢反应的影响，磁通，磁通为常数，电枢为常数，电枢电流与电磁转矩成正比电流与电磁转矩成正比，所以电流特性曲线与，所以电流特性曲线与转矩特性曲线平行转矩特性曲线平行 %100)1 (%100)1 (201IURIPPPPaaCuf4.效率特性效率特性 )(Pf直流电机的效率为直流电机的效率为%1001PP由于轴输出功率由于轴输出功率P的测定较困难，其效率可表达为的测定较困难，其效率可

10、表达为 空载功率空载功率P P0 0基本不随输出功率的变化而变化，励磁基本不随输出功率的变化而变化，励磁回路铜耗回路铜耗PCufPCuf为常数，效率为常数，效率随电枢电流随电枢电流IaIa的变化的变化而变化，而变化， 电动机效率和电动机容量的大小有一定的电动机效率和电动机容量的大小有一定的关系，使用电动机时，要合理选择其容量。关系，使用电动机时，要合理选择其容量。额定负载运行时，效率在额定负载运行时，效率在75%95%范围内。范围内。（三）同步电动机的工作特性（三）同步电动机的工作特性图图11.1-3 同步电动机的工作特性曲线同步电动机的工作特性曲线 图图11.1-4 同步电动机的功率因数曲线

11、同步电动机的功率因数曲线三、发展方向三、发展方向（一）推广高效节能电机（一）推广高效节能电机Y3系列和系列和YX3系列（系列（IP55）三相异步电动机）三相异步电动机 （二）研制新型稀土永磁电机（二）研制新型稀土永磁电机永磁体可使电机产品小型化、高性能化，与电力电子技永磁体可使电机产品小型化、高性能化，与电力电子技术结合，可以实现速度、转矩可调的机电一体化产品。术结合，可以实现速度、转矩可调的机电一体化产品。目前已广泛应用的永磁同步电动机、直流无刷电机、开目前已广泛应用的永磁同步电动机、直流无刷电机、开关磁阻电机等。关磁阻电机等。这些电机与传统电机相比，最大的优势是效率高，体积这些电机与传统电

12、机相比，最大的优势是效率高，体积小，调速范围大。小，调速范围大。 （三）电机控制技术发展趋势（三）电机控制技术发展趋势总的趋势是向智能化、模块化、网络化、微型化、总的趋势是向智能化、模块化、网络化、微型化、通用化等方向发展。通用化等方向发展。电机的一体化和集成化已成为小功率伺服电机系电机的一体化和集成化已成为小功率伺服电机系统的发展方向，这种将电机、反馈、控制、驱统的发展方向，这种将电机、反馈、控制、驱动、通讯集成一体的智能化电机，使电机的运动、通讯集成一体的智能化电机，使电机的运行、维护更加方便。行、维护更加方便。 （四）电机系统节能技术的发展趋势（四）电机系统节能技术的发展趋势 电机要高效

13、化和智能化，开发研制高效电机，将电机要高效化和智能化，开发研制高效电机，将变频器可控制系统集成到电机系统中，节电可达变频器可控制系统集成到电机系统中，节电可达2030% 。电机系统要变频化和信息化。电机系统要变频化和信息化。采用交流调速取代直流调速，采用交流调速取代直流调速，采用配有减速装置的电气传动系统，采用配有减速装置的电气传动系统，采用基于现场总线的多功能可通讯智能电机等；采用基于现场总线的多功能可通讯智能电机等；优化电机系统的运行和控制，推广软起动装置、优化电机系统的运行和控制，推广软起动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统等。无功补偿装置、计算机自动控制系统等。第二节第二节 常用机

14、械负载的特性常用机械负载的特性水泵的流量和扬程之间的关系，称为水泵的流量水泵的流量和扬程之间的关系，称为水泵的流量扬程特性曲线，称为扬程特性曲线，称为Q-H特性曲线特性曲线 水泵的流量和轴功率之间的关系，称为水泵的水泵的流量和轴功率之间的关系，称为水泵的流量轴功率特性曲线，称为流量轴功率特性曲线，称为Q-N特性曲线。特性曲线。 水泵在额定转速下测试的水泵在额定转速下测试的Q-HQ-H曲线和曲线和Q-NQ-N曲线曲线 一、水泵类负载特性一、水泵类负载特性 1Q-H特性曲线特性曲线 2Q-N特性曲线特性曲线 3Q-特性曲线特性曲线图图11.2-1 水泵的特性曲线水泵的特性曲线 离心泵最高效率点的工

