变频器的节能方式
变频器的节能方式
变频器节能方式主要表现在风机、水泵、提升机的应用上。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。您知道变频器节能方式吗可以节省30%能源？因为软起动器是直起，自耦和星三角起动器到变频调速器的过渡产品，除电动机工作负载在90%以上工况，其他工况采用软起动起动方式的都可以采用变频器，因为变频器节能30%左右。当电机不能在满负荷下运行时，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。使用变频器可有效解决这一难题：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，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
软启动节能，电机硬启动对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
变频调速节能风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。使用变频调速后，如果流量（风量）要求小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求，此时电动机的运行功率相应降低，从而达到节约电能的目的。(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。所队当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40％一50％，从而达到节电的目的。)
专用专用节能型变频器，主要应用于注塑机，空压机上。可节约能源15%-60%，大大降低了企业生产成本。实际上变频器的节能作用是与生俱来的。应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度
变频器节能计算
变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。作为电子电路，变频器本身也要耗电（约额定功率的3-5%）。一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20-30W,相当于一盏长明灯. 变频器在工频下运行，具有节电功能，是事实。但是他的前提条件是：第一,大功率并且为风机/泵类负载；第二，装置本身具有节电功能（软件支持）；第三，长期连续运行。这是体现节电效果的三个条件。除此之外，无所谓节不节电，没有什么意义。 变频节能 什么是变频器 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 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。 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，其直流回路滤波石电感。 为什么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。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
最新变频器节电率的计算整理
几种典型负载的节电率计算方法 （1）各种风机、泵类因为P∝n的三次方，节电效果显著，应首先应用变频器，具体值见表1。表1 应用变频器节电效果 计算时可用
式中P％——实际消耗功率百分值； s——实际转速百分值； K——系数，K＝0.0001。 节电率N％＝1-P％ 举例，转速n为90％时，相应频率值为45Hz，则P％＝0.0001×（90）3＝73％。所以N％＝1 －73％＝27％。一般风机、泵类节电率在30％以上。 （2）空压机、挤出机、搅拌机因为P∝n，所以节电率与允许减速范围成正比，N％＝n％。 （3）波动负载如破碎机、粉碎机、冲床、落料机、剪切机等9这种负载具有周期波动性，且波动功率较大，控制方式以闭环为好，相对节电率也大些，功率波动负载如图所示。
（4）阶梯负载如间歇工作有储气罐的空压机、定容积水箱、水池、水塔等，工作时间t1是满负载PH，一定压力后自动卸载，电动机空载Po时间为t1，采用降速降流量，用适当延长工作时间t1、缩短空载时间t2的方法来实现节电。经实际运行，约有15％～20％的节电率。而且t2 （5）间歇负载如高位水箱、水池、水塔等。工作时间t1为满负载，不工作时间为t2，且t2≥t1，现采用降速降流量，延长工作时间t1，缩短不工作时间t2，这样改变后节电效果也明显，约有20％～30％的节电率。间歇工作负载的功率变化情况（Po＝0）如图所示。 （6）人为的负载转移来实现节电这种情况往往发生在中央空调系统的冷却泵、冷冻泵或其他同类地方。平常开一台泵，电动机 处于满负载或超负载，而且压力、流量也无富余度，使用变频器后没办法实现节电。但各用泵较多，一般是1：1（五星级宾馆大都如此），这时只有采用人为的负载转移方法来实现节电，见表2。 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。 