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)

1、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： 流速公式： 式中：体积流量，；容积效率，实际容积效率约为0.95；A有效断面积（与轴面速度垂直的断面积），m；D叶轮直径，m；n叶片转速，r/min；b叶片宽度，m；圆周速度，m/s；排挤系数，表示叶片厚度使有效面积减少的程度，约为0.750.95；按照电机学的基本原理，交流异步电动机转速公式： 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： 可见流量和转速的一次方成正比

2、，和频率的一次方成正比。扬程按照流体力学定律，扬程公式：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：或 风机：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：有功功率，w；流体质量密度，；压力，；电量风机水泵效率：有效功率和轴功率之比。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：水泵风机电动机和风机水泵的传动效率：电动机效率：电量（电动机的输入功率）公式：水泵风机节能工频状态下的耗电量计算Pd：电动机功率；d：电动机效率； U：电动机

3、输入电压；I：电动机实际运行电流；cos：功率因子。 计算公式：Pd =UIcos然后将电机实际工频下运行的电流代入上面的公式，得出电机工频状态下的功率Pd。设备名称一次风机二次风机引风机功率因数0.80.780.78额定电压（KV）101010工频运行电流（A）462225工频运行时功率（KW）637.4297.2337.74具体计算办法：（以一次风机为例）通过在系统电源进线侧用测电流的方法计算节电率Pd =UIcos=10460.8=637.4KW风机设备属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Qn，Hn2，Pn3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴

4、功率与转速的立方成正比。通过风机数据，依据公式可依次求得风机在采用变频调速运行时对应的风机总功耗 。综合考虑取电动机效率=0.9、和变频器的效率=0.96，则网测功率损耗节电率 =引风机计算为例：风机实际轴功率P=182 kW变频网侧功耗= 211 kW离心泵负载，采用出口控制流量的方式，电动机在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系为 ，式中Q为流量。流量 %1009080706050节电率 %022.541.861.571.682.1理论计算结果说明变频节能效果非常显著，实际运行中变频恒压供水技术比传统的加压供水系统还有自动控制、无污染等明显优势。变频系统保证系统小流量供水，解决小流量甚至

5、零流量供水时大量电能的浪费问题，从运行控制上进一步节能。电动机节能第一章 节能概述电动机广泛应用于拖动风机、泵、鼓风机、空气压缩机、制冷机和车床等机械传动装置及其他各类电气设备，量大面广的终端耗能大户。电机系统包括电动机、被拖动装置、传动控制系统及管网负荷。图1 制冷系统流程图电机系统节能改造的技术途径主要有以下几个方面：1 加速设备淘汰更新。加大力度对老旧设备的更新改造，坚持使用国家推荐的节能型设备。2 改善电机拖动系统调节方式。推广变频调速、永磁调速等先进电机调速技术，改善风机、泵类电机系统调节方式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调速方式。重点对大中型变工况电机系统进行调速改造，合理匹配电机

6、系统，消除“大马拉小车”现象。3 改进工艺拖动、牵引拖动调速方式。以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械转动传动方式，逐步采用交流调速取代直流调速。4 优化电机系统的运行和控制。采用新技术、新工艺，完善电机系统控制，优化运行。推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统等，通过过程控制合理配置能量，实现系统经济运行。第二章 电动机节能的基本概念图2 电动机系统的能量传递图2中电力变换器对直流电动机调速系统为静止电力整流器，对交流电动机调速系统为静止电力变频器。电动机系统节能的基本要求有两方面：一方面要求构成系统的每一部分，在完成系统所赋予的特定工作任务之外，均要降低损耗提高效率，然后提

7、高整个系统的效率；另一方面要求各部分的参数匹配协调，从而求得整个系统的最高效率。第三章 变频调速对电动机运行的影响电动机作为电力传动系统的重要组成部分，在变频器供电的情况下，电动机可以运行在很宽的一个频率范围内。当电动机运行在非额定频率并实施控制运行时，其效率、功率因数、铁损耗、铜损耗等性能参数与额定条件开环运行相比，发生很大变化。变频调速系统会对电机的运行产生很多方面的影响，如启动性能的改善，谐波的影响等等。但其中改变最大的是电机的运行状况，电机已经不总是运行在固定的频率和滑差下，常规的“额定”在变频调速电机的运行中失去了意义；同时，电机的效率和功率因数等主要性能发生改善，尤其是功率因数理论

8、上可以调整到0.9以上。第四章 调速节能的典型应用电力传动系统中约有60%的应用为风机与水泵的应用。以往由于采用恒压恒频电源驱动，大部分风机与水泵系统实际运行效率为30%50%，其损耗占总发电量的38%以上。风机调速的应用：通常工业锅炉上的鼓风、引风机是电机以定速运转，再通过改变风机入口的挡板开度来调节风量的。而风机的最大特点是负载转矩与转速的平方成正比，而轴功率与转速的立方成正比。因此，将电机的定速运转改为根据需要的流量来调节电机变速运转就可以节约大量电能。在中央空调、炼钢厂、水泥制造、化纤等行业都用到风机。在没有调速控制之前，一般采用降压启动，并且正常运行后，电机全速运行，而风量的大小则通