15、况称为最佳工况点，最佳工离心泵最高效率点的工况称为最佳工况点，最佳工况点一般为设计工况点。况点一般为设计工况点。 一般离心泵的额定参数即设计工况点和最佳工况点一般离心泵的额定参数即设计工况点和最佳工况点相重合或很接近。相重合或很接近。NHQKK常数。常数。 二、风机类负载特性二、风机类负载特性风机的流量与全压之间的关系称为风机的流量全风机的流量与全压之间的关系称为风机的流量全压特性曲线，标称压特性曲线，标称Q-P特性曲线。特性曲线。风机的流量和轴功率之间的关系称为风机的流量轴风机的流量和轴功率之间的关系称为风机的流量轴功率特性曲线，标称功率特性曲线，标称Q-N特性曲线。特性曲线。 NPQKK常

16、数。常数。 1Q-P特性曲线特性曲线 2Q-N特性曲线特性曲线 3Q-特性曲线特性曲线 图图11.2-2 风机的特性曲线风机的特性曲线三、恒功率负载特性三、恒功率负载特性恒功率负载的特性是转矩与转速大体成反比，其恒功率负载的特性是转矩与转速大体成反比，其乘积（即功率）近似保持不变乘积（即功率）近似保持不变。金属切削机床主轴、轧机、造纸机、塑料薄膜生金属切削机床主轴、轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机和开卷机等产线中的卷取机和开卷机等。四、恒转矩负载特性四、恒转矩负载特性恒转矩负载的特性是指在任何转速下负载转矩总恒转矩负载的特性是指在任何转速下负载转矩总保持恒定或基本恒定，而与转速无关。保持

17、恒定或基本恒定，而与转速无关。 传送带、搅拌机、挤压机、摩擦机、吊车、起重传送带、搅拌机、挤压机、摩擦机、吊车、起重机等机等 。第三节第三节 风机和泵类负载的节能风机和泵类负载的节能交流电动机拖动的风机和泵类负载应用量非常大，交流电动机拖动的风机和泵类负载应用量非常大，据有关资料统计其用电量约占全国总用电量的据有关资料统计其用电量约占全国总用电量的30%。 如果改用节能型风机和泵，并能正确选配电动机如果改用节能型风机和泵，并能正确选配电动机功率，同时采用合适的控制方式，则可节电功率，同时采用合适的控制方式，则可节电30%以上。以上。 一、风机与泵的选择一、风机与泵的选择（一）风机的选择（一）风

18、机的选择 选用风机时，力求使风机的额定流量和额定压力，选用风机时，力求使风机的额定流量和额定压力，尽量接近生产工艺要求的流量和压力，按正常生产尽量接近生产工艺要求的流量和压力，按正常生产工艺需求流量的工艺需求流量的1.11.151.11.15倍，以及风压余量不超过倍，以及风压余量不超过10%10%的要求考虑选用风机。的要求考虑选用风机。 （二）泵的选择（二）泵的选择在满足设计满负荷连续运行所需最大压力的情况在满足设计满负荷连续运行所需最大压力的情况下，其额定流量为正常工艺需求流量的下，其额定流量为正常工艺需求流量的1.11.51.11.5倍，倍，扬程余量不超过扬程余量不超过8%8%。另外，还要

19、考虑泵的正常运行工况点，应尽可能另外，还要考虑泵的正常运行工况点，应尽可能靠近设计工况点，使泵在高效运行区。靠近设计工况点，使泵在高效运行区。 二、电动机的选择二、电动机的选择（一）负荷基本不变的情况（一）负荷基本不变的情况 如农用灌溉水泵、工业循环水泵以及不需要调节如农用灌溉水泵、工业循环水泵以及不需要调节风量的鼓风机等。风量的鼓风机等。 首先依据风机、泵的输出功率首先依据风机、泵的输出功率P2Z和效率和效率Z计算出计算出所需的输入功率所需的输入功率 ZZZPP21再考虑传动效率，即可得出电机运行时的输出功再考虑传动效率，即可得出电机运行时的输出功率。率。 12ZPP 选取电机的额定功率为：