一、变频调速与节流调节的计算 流量q v 与转速成正比，即q v2/q v1=n 2/n 1；扬程H 与转速的平方成正比，即H 1/H 2=（n 2/n 1）2；功率与转速的立方成正比功率。如（1）式所述。 31 23 1212)()(v v v q q n n p p q P ===存在的关系与流量泵与风机的功率 （1） 根据v q 、H 值可以计算泵与风机的功率，即：η ρ102H q P V = （2） 式中P ─功率，kW ；v q ─流量，m 3/s ；H ─扬程，m ；ρ─密度，kg/m 3；η─使用工况效率%； 泵与风机的变频节能计算 (1) 变频调速调节与节流调节 对风机、水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大，如果对风机、泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即对风机、泵类、采用挡板调节流量对应电机输入功率P L 与流量q v 的关系： )(])( 55.045.0[2 kW p q q P e ve V L += （3） 式中 P L ─额定流量时电机输入功率，kW ；q ve ─额定流量，m 3/s ； 若流量的调节范围（0.5～1）q ve ,由上面的公式及下面的公式可得电机调速调节流量相比节流调节流量所要节约的节电率（Ki ）为： ] )(55.045.0[)( 1/)( 23 3 ve v b ve v L b ve v e L L q q q q P q q P P p p Ki +- =-=?= ηη （4） 式中Ki ─节电率；ηb ─调速机构效率。 从上式分析，节流调速时由于q v /q ve <1，平方后更小于1，乘以0.55再加上0.45仍小于1，却节流后电机的负载变小了，消耗的功率也比额定功率小。当挡板或阀门全关时，泵与风景空载运行，消耗的功率最少，等于0.45Pc 。由（1）式可知采用电机变速调节后，电机消耗的功率与实际流量和额定流量比值的三次方成正比，由于变频调速效率高，本身的损耗相比很小，在变频器内部，逆变器功率器件的开关损耗最大，其余是电子元器件的热损耗和风机损耗，变频器的效率一般为95%～98%。采用变频调速，泵与风机的效率几乎不变，其特性近似满足相似定律，即满足（1）式的关系。因此（4）式能较准确地计算泵与风机电机变频调速调节相比节流调节所要节约的节电率。 例5.1 某厂离心风机125kW ，实际用风量为0.7，年工作4800h ，准备投资15万元改造为变频器驱动，变频器的效率为96%，估算节电率和投资回收期。 解：由题意知q v /q ve =0.7，由式（4）得节电率为 5.0) 7.055.045.0(96.07.012 3 =?+?-=Ki 由式（3）得：P L =（0.45+0.55×0.72 ）×125=90(kW) 变频调速节能量的计算方法 一、概述 据统计，全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行， 采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可使电动机重新回到高效的 运行状态，这样可节省大量的电能。生产机械中电动机的负载种类千差万别，为便于分析研究，将负载分为平方转矩、恒转矩和恒功率等几类机械 特性，本文仅对平方转矩、恒转矩负载的节能进行估算。所谓估算，即在 变频器投运前，对使用了变频器后的节能效果进行的计算预测。变频器一 旦投运后，用电工仪表测量系统的节能量更为准确。现假定，电动机系统 在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，且变频器的效率为95%在设计过程中过多考虑建设前，后长期工艺要求的差异，使裕量过大。如火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的鼓风机，引风机的风量裕度分别为5%和5~10%风压裕度为10°%^ 10%~15%设计过程中很难计算管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，但风机的系列是有限的，往往选不到合适的风机型号就往上靠，大20%~30的比较常见。生产中实际操作时，对于离心风机、泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节，则增加了管路系统的阻尼，造成电能的浪费；对于恒转矩负载常用电磁调速器、液力耦合器进行调节，这两种调速方式效率较低，而且，转速越低，效率也越低。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的实施。本文介绍用以下的公式来进行节能的估算。 