变频调速电机在风机泵类负载中的应用
风机水泵类产品负载介绍
风机水泵类产品负载介绍
风机水泵类负载是典型的变转距负载，即风量与转速成正比，转距或风压与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比，故在低速运行时，负载转距非常小。
通常风机水泵类负载多是根据满
负荷工作需用量来选型，实际应用
中大部分时间并非工作于满负荷
状态，当采用电机直接方式，由于
转速无法调节，常用挡风板、阀门
来调节风量或流量，这样不仅造成
能源的浪费而且由于过大的启动
电流造成电网冲击和设备的震动
和水锤现象。
采用变频调速器控制风机、泵类负载是一种理想的控制方法，当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）的三次方，即50%左右（理论依据：流量：q2/q1=n2/n1；扬程：h2/h1=(n2/n1)2；输入功率：p2/p1=(q2/q1)*(h2/h1)=(n2/n1)3；其中：q:流量，n:转速；h:扬程，p功率。
举例：当前转速下降到额定转速80%时，n2=0.8n，功率p2=0.8*0.8*0.8p=0。
512p，即当前速度下降到80%，所需要的功率只需要原来的51%,这样的节能特性是风机和水泵本身特性所决定，不是变频器所决定的。
），去除机械损耗，电机铜、铁损等影响。
节能效率也能接近40%，同时可以方便地实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。
由于变频器可方便地控制电机的启停时间及加减速电流，避免了启动时对电网的冲击，降低设备故障率，消除震动和水锤现象，延长设备使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。
变频器在风机水泵中的应用
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目
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电 动 机 转 速
（单 位 一 ＲＰ吣
图 １ 变频 器驱 动 电机 机械 曲线 图
８ ８
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
依据风机和水泵流体机械来说 明转速与节能 的 曲 关系， 流体机械 的转速变化与其流量 、压力和功率之 。
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， 了启动时的电压冲 避免
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
ｅ 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。
耋
器 、绕线电机电刷等容易损坏 的缺点， 了故障和 降低
事故的发生交流变频调速是交流 电动机调速方法 中 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， 高经 提
用 电量 占工业 用 电的 ６％ 以上 ， 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 ０ 如
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 ＰＤ调节 Ｉ 造业又严重缺电的国家， 国之策。随着电力电子 软件 ， 是兴 直接调节 电动机 的转速保持恒定 的水压 、风 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
浅析变频调速在通风系统中的应用
・ ２ ５・
浅析变频调速在通风系统中的应用
冯 ห้องสมุดไป่ตู้ 山
（ 黑龙江省城镇住宅建筑工程公 司 ， 黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 随着科 学技 术的发展 ， 在 当前社会的通风 系统 中， 各种先进的通风技术和通风设备层 出不穷 ， 从 而为提 高人们的生活质量奠 定 了坚实的基础 。而 随着这些技术和设备在通风 系统 中的应 用， 使通风 系统的运行效 率和质 量都得到 了大幅度 的提 高， 从 而使其能够更 好 的为大众服务 。变频调速技 术是 当前通风 系统 中一种常见 的技术 ， 随着 变频调速技术在通风 系统 中的应 用 ， 不仅提 高了通风 系统的运 行 效率和质 量 ， ｌ ｆ ａｇ 够有效 的降低通风 系统的能耗 ， 为社会 节约 大量的能 源。因此 ， 变频调速技术在众 多通风技术 中独 占鳌头， 深受广大 用户的欢迎。而为了使 变频调速在通风 系统 中的应用更加完善 ， 就 必须要加 大对 变频调速在通风 系统中应 用的研究力度。通过对边坡调 速技 术的深入研 究 ， 并对其在通风 系统 中的应进行 了深入 分析 ， 以供 同行探讨。
关键词 ： 变频 调 速 技 术 ； 通 风 系统 ； 应 用