20、选取电机的额定功率为： 2e)45. 11 (PP 电机在负载率等于电机在负载率等于0.71.0之间时的效率和功率因之间时的效率和功率因数比较高。数比较高。 例：例： 一台矿山用作循环水的活塞式水泵，一台矿山用作循环水的活塞式水泵，其流量其流量Q=90 m3/h，扬程，扬程H1=12 m，吸程，吸程H2=2 m，转速转速n=2 900 r/min，重力加速度，重力加速度g=9.81 m/s2，水，水的密度的密度=1 000 kg/m3，效率，效率Z=0.9，传动效率传动效率 =0.95，试选择多大容量的电动机？，试选择多大容量的电动机？解：解：)212(98109 . 03600/90)(21

21、1ZZHHgQP= 3 815 （W） 12ZPP3 815/0.95=4 015（W）4015)45.11 ()45.11 (2ePP 4 0155 822 45.8 (kW) 可选用可选用5.5 kW、2 920 r/min的的Y系列电动机。系列电动机。 （二）负荷变化的情况（二）负荷变化的情况如果生产工艺需要改变风机、泵的流量。这类负荷如果生产工艺需要改变风机、泵的流量。这类负荷往往具有周期性，一般要计算出风机、泵在一个周往往具有周期性，一般要计算出风机、泵在一个周期内不同时间段期内不同时间段ti的输入功率的输入功率PiZ，然后按均方根值，然后按均方根值求取其等效输入功率：求取其等效输入

22、功率：nnnZZZZttttPtPtPP2122221211 再根据传动效率再根据传动效率求出电机运行时的等效输出功求出电机运行时的等效输出功率，并按率，并按Pe=(11.45)P2选择电动机。选择电动机。 第四节第四节 电动机的经济运行电动机的经济运行 及软启动节能技术及软启动节能技术一、电动机的经济运行一、电动机的经济运行 选用电动机时，应首先选择电动机的类型、功率选用电动机时，应首先选择电动机的类型、功率及各种技术参数，使它具备与被拖动的生产机械及各种技术参数，使它具备与被拖动的生产机械相适应的负载特性，以达到稳定的运行状态。相适应的负载特性，以达到稳定的运行状态。 一般异步电动机的额定

23、效率和功率，按负荷系数一般异步电动机的额定效率和功率，按负荷系数在在75%100%的范围内设计。的范围内设计。 电动机额定输出功率应为选择负荷功率的电动机额定输出功率应为选择负荷功率的1.101.15倍较合适。倍较合适。 （耗能计算（耗能计算较较复杂）略复杂）略二、电动机软启动节能技术二、电动机软启动节能技术 问题：问题：空载启动47In 带载启动时可达810倍或更大 启动方式：直接启动、启动方式：直接启动、Y/启动、自偶变压器启启动、自偶变压器启动、动、软启动软启动随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，目前国内外相继开发了以晶闸管为开关器件，目前国内

24、外相继开发了以晶闸管为开关器件，以单片机为控制核心的电子软启动器，用于以单片机为控制核心的电子软启动器，用于异步电动机的启动控制。异步电动机的启动控制。软启动器在启动电机时，通过逐渐增大晶闸软启动器在启动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。设定值。 优点：特点：优点：特点：（1）无冲击电流。）无冲击电流。软启动器在启动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通软启动器在启动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。 （2）恒流启动。）恒流启动。软启动器可以引入电流闭环

25、控制，使电机在起动过软启动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机的平稳起动。程中保持恒流，确保电机的平稳起动。 （3）可根据负载特性调节起动过程的各种参数，）可根据负载特性调节起动过程的各种参数，保证电机处于最佳的起动工作状态。保证电机处于最佳的起动工作状态。（4）降低了电动机在空载或轻载时的输入电压，）降低了电动机在空载或轻载时的输入电压，减小了电动机的有功及无功损耗，提高了功率因数，减小了电动机的有功及无功损耗，提高了功率因数，减少了输电线上的损耗，节省了电能。减少了输电线上的损耗，节省了电能。（5）具有齐全的保护功能。具有过载、过流、缺）具有齐全的保护功能。具有过载