二、节能的估算 1、风机、泵类平方转矩负载的变频调速节能风机、泵类通用设备的用电占电动机用电的50%左右,那就意味着占全国用电量的30%采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板、阀门之类来调节，可节电20%~50%如果平均按30%+算，节省的电量为全国总用电量的9%这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，对风机、水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加 了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变 频器对风机、泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可 用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即： 能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即： 变频器调速节能的计算方法 一﹑概述 据统计，全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行，采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能。生产机械中电动机的负载种类千差万别，为便于分析研究，将负载分为平方转矩﹑恒转矩和恒功率等几类机械特性，本文仅对平方转矩﹑恒转矩负载的节能进行估算。所谓估算，即在变频器投运前，对使用了变频器后的节能效果进行的计算预测。变频器一旦投运后，用电工仪表测量系统的节能量更为准确。现假定，电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，且变频器的效率为95%。 在设计过程中过多考虑建设前，后长期工艺要求的差异，使裕量过大。如火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的鼓风机,引风机的风量裕度分别为5%和5~10%，风压裕度为10%和10%~15%，设计过程中很难计算管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，但风机的系列是有限的，往往选不到合适的风机型号就往上靠，大20%~30%的比较常见。生产中实际操作时，对于离心风机﹑泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节，则增加了管路系统的阻尼，造成电能的浪费；对于恒转矩负载常用电磁调速器﹑液力耦合器进行调节，这两种调速方式效率较低，而且，转速越低，效率也越低。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的实施。本文介绍用以下的公式来进行节能的估算。 二、节能的估算 1﹑风机﹑泵类平方转矩负载的变频调速节能风机﹑泵类通用设备的用电占电动机用电的50%左右,那就意味着占全国用电量的30%。采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板﹑阀门之类来调节，可节电20%~50%，如果平均按30%计算，节省的电量为全国总用电量的9%，这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，对风机﹑水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变频器对风机﹑泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即： 对风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的关系的三次方成正比，即，再与采用挡板调节流量对应电机输入功率PL相减后再除以节省的功率与系统调速前后的速差成正比，速差越大，节能越显著。 恒转矩负载变频调速一般都用于满足工艺需要的调速，不用变频调速就得采用其他方式调速，如调压调速﹑电磁调速﹑绕线式电机转子串电阻调速等。由于这些调速是耗能的低效调速方式，使用高效调速方式的变频调速后，可节省因调速消耗的转差功率，节能率也是很可观的。 3、电磁调速系统 电磁调速系统由鼠笼异步电机、转差离合器、测速电机和控制装置组成，通过改变转差离合器的激磁电流来实现调速。转差离合器的本身的损耗是由主动部分的风阻?磨擦损耗及从动部分的机械磨擦损所产生的。如果考虑这些损耗与转差离合器的激磁功率相平衡，且忽略不计的话，转差离合器的输入?输出功率可由下式计算： 电动机轴输出功率式中：T2—转差离合器的输出转矩 n2 –-转差离合器的输出轴转速 电动机的输出功率，即为转差离合器的输入功率。对于恒转矩负载，T= T1 = T2=常数，所以，转差离合器的效率：电磁调速电机为鼠笼式电机，由于输入功率和转矩均保持不变，鼠笼式电机的功率保持不 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 变频器节能效率计算公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI- 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: 60f n= 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。 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 U 1≈U 1=4.44U 1UU 1 1 式中U 1-定子绕组感应电动势，V ； 1-气隙磁通，Wb ； U -定子每相绕组匝数； U 1-基波绕组系数。 