变频调速技术是一种电力电子技术和自动控制技术以及微电 由于 中央空调系统中都是各种风机 、 泵类负载， 根据流体学原理 子技术 等于一体 的高新技 术， 其 以独具 的高调速性能 和节能效果在 可知应用变频器后， 节能效果显著。 当前社会 的各个领域得 到了广泛 的应用 。 并且边坡技术还是世界上 ４中央 空调变频调速系统的控制 认为应用 范围最广和效率最好 的电气传动方案 。随着社会 的发展 ， 依据 中央空调系统 的外部热交换 由两个循环水系统来完成。循 人们 的生活生产水平不断提高 ， 人们对现代 的通风系统也提 出了更 环水系统 的 回水与 进（ 出） 水 温度之差， 反映 了需要 进行热交换 的热 高 的要 求， 而随着科 学技术 的发展 ， 在 当前社会 的通风 系统 中， 各 种 量。 因此， 根据 回水与进（ 出） 水温度之差来控制循环水 的流动速度， 从 先进 的通风 技术和通风设备层 出不 穷， 从而 为提 高人们 的生 活质量 而控制了热交换 的速度， 是 比较合理 的控制方法。 奠定 了坚实 的基础 。而随着这些技术 和设备在通风 系统 中的应用 ， ４ ． １ 冷冻水循环系统的控制 使 通风 系统 的运 行效率和质量都得 到了大幅度 的提高 ， 从而使其 能 由于冷冻水的出水温度是冷冻机组“ 冷冻” 的结果， 常常是比较 够更好的为大众服务。 而随着边坡调速技术在各个适合各个领域的 稳定 的。 因此 ， 单是回水温度 的高低就足 以反映房间内的温度 。 所 以， 应 用发展， 在 当前的通风系统 中也应用 到了边坡调速技术， 随着变频 冷冻泵变频调速系统， 可 以简单地根据 回水温度进行如下控制： 回水 调 速技术在通风 系统 中的应用， 不 仅提高 臣 风 系统的运行效率 和 温度高， 说 明房 间温度高， 应提高冷冻泵的循环速度 ， 以节 约能源 。 反 质量， 还能够有效的降低通风系统 的能耗， 为社会节约大量 的能源资 之则反。总之， 对于冷冻水循环系统， 控制依据是回水温度， 即通过变 源 。为了提高变频调速技 术在通风系统 中 用效率和质量 ， 对其 频调速， 实现 回水 的恒温控制嘲 。 ４ ． ２ 冷却水循环 系统 的控制 进行深 入的分析意义 重大。从变频调速技术 的发展 出发， 对变频调 速在通风 系统 中的应用进行 了探讨 ， 希望能够起 到抛砖 引玉的效果， 由于冷却塔的水 温是 随环境温度而变 的， 其单测水温不能准确 进而为变频调速在通风系统 中的应用起到一定的参考作用 。 地反映冷冻机组 内产 生热量 的多少 。所 以， 对于冷却 泵， 以进水和 回 １ 变频调速技 术的发展 水间 的温差作为控制依据， 实现进水和 回水间 的恒温差控制 是 比较 交流变频调速技术是集 电力 电子 、 自动控制 、 微 电子 、 电机学等 合理的。温差大， 说 明冷冻机组产生的热量大， 应提高冷却泵的转速， 技术集成 的一项高技术 。它 以其优 异的调遣 Ｉ 生能 、 显著的节能效果 增大冷却水的循环速度； 温差小， 说明冷冻机组产生的热量小， 可以 和在 国民经济各领域 的广泛 的适 用性而被 国内外公认 为是世 界上 降低冷却泵 的转速， 减缓冷却水 的循环速度， 以节约能源。 ５中央空调末端送风机 的变频控制 应用最广 、 效率最高 、 最理想 的电气传 动方案， 是 电气传动 的发 展方 向。 它为提高产 品质量 和产量， 节 约能源、 降低消耗， 提高企业经济效 随着生 活水平 的提高， 人们 已开始关 注生活与工作 环境 的舒 适 益提供 了重要的新手段 。 ‘ 性。 大型公共建筑均设置有 中央空调 系统 ， 而大多数 中央空调 的运 据统计， 我国电动机装机总容量约 ４ 亿多 Ｋ Ｗ， 其 用 电量 占当年 行， 绝大部分末端机采用开 ， 关控制方式， 难以满足人们对舒适感的 成本进一步下降， 使得这一要求成为现 全 国发 电量 的 ６ ０ ％～ ７ ０ ％， 而风机 、水泵设 备装机 总功率达 １ ． ６ 亿 妻求。变频技术的飞速发展， Ｋ Ｗ， 年耗 电量 ３ ２ ０ ０ Ｋ Ｗ・ ｈ ， 约 占当年全 国电力消耗总量 的 ｌ ， ３ 。而应 实 。 ‘ 用变频器节 电率一般 在 ２ ０ ％～ ６ ０ ％， 投资 回收期 １ － ３年， 经 济效益相 结束语 、 当可观。 所以大力推广应用变频调速技术不 仅是 当前推进企业 节能 在科学技术高速发展的新时代， 社会各个行业和领域中都涌现 降耗 、 提高 产品质量 重要手段 ， 而且也是 实现经济增 长方式转 变 的 出了大批先进 的技术 和设 备， 从而为现代社会 的发展 起到了重要 的 必然要求 【 】 】 。 作用 。 变频调速技术是一种电力 电子技术和 自 动控制技术 以及微 电 ２变频器与节能 一 一 子技术等 于一体 的高新技 术， 其 以独具 的高调速性 能和节能效 果在 在工农业 行产各人们 的 日常生 活 中， 经 常需要对一些 物理量进 当前社会的各个领域得 到了广泛 的应用 。 在现代的通风 系统 中也应 行控制， 如空 调系统的温度 、 供水 系统 的水 压 、 通风 系统 的风量等， 这 用到了边坡调速技术， 随着变频调速技术在通风系统中的应用， 不仅 些系统绝大多数是用交 流电机驱动 的。 以前 由于电机 的转速无法方 提高 了通风系统 的运行效率 和质量 ， 还能够有效 的降低通 风系统的 便调节， 为了达到对上述物理量的控制， 人们 只好 采用一些简单 的方 能耗， 为社会节 约大量的能源资源 。