26、、过流、缺相、过热等保护功能，提高了设备的可靠性。相、过热等保护功能，提高了设备的可靠性。 软启动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载软启动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载及需要软起动与软停车的场合；对于负载波动较及需要软起动与软停车的场合；对于负载波动较大、电动机长期处于轻载工况运行的机械设备，大、电动机长期处于轻载工况运行的机械设备，使用电动机软启动器具有较好的节能效果。使用电动机软启动器具有较好的节能效果。软启动器在起动过程中，电机起动转矩逐渐增大，软启动器在起动过程中，电机起动转矩逐渐增大，转速逐渐加快。一般有下面几种起动方式：转速逐渐加快。一般有下面几种起动方式： （1）斜坡升压

27、软起动。）斜坡升压软起动。这种启动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管这种启动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。导通角，使之与时间成一定函数关系增加。 （2）斜坡恒流软起动。）斜坡恒流软起动。在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定值后保持恒定，直至起动完毕。先所设定值后保持恒定，直至起动完毕。 （3）阶跃起动。）阶跃起动。 即开机时以最短时间使起动电流达到设定值。即开机时以最短时间使起动电流达到设定值。 例如：一台例如：一台22 kW、4极三相异步电动机在极三相异步

28、电动机在10%负载下运行，使用软起动器后可获得负载下运行，使用软起动器后可获得20%的节电的节电率。率。 第五节第五节 变频调速节能技术变频调速节能技术 实际的生产过程离不开电力传动。实际的生产过程离不开电力传动。 随着工业化进程的发展，对可调速拖动提出了更随着工业化进程的发展，对可调速拖动提出了更高的要求。高的要求。 采用直流电动机可方便的进行调速，但直流电机采用直流电动机可方便的进行调速，但直流电机体积大、价格高，并且节能效果不明显。体积大、价格高，并且节能效果不明显。 而交流异步电动机体积小、价格低、运行可靠，而交流异步电动机体积小、价格低、运行可靠，对交流异步电动机进行调速控制，不仅能

29、使电力对交流异步电动机进行调速控制，不仅能使电力拖动系统具有非常优秀的控制性能，而且还具有拖动系统具有非常优秀的控制性能，而且还具有显著的节能效果。显著的节能效果。一、变频调速原理及控制方式一、变频调速原理及控制方式（一）变频调速工作原理（一）变频调速工作原理pfn600当电源频率增加时，同步转速增加，实际电动机当电源频率增加时，同步转速增加，实际电动机的转速也增加；电源频率下降，电动机的转速也下的转速也增加；电源频率下降，电动机的转速也下降。降。 这种通过改变电源频率实现速度调节的过程称为这种通过改变电源频率实现速度调节的过程称为变频调速。变频调速。向电动机提供频率可变的电源并控制电动机的转

30、向电动机提供频率可变的电源并控制电动机的转速是由变频器完成的。速是由变频器完成的。 电动机的实际电动机的实际转速总是低于转速总是低于同步转速同步转速（二）调速控制方式（二）调速控制方式1频率在工频频率以下范围内调节频率在工频频率以下范围内调节 111144. 4WkWfE感应电动势感应电动势W电机定子绕组匝数；电机定子绕组匝数；kW1绕组系数；绕组系数；1电机的每极磁通。电机的每极磁通。定子绕组每相电路的电势平衡方程定子绕组每相电路的电势平衡方程1111ZIEUZ1定子绕组每相阻抗；定子绕组每相阻抗；I1定子绕组相电流。定子绕组相电流。 如果忽略定子压降如果忽略定子压降I1Z，则：，则：111

31、144. 4WkWfEU整理整理111fkU由于电动机的电磁转矩正比于由于电动机的电磁转矩正比于12，所以若保持，所以若保持11fU为常数，则电动机的转矩不变为常数，则电动机的转矩不变。 这种控制方式称为恒磁通调压调频调这种控制方式称为恒磁通调压调频调速，也称恒转矩调速。速，也称恒转矩调速。2频率在高于工频频率范围内调节频率在高于工频频率范围内调节变频电源的输出电压一般不能高于其额定电压，如果保变频电源的输出电压一般不能高于其额定电压，如果保持持U1不变，当增加其电源频率不变，当增加其电源频率f1时，则使时，则使 变小，定变小，定子磁通子磁通1减小，电磁转矩减小；减小，电磁转矩减小；但电源频率