在变频调速时，如果只降低定子频率U 1，而定子每相电压保持不变，则必然会造成1增大。由于电机制造时，为提高效率减少损耗，通常在U 1=U U ，U 1=U U 时，电动机主磁路接近饱和，增大1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U 1U 1?保持不变则可保持1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 T =U 1UU 12π(U 2U +UU 22U 2)(U 1U 1)2 式中T -电动机转矩，； U 1—电源极对数； U —磁极对数； U —转差率； U 2—转子电阻； U 2—转子电抗； 压缩机变频节能改造及节能量分析 冯东升 （上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司，上海 200063） 摘要：本文从压缩机的变频调速原理出发，介绍了压缩机系统的变频改造方案，并主要阐述了变频改造后的节能量计算方法，最后通过实例进行了节能效果分析，结果表明该技术节能效果显著，值得推广。 关键词: 压缩机 变频改造 节能 The Analysis of Frequency Conversion Energy Saving In Compressor Feng dong-sheng (Shanghai Engineering Research Center of Motor System EnergySaving Co.,Ltd., Shanghai 200063,China) Abstract: This paper start with the frequency control of compressor, mainly introduces the project of frequency conversion and method of calculating energy saving in compressor. Results show that , the technology is advanced and worth promoting. Key words: compressor;frequency conversion; energy-saving 1 概述 压缩机作为基础工业装备，广泛的应用于机械制造、冶金、石油化工、矿山、纺织等工业生产的各个领域中。空压机的种类有很多，常见的主要有活塞式、螺杆式、离心式等几种。由于压缩机通常是长期连续的运转方式，因此在各种工矿企业内属于耗电量较多的重点用电设备之一。 在国民经济可持续发展的战略之下，能源作为国家的重要物质基础，节能和绿色生产已成为国家十二五规划的重点，工业企业在保证正常的生产条件下，如何实现节能已势在必行，空压机作为重点耗能设备，已经成为了关键词。 变频器节能效率计算标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N] 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: 60f n= 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。 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 U 1≈U 1=4.44U 1UU 1 1 式中U 1-定子绕组感应电动势，V ； 1-气隙磁通，Wb ； U -定子每相绕组匝数； U 1-基波绕组系数。 在变频调速时，如果只降低定子频率U 1，而定子每相电压保持不变，则必然会造成1增大。由于电机制造时，为提高效率减少损耗，通常在U 1=U U ，U 1=U U 时，电动机主磁路接近饱和，增大 1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U 1U 1?保持不变则可保持1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 T =U 1UU 12π(U 2U +UU 22 U 2)(U 1U 1)2 式中T -电动机转矩，； U 1—电源极对数； 变频器在工作过程中是如何实现节能 一、引言 在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的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，市场竞争的不断加剧；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.而八十年代初发展起来的变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。八十年代末，变频调速技术引入我国并得到推广。现已在电力、冶金、石油、化工、造纸、食品、纺织等多种行业的电机传动设备中得到实际应用。目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。二、综述 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。