9、过风门来调节。一般情况下，风门的开度为50%80%，电机只能是满负荷运行，电动机的工作效率很低，造成很大浪费。变频器的出现很好的解决了如何直接控制风量的大小来满足工况的要求这个问题。变频器是无级调速的，用变频器改造风机，具有以下特点：（1） 起动停止平衡，无级调速，调速范围大。（2） 工作可靠，能长期稳定运行。（3） 操作简单，维护量小。（4） 输出特性可满足风机性能要求。（5） 节能效果显著。根据工作的情况调节调速器装置的速度可以满足工作的要求。另外，用变频器对风机进行改造不必对原系统进行大改动。因此，变频器在风机改造方面得到广泛的应用，在变频改造的过程中，当需要时，让电动机高速运行以达到要

10、求。当不在工作时，使电动机低速运转节约电能。同时，可根据需要来调节变频器，以满足工作要求。其中，驱动鼓风机、引风机、炉排机的变频器受燃烧控制系统的控制，控制器的输出信号将控制相关的变频器输出频率，以达到稳定工况及提高锅炉热效率和节能之目的。以90kW风机为例：（1） 改造前实测数据：改造前的耗电量（全年运行330天计）：（2） 改造后实测数据：改造后的耗电量（全年运行330天计）：（3） 每年节省电量：节电率：每年节约电费，按计：对风机改造表明：（1） 采用变频器对风机进行节能改造具有结构简单、改造方便、节能效果明显、投资回收期短的特点。（2） 使用变频器后，风机可软启软停、减少设备机械冲击、

11、延长设备使用寿命、降低设备维修费用。（3） 变频调速技术先进、成熟、提高了设备的技术含量。水泵调速的应用水泵的流量Q与转速N的一次方成正比；扬程H与转速N的平方成正比；轴功率P与转速N的立方成正比，即功率与转速成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在输出相同流量的情况下，原来消耗在阀门的功率（局部阻力）就可以完全避免，这就是水泵调速节能的原理。变频调速的控制可以是自动的，也可以是手动的。目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速系统技术，大部分是在开环状态下，即人为的根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速的目的。系统主要由四部分组成：（1） 控制

12、对象：电机功率100kW，额定电流183A；水泵配用功率100kW，流量792，轴功率80.3kW，扬程32.3m。（2） 变频调速器：适配通用电动机功率110kW，额定容量160kVA，额定电流210A。一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的基本方法是：变频器的额定输出电流大于1.1倍电动机的额定电流。（3） 压力测量变送器（PT）：用于控制水管出口压力，并将压力信号变换成420mA的标准电信号，再输入调节器。（4） 调节器（PID）：输入信号420mA，输出为PID控制信号420mA。 系统的控制过程为：有压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对的420mA标准电信号送到调节器

13、与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为380V/50Hz的交流电变成输出0380V/0400Hz连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。水泵电机装上变频调速器后，节能效果显著，经过实测，比未装变频器节约53%左右的电能，而且生产工艺稳定，采用变频调速器前后实测的有关数据如表：参数状态电机运行电流（A）电机运行频率（Hz）水泵出口压力（MPa）有功功率（kW）功率因数阀门开度（%）阀门调节110500.7640.860变频调节40300.3300.96100从表中数据对比结果分析可知:

14、（1） 节能效果显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，减少了无功功率消耗。（2） 采用变频调速技术后，电机定子电流下降64%，电源频率下降40%，水泵出水压力降低57%。由于电机水泵的转速普遍下降，电机水泵的运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备维护费用。同时，由于变频器起动和调速平稳，减少了对电网的冲击。（3） 采用变频调速技术后，由于水泵出口阀门全开，消除了阀门因节流而产生的噪音，克服了平常因调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会效益。（4） 系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能保证生产

15、工艺稳定，提高了产品的质量和产量。（5） 由于变频器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。压缩机调速应用压缩机在工矿企业中应用十分普遍。配套电动机的容量一般较大，且大多是常年连续运行的，故节能的潜力很大。压缩机的主要控制对象的空气的压力，在冷冻或冷却系统中，常常以温度作为控制参量。常见的控制方式有：（1） 手动调节输入或输出的阀门开度。（2） 用机械方式进行自动卸载与装载控制。（3） 通过改变叶片的角度来调节压力或流量等。压缩机采用变频调速的必要性：从节能角度看：（1） 由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性，所以，只能按最大需求来决定电动机的容量

16、，故设计容量一般偏大。在实际运行的时间所占比例是非常高的。如采用变频调速，可大大提高运行时的工作效率，节能潜力很大。（2） 有些调节方式（如调节阀门开度和改变叶片的角度等），即使在需求量较小的情况下，也不能减小电动机的运行功率。采用了变频调速后，当需求量较小的情况下，可降低电动机的转速，减小电动机的运行功率，从而进一步实现节能。（3） 节省润滑油，降低噪音。第五章 调速节能效果的合理计算节能效果计算的一般方法采用交流电动机变频调速系统代替恒速运动能够节能，对节能效果进行计算首先要测取以下基础数据：（一） 测取基础数据1基准线的建立（1） 节能改造前的设备数据。应调查填写被更换设备和电动机的基本铭牌数据，包括电动机的功率、转速、负载类型、工作时间、点测数据、电机用途、安装地点等。（2） 改造前电动机实际工作的点测数据。在现场对对要被替换的电动机实际测量并记录其电流、电压、功率因数、容量（kVA）、实际功率（kW）、转速等。（3） 如果节能改