32、增加将导致电动机的转速增加，电动机的功但电源频率增加将导致电动机的转速增加，电动机的功率是电磁转矩与其角速度的乘积，所以在调节过程中，率是电磁转矩与其角速度的乘积，所以在调节过程中，若频率的增加与转矩的变化成一定的协调关系，即可保若频率的增加与转矩的变化成一定的协调关系，即可保持电机的输出功率为一恒定值，即功率不发生变化，这持电机的输出功率为一恒定值，即功率不发生变化，这种升频定压调速方式称为种升频定压调速方式称为恒功率调速。恒功率调速。11fU3转差频率控制转差频率控制在三相异步电动机中，旋转磁场的转速为在三相异步电动机中，旋转磁场的转速为n0，电机转子实际转速为电机转子实际转速为n，（，（

33、n0 - n）是转子与旋转）是转子与旋转磁场之间的相对切割速度。磁场之间的相对切割速度。若对频率、电压进行适当调节，可使若对频率、电压进行适当调节，可使 不变，不变，此时磁通此时磁通1不变，电磁转矩与（不变，电磁转矩与（n0 - n）2成正比；成正比；而对频率进行调节，即改变了（而对频率进行调节，即改变了（n0 - n）。所以）。所以在实现转速调节时，也实现了转矩的调节。在实现转速调节时，也实现了转矩的调节。 11fU二、二、 变频调速节能分析变频调速节能分析（一）风机的变频调速节能原理风机对电动机来说是一种“负载转矩与转速成平方关系”性质的负载，即： 。2knM 电机拖动风机时，轴功率与电机

34、拖动风机时，轴功率与转速的转速的3次方成正比，次方成正比，3cnP 风机低效率运行的原因是：1.风机的定速运行与风量需求的不适应。风机的定速运行与风量需求的不适应。任何一台风机的设置，总是在充分考虑最大风量需求，任何一台风机的设置，总是在充分考虑最大风量需求，并在此基础上进行风量、功率选配。一般情况下，风并在此基础上进行风量、功率选配。一般情况下，风机按设计风量投入运行，造成风量过大，这样风机的机按设计风量投入运行，造成风量过大，这样风机的定速运行与实际风量需求的不断改变的情况不相适应定速运行与实际风量需求的不断改变的情况不相适应。2.风机的工况点一般不在高效区。风机的工况点一般不在高效区。据

35、有关资料抽样表明：风机负荷率在据有关资料抽样表明：风机负荷率在76%以上仅占以上仅占15%左右，左右，低于低于60%的占的占65%左右。左右。为了克服风机的低效率运行，必须根据生产工艺过程中对风为了克服风机的低效率运行，必须根据生产工艺过程中对风量需求的不同，对风机的运行工况点进行随机的控制调节，量需求的不同，对风机的运行工况点进行随机的控制调节，使之始终处于经济状态下安全可靠地运行。使之始终处于经济状态下安全可靠地运行。（二）风量的调节与控制（二）风量的调节与控制在实际生产中，总是要对流量进行调节。通常调在实际生产中，总是要对流量进行调节。通常调节方法有两种：节方法有两种：一种是改变管网特性

36、曲线，也就是所谓的节流调一种是改变管网特性曲线，也就是所谓的节流调节。管网特性曲线是指管网的总阻力节。管网特性曲线是指管网的总阻力R R与管网气与管网气体流量体流量Q Q之间的关系，近似呈二次方的变化关系之间的关系，近似呈二次方的变化关系， 2kQR v该调节方法只是人为地增加或减少管网阻力，由于该调节方法只是人为地增加或减少管网阻力，由于风机的特性曲线（风机的特性曲线（PQ）不变，工作点只能沿着）不变，工作点只能沿着风机特性曲线变化。当需要减小风量时，关小节流风机特性曲线变化。当需要减小风量时，关小节流阀，管网的阻力增加，输入功率并没有减少。所以阀，管网的阻力增加，输入功率并没有减少。所以这