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象。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 摘要：降低厂用电率，降低发电成本，提高上网电能的竞争力，已成为各火电厂努力追求的经济目标。近几年电网的负荷峰谷差越来越大，频繁的调峰任务使部分辅机仍然运行在工频状态下，造成大量电能流失。本文着重介绍了高压变频器的工作原理及实际运行情况的详细节能分析，使我们对其节能效果以及典型风机水泵节能计算有了更进一步认识。因此得出结论高压变频调速技术的日趋成熟，在电力系统中广泛应用，节能效果明显。 关键词：调速高压变频器功率单元IGBT 节电率 一、引言 众所周知，高压电动机的应用极为广泛，它是工矿企业中的主要动力，在冶金、钢铁、化工、电力、水处理等行业的大、中型厂矿中，用于拖动风机、泵类、压缩机及各种大型机械。其消耗的能源占电动机总能耗的70%以上，而且绝大部分都有调速的要求，由于高压电机调速方法落后，浪费大量能源而且机械寿命降低。上世纪90年代，由于变频调速技术在低压电动机应用得非常成功，人们开始研究高压电动机变频技术的应用，设计了高-高电压源型变频技术方案。该方案采用多电平电路型式（CMSL），由若干个低压PWM 变频功率单元，以输出电压串联方式（功率单元为三相输入、单相输出）来实现直接高压输出的方法。经过我厂多方调研、比较，最后选择同利德华福电气技术合作。本文将从HARSVERT-A系列高压变频器的工作原理及实际运行状况两方面分析豫新发电厂引风机、凝结水泵的节能情况。 二、高压变频器的工作原理 （一）变频器的结构：现以6kV五级单元串联多电平的高压变频器为例。 1．系统主回路：部是由十五个相同的功率单元模块构成，每五个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由干式移相变压器进行供电，原理如图1。 图1：变频器的结构 2．功率单元构成：功率单元是一种单相桥式变换器，由输入干式变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT以PWM方法进行控制（如图2所示），产生设定的 节能原理及计算方法 一、节能原理 风机和水泵，前者工作介质为液体，均属于流体机械设备。下面以风机为例说明它们的工作特性。特别是离心式风机及水泵，工作特性基本相同。以下就以风机为例说明他们的调速工作原理。 风机的工作特性图如下： 风机的工作特性图 由上图可以看出，风机工作的位置，即风机的风量是由风机特性曲线（风压特性）和管网特性曲线（风阻特性）决定的，无论是改变风机的特性曲线，或者是改变管网特性曲线，都可以达到改变风量的目的。 图中：风机特性曲线 H A =kQ 1 2 K——风机特性系数； 管网特性曲线 H A =Hc-λQ 1 2 λ——管网特性系数。 （一）工频工作方式 工频工作方式是指泵的特性曲线保持不变，而改变管网特性曲线。通常采取的方式是保持风机的特性曲线不变，即不改变风机的转速，而用调节挡板改变出 风口的大小，达到改变风量的目的。如下图所示： 工频工作方式时风机的工作特性图 从图中可以看出，风机工作在A点时，风量为Q 1，风压为H 1 。保持风机的转 速不变，用挡板将风量调节为Q 2时，风压将上升到H 2 ，风机工作点变为B点。 由于挡板的节流作用，风道的阻力曲线变为OB。 风机工作在A点时，其功率为P A ＝H 1 ×Q 1 /102； 风机工作在B点时，其功率为P B ＝H 2 ×Q 2 /102。 虽然Q 2 变频器的节能方式 变频器节能方式主要表现在风机、水泵、提升机的应用上。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。您知道变频器节能方式吗可以节省30%能源？因为软起动器是直起，自耦和星三角起动器到变频调速器的过渡产品，除电动机工作负载在90%以上工况，其他工况采用软起动起动方式的都可以采用变频器，因为变频器节能30%左右。当电机不能在满负荷下运行时，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。使用变频器可有效解决这一难题：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，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。 软启动节能，电机硬启动对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 变频调速节能风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。使用变频调速后，如果流量（风量）要求小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求，此时电动机的运行功率相应降低，从而达到节约电能的目的。(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。所队当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40％一50％，从而达到节电的目的。) 专用专用节能型变频器，主要应用于注塑机，空压机上。