37、种方法效率低，节能不明显。这种方法效率低，节能不明显。 v第二种是改变风机的性能曲线（第二种是改变风机的性能曲线（P PQ Q）。当风机）。当风机的转速改变时，其性能曲线平行下移，当转速从的转速改变时，其性能曲线平行下移，当转速从n n1 1变为变为n n2 2时，其流量从时，其流量从Q Q1 1变为变为Q Q2 2，达到了流量调，达到了流量调节的目的，此时管网的压力也由节的目的，此时管网的压力也由p p1 1降低到降低到p p2 2，压，压力减小了，其输入功率自然也小了，达到了节能力减小了，其输入功率自然也小了，达到了节能的目的。的目的。1Q-P特性曲线特性曲线 2Q-N特性曲线特性曲线 3

38、Q-特性曲线特性曲线 在调速过程中，流量在调速过程中，流量Q Q、管网压力、管网压力p p、输入功率、输入功率P P与风机转速的关系见式与风机转速的关系见式1212nnQQ21212)(nnpp风压之比）31212)(nnPP功率之比）v（三）水泵的变频调速节能原理（三）水泵的变频调速节能原理水泵的种类一般分离心式、涡流式和轴流式三种水泵的种类一般分离心式、涡流式和轴流式三种。水泵所做的功可以用流量。水泵所做的功可以用流量Q Q和扬程和扬程H H的大小来反的大小来反映。水泵实际输出功率的表达式见式映。水泵实际输出功率的表达式见式 Pu水泵实际输出功率，单位为千瓦（水泵实际输出功率，单位为千瓦（

39、kW）；）；液体密度，单位为千克每立方米（液体密度，单位为千克每立方米（kg/m3）；）；g重力加速度，为重力加速度，为9.81 m/S2；Q水泵实际流量，单位为立方米每秒（水泵实际流量，单位为立方米每秒（m3/s）；）；H水泵扬程，单位为米（）；水泵扬程，单位为米（）；系统的效率，系统的效率，%。v对于水泵的流量调节也可以用两种方法来实现。对于水泵的流量调节也可以用两种方法来实现。v一是调节安装在水泵口管路上阀门开度的大小，其实质是改一是调节安装在水泵口管路上阀门开度的大小，其实质是改变出口管路上的流动阻力，从而改变泵的工作点。这种方法变出口管路上的流动阻力，从而改变泵的工作点。这种方法输入

40、功率减少不多，节能效果差。输入功率减少不多，节能效果差。v第二种方法是变速调节，变速调节本质是使系统的性能曲线第二种方法是变速调节，变速调节本质是使系统的性能曲线下移，从而改变系统的工作点，达到改变流量的目的。下移，从而改变系统的工作点，达到改变流量的目的。 v根据流体力学泵的相似定律可知，变速前后流量根据流体力学泵的相似定律可知，变速前后流量Q、扬程、扬程H、功率功率P与转速与转速n的关系见式的关系见式 1212nnQQ21212)(nnHH31212)(nnPPv在实际情况下，平方转矩关系、线性流量转速关系、在实际情况下，平方转矩关系、线性流量转速关系、轴功率立方转速关系不一定完全成立。一

41、般的规律轴功率立方转速关系不一定完全成立。一般的规律是泵工作的实际扬程越小，轴功率与转速间的关系是泵工作的实际扬程越小，轴功率与转速间的关系越接近立方关系，采用转速控制所产生的节电效果越接近立方关系，采用转速控制所产生的节电效果越好。对于那些高扬程的水泵，采用变频调速控制越好。对于那些高扬程的水泵，采用变频调速控制其节能效果将不显著。其节能效果将不显著。 三、变频调速应用实例三、变频调速应用实例（一）风机的变频器应用实例（一）风机的变频器应用实例例如：有两台例如：有两台6t供暖锅炉，各配引风机功率供暖锅炉，各配引风机功率22kW，鼓风机功率，鼓风机功率7.5kW，炉排电机，炉排电机1.5kW。

42、经。经变频器驱动和工频电源直接驱动两种方式比较，对变频器驱动和工频电源直接驱动两种方式比较，对相同风量下的能耗进行测试，采用变频器驱动节电相同风量下的能耗进行测试，采用变频器驱动节电40%，节煤，节煤10%。 （二）水泵的变频器应用实例。（二）水泵的变频器应用实例。 例如：一洗煤厂循环水系统，原水泵所配电机为例如：一洗煤厂循环水系统，原水泵所配电机为185 kW，实测其工作电流为，实测其工作电流为180240 A。现改成。现改成变频调速控制，根据最大用水量变频调速控制，根据最大用水量600 m3/h计算，计算，将电机改为将电机改为132 kW，变频器选用，变频器选用ABB 800-04-021

43、0。经改造后大大提高了循环水系统的稳定性，。经改造后大大提高了循环水系统的稳定性，经实测，水泵电机工作电流下降经实测，水泵电机工作电流下降85 A100 A，按，按每天开机时间每天开机时间16 h，每年工作，每年工作330 d计算，两台电计算，两台电机节电约机节电约60万万 kWh，节能效果非常显著，同时，节能效果非常显著，同时降低了对水泵、管路、阀门的磨损。降低了对水泵、管路、阀门的磨损。第六节第六节 空气压缩机节能技术空气压缩机节能技术 空压机的种类很多，按其工作原理分类，可分为空压机的种类很多，按其工作原理分类，可分为速度式和容积式两大类。速度式和容积式两大类。 速度式空压机包括轴流式、

44、离心式和混流式三种速度式空压机包括轴流式、离心式和混流式三种类型；类型； 容积式空压机包括有回转式和往复式两种类型。容积式空压机包括有回转式和往复式两种类型。 空压机作为基础工业装备，在冶金、机械、矿山、空压机作为基础工业装备，在冶金、机械、矿山、电力、建材、食品加工、轻纺等行业有着广泛的电力、建材、食品加工、轻纺等行业有着广泛的应用。据不完全统计，空压机占大型工业设备耗应用。据不完全统计，空压机占大型工业设备耗电量的电量的15%左右。左右。 一、选用节能型电机一、选用节能型电机二、提高传动效率二、提高传动效率三、降低摩擦损耗三、降低摩擦损耗四、减少压力损失和泄漏四、减少压力损失和泄漏五、提高

45、冷却器的交换热性能五、提高冷却器的交换热性能六、合理设定工作压力六、合理设定工作压力七、变频调速节能控制七、变频调速节能控制第七节第七节 制冷压缩机节能技术制冷压缩机节能技术 压缩机主要类型有活塞式（往复式）、离心式压缩机主要类型有活塞式（往复式）、离心式（涡流式）和回转式（螺杆式和刮板式）。（涡流式）和回转式（螺杆式和刮板式）。 离心式和回转式的单机制冷量较大，仅用于大型离心式和回转式的单机制冷量较大，仅用于大型冷冻或空调系统中。冷冻或空调系统中。 目前我国小型制冷设备如电冰箱、冷藏柜和空调目前我国小型制冷设备如电冰箱、冷藏柜和空调器中，大都采用活塞式压缩机。器中，大都采用活塞式压缩机。 一

46、、制冷机类型的选择一、制冷机类型的选择（一）常用制冷压缩机的特点及应用（一）常用制冷压缩机的特点及应用 活塞式制冷压缩机是使用历史最长的压缩机，生活塞式制冷压缩机是使用历史最长的压缩机，生产、制造的技术成熟，价格低廉，应用普遍，但缺产、制造的技术成熟，价格低廉，应用普遍，但缺点是效率相对较低，目前用于工程的单机制冷量在点是效率相对较低，目前用于工程的单机制冷量在5.81 745 kW之间。之间。 螺杆式压缩机与活塞式制冷压缩机相比，具有易螺杆式压缩机与活塞式制冷压缩机相比，具有易损件少、体积小、重量轻、单机压缩比大、振动小、损件少、体积小、重量轻、单机压缩比大、振动小、效率高等优点。其制冷量主要在效率高等优点。其制冷量主要在1501 500 kW范围范围内。内。 离心式压缩机与活塞式压缩机相比，具有转速高、离心式压缩机与活塞式压缩机相比，具有转速高、制冷量大、易损件少、维护简单、连续工作时间长、制冷量大、易损件少、维护简单、连续工作时间长、振动小，可在振动小，可在30