可节约能源15%-60%，大大降低了企业生产成本。实际上变频器的节能作用是与生俱来的。应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度 变频器的节电原理 常常听人说变频器能省电，说的人多了也就接受了，但一直没弄懂变频器为什么能省电，同时又能省多少，是高频省的多还是低频省的多？有用户还有如下几个疑问： a、如果两个一模一样的电机都工作在50HZ的工频状态下，一个使用变频器，一个没有，同时转速和扭矩都在电机的额定状态下，那么变频器还能省电吗?能省多少呢? b、如果这两个电机的扭矩没有达到电机的额定扭矩状态下工作(频率，转速还是一样50HZ)，有变频器的那个能省多少电? c、同样的条件，空载状态下能省多少，这三种状态下哪个省的更多? 爱德利变频器答：变频器可以省电这是不可磨灭的事实，在某些情况下可以节电40%以上，但是某些情况还会比不接变频器浪费! 变频器是通过轻负载降压实现节能的，拖动转距负载由于转速没有多大变化，即便是降低电压，也不会很多，所以节能很微弱，但是用在风机环境就不同了，当需要较小的风量时刻，电机会降低速度，我们知道风机的耗能跟转速的1.7次方成正比，所以电机的转距会急剧下降，节能效果明显。如果我们用在油井上，就会因为在返程使用制动电阻白白浪费很多电能反而更废电。 当然，如果环境要求必须调速，变频器节能效果还是比较明显的。不调速的场合变频器不会省电，只能改善功率因数。 1、如果两个一模一样的电机都工作在50HZ的工频状态下，一个使用变频器，一个没有，同时转速和扭矩都在电机的额定状态下，那么变频器还能省电吗?能省多少呢? 答：对于这种情况，变频器只能改善功率因数，并不能节省电力。 2、如果这两个电机的扭矩没有达到电机的额定扭矩状态下工作(频率，转速还是一样50HZ)，有变频器的那个能省多少电? 答：如果使用了自动节能运行，这个时刻变频器能降压运行，可以节省部分电能，但是节电不明显。 3、同样的条件，空载状态下能省多少，这三种状态下哪个省的更多? 答：拖动型负载空载状态也节省不了多大的电能。 比如关于“闭环控制”如是说。我认为有讨论的空间。文中的闭环概念太狭义了。闭环控制不仅仅是转速传感器反馈才算数。矢量控制时的频率控制就是闭环控制，而且是装置内部的闭环控制，V/F控制才属于开环控制，另外还有温度、压力、流量等等物理量的PID调节器反馈控制，都是闭环控制的范畴。而且都是可以通过变频器调节实现的。不应该将闭环控制概念解释得那么窄。 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 节能计算 一﹑概述据统计，全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行，采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能。生产机械中电动机的负载种类千差万别，为便于分析研究，将负载分为平方转矩﹑恒转矩和恒功率等几类机械特性，本文仅对平方转矩﹑恒转矩负载的节能进行估算。所谓估算，即在变频器投运前，对使用了变频器后的节能效果进行的计算预测。变频器一旦投运后，用电工仪表测量系统的节能量更为准确。现假定，电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，且变频器的效率为95%。 在设计过程中过多考虑建设前，后长期工艺要求的差异，使裕量过大。如火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的鼓风机,引风机的风量裕度分别为5%和5~10%，风压裕度为10%和10%~15%，设计过程中很难计算管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，但风机的系列是有限的，往往选不到合适的风机型号就往上靠，大20%~30%的比较常见。生产中实际操作时，对于离心风机﹑泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节，则增加了管路系统的阻尼，造成电能的浪费；对于恒转矩负载常用电磁调速器﹑液力耦合器进行调节，这两种调速方式效率较低，而且，转速越低，效率也越低。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的实施。本文介绍用以下的公式来进行节能的估算。 二、节能的估算1﹑风机﹑泵类平方转矩负载的变频调速节能风机﹑泵类通用设备的用电占电动机用电的50%左右,那就意味着占全国用电量的30%。采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板﹑阀门之类来调节，可节电20%~50%，如果平均按30%计算，节省的电量为全国总用电量的9%，这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，对风机﹑水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变频器对风机﹑泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即：对风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的关系的三次方成正比，即，再与采用挡板调节流量对应电机输入功率PL相减后再除以 节省的功率与系统调速前后的速差成正比，速差越大，节能越显著。 恒转矩负载变频调速一般都用于满足工艺需要的调速，不用变频调速就得采用其他调速，如调压调速﹑电磁调速﹑绕线式电机转子串电阻调速等。由于这些调速是耗能的低效调速方式，使用高效调速方 现有一台250KW风机,现采用星--三角起动运行,工作电流太约在360A左右,如果改成变频器, 一个小时能节多少电,太概多长时间能收回成本. 变频器节能计算方法 例如：当从50Hz降至45Hz得 公式：P45/P50=45（3次方）/50（3次方） P45=0.729P50 （2）当从50Hz降至45Hz得 已知：单台冷却器在工频耗电功率为250KW/h。 （3）∵P45=0.729P50=0.729×250=182.28 KW/h （4）单台电机节能：250-182.25=67.75 KW/h;为原耗电量节约为67.75/250×100%=27.1% （5）年节能：250kw×24h×30d×12m×27.1%＝585360KW；按1KW/h电费0.45元计算年节约共计585360×0.45＝263412元。 2. 公式：P45/P50=45（3次方）/50（3次方） P45=0.729P50 我想知道这个叫什么公式,这个公式怎么来的? 公式：P45/P50=45（3次方）/50（3次方） 这个公式是由风机工作特性决定的，由于风机是二次方负载，轴功率与转速的三次方成正比。 风机水泵类负载使用高压变频器节能计算 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：上述变量均采用标么值，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 3、电磁调速系统 电磁调速系统由鼠笼异步电机、转差离合器、测速电机和控制装置组成，通过改变转差离合器的激磁电流来实现调速。转差离合器的本身的损耗是由主动部分的风阻?磨擦损耗及从动部分的机械磨擦损所产生的。如果考虑这些损耗与转差离合器的激磁功率相平衡，且忽略不计的话，转差离合器的输入?输出功率可由下式计算： 电动机轴输出功率 式中：T2—转差离合器的输出转矩 n2 –-转差离合器的输出轴转速 电动机的输出功率，即为转差离合器的输入功率。对于恒转矩负载，T= T1 = T2=常数，所以，转差离合器的效率： 电磁调速电机为鼠笼式电机，由于输入功率和转矩均保持不变，鼠笼式电机的功率保持不变。损耗以有功的形式表达出来，损耗功率通过转差离合器涡流发热并由电枢上的风叶散发出去。 由损耗功率公式(10)可以清楚看到，电磁调速电机的转速越低，浪费能源越大，然而生产机械的转速通常不在最大转速下运行，变频调速是一种改变旋转磁场同步速度的方法，是不耗能的高效调速方式，因此改用变频调速的方式会有非常好的节能效果，节省的能量直接可用(10)式计算。 4?液力偶合器调速系统 液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量，电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载。液力偶合器有调速型和限矩型之分，前者用于电气传动的调速，后者用于电机的起动，系统中的液力偶合器在电机起动时起缓冲作用。由于液力偶合器的结构与电磁转差离合器类似，仿照电磁调速器效率的计算方法，可得： 同样，用(12)式可计算将液力耦合器调速改造为变频调速后的节能量。 5?绕线式电机串电阻调速系统 绕线式电机最常用改变转子电路的串接电阻的方法调速，随着转子串接电阻的增大，不但可以方便地改变电机的正向转速，在位能负载时，还可使电机反向旋转和改变电机的反向转速，因此这种调速方式在起重﹑冶金行业应用较多。 对于绕线式电机，无论在起动?制动还是调速中，采用转子串电阻方式均会带来电能损耗。这种损耗随着转速的降低，转差率S的增大而增大，另外，随着串接电阻的增大，机械特性变软，难以达到调速的静态指标。变频器节能效率计算
变频调速的计算
变频器节能计算方法
变频器调速节能的计算方法
变频调速器的节能节电技术原理及其应用技术
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变频器在工作过程中是如何实现节能
高压变频器节能计算
节能原理及节能计算
H 1 ，所以P A 与为P B 的值变化不大，说明采用工频工作方式 时，改变风机的风量，风机的轴功率减小有限。 （二）变频工作方式 变频工作方式是指管网特性曲线保持不变，而改变风机的特性曲线。通常采取的方式是保持管网特性曲线不变，即不改变风机出口的大小，而改变风机的特性曲线，即改变风机的转速，达到改变风量的目的。如下图所示： 风机工作在A点时，其功率为P A ＝H 1 ×Q 1 /102； 风机工作在B点时，其功率为P B ＝H 2 ×Q 2 /102。 Q 2
H 1 ，所以P A 与为P B 的值变化较大，说明采用变工频工作方式 时，改变风机的风量，风机的轴功率减小很大，节能效果显著。
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节能计算方法
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