通过本文对通风 系统 中变频调 法， 如用 档板调节 风量， 用 阀门来 调节 流量压力 等， 致 使这些系 统不 速的深入 分析， 相 信读者对其也有 了更 深刻 的认识， 并 且随着科 学技 仅达 不到很好 的调节 效果， 而 且大量 的 电能被 档板和 阀门 白白浪 术 的发展 ， 变频 调速技术也 更加完善 ， 因此可 以预见， 变频调速在将 费 。根据交流 电机 的特性， 要实 现连 续平 滑的速度调节， 最佳 的方法 来 的通风系统 中的应用必定会更加完善成熟 ， 从而使通风 系统 的运 就是 采用变频 调速器 ， 变 频器是将 标准 的交 流 电转成 频率 、 电压 可 行效率和质量得到进 步提高指 日 可待。 变的交流 电， 供给 电机并 能对 电机转速成进行调 节＿ 的装置 。采用变 参考文献 频器进行风机、 水泵的节能改造， 不仅避免了由于采用挡板或阀门 【 ｌ 】 刘新生． 国家大剧 院音 乐厅 空调机组 变风量运 行改造 『 Ｊ １ ． 暖通 空 造成的电能浪费， 而且还会极大提高控制 和调 节的精度， 我们可 以真 调 ， ２ ０ １ １ （ ８ ） ． 正方便地实现恒温空凋系统和恒压供 水系统。 【 ２ 】 杜 建明． 变频调速供 水 系统节 电效果显 著［ Ｊ 】 ． 应 用能 源技 术， １ ９ ９ ９ ３负载与节能关 系 。 。 ｆ ２ ） ． ３ ． １ 负载类型与节能关系 ，一 生产 机械各式各样 ， 种类繁多， 但负载类型主要分三类。 ３ ． ２几种典型负载与节能关系
变频技术在风机、泵类负载节能中的应用
变频技术在风机、泵类负载节能中的应用摘要：本文通过变频调速在风机、水泵类设备上的应用，阐述了风机、水泵变频调速的节能原理。
介绍了风机、水泵负载对变频器的性能要求。
关键词：变频器；风机、水泵；节能；0.前言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。
造成这种状况的主要原因是：风机、水泵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，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。
由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20％～50％，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。
因此推广交流变频调速装置效益显著。
1.变频调速节能原理1.1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，如果风机、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％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％。
2.2 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，使用变频调速装置后，由于变频器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。
浅谈变频调速技术在风机、泵类中的节能应用
频器 ）易操 作 、免 维护 、控制精 度 高 ，并 可 以实 现高 功能化 等特点 ，采用 变频 器驱动 的方案 开始 逐 步取代风 门、挡板 、阀 门的控制方 案。 变频调 速技 术的 基本原 理是根 据 电机转速 与 工作 电源输人频 率成正 比的关 系 ： ＝ Ｏ （ － ）ｐ ｎ６ ｆ １ｓ ／，
（－ ） ＯＵ （ －） Ｑ ’ Ｈ
：
． 二 ／
Ｉ
（４Ｏ ０
Ｈ
负荷 ，１ ｈ 运行 在５ ％负荷 ；运 行时 间在３ ０ 。 ３ ０ ０ ｄ
ｌ —
图 ｌ 阀 门调 节 功 耗
图 ２ 变速 调 节 功 耗
图１ 为水 泵用 阀 门控 制 时 ，当流 量 要求 从 Ｑ１ 减 小 到Ｑ２ ，必须 关小 阀门 。这时 阀 门的磨擦 阻力 变 大 ，管路 曲线 从Ｒ移 到Ｒ ，扬 程 则从 Ｈａ ， 上升 到
删 蟪 Ｉ ＇ ｔ
新疆 化 工
４ ３
配 备 电机功 率 ：７ Ｋ ，额 定 电流 ：１ ８ ５Ｗ ３ Ａ， 额定 电压 ：３ ０ ８ Ｖ，转速 ：１７ ｒ ｎ ４ ７／ ，为上 海 江宁 ｍｉ
电机厂制 造 。
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● 酗
Ｉ ｈ
水 泵连 续２ ｈ 行 ，其 中每天 １ｈ 行在 ９ ％ ４运 运 ｌ ０
下 降 到Ｈ 。 。 根 据离 心泵 的特 性 ｆ 线公式 ： Ｈ １
Ｎ＝Ｒ ＱＨ／１２ ０ｑ
例３
根据 图３ 计算 ，则 每年 的节 电量 为 ：
Ｗ１７ ｘ ×（１０ －７ ％ ）ｘ ３ ０ ７２０ Ｗ ｈ
Ｗ２ ７ ｘ ３ （ ５ － ２ ％ ）ｘ ０ ＝ １ ３ ５ Ｗ ’ ＝ ５ １ｘ ９ ％ ０ ３０ ２９ ７ｋ ｈ
变频调速技术在风机泵类负载电机中的节电设计及测定
率 变频 器 的应 用数 量 、应 用范 围仍 然 停 留在 较低
的流 量 不 需 要频 繁 调整 ，因此 ，根 据 现 场 需要 ，
维普资讯
第 １卷 ０
第５ 期
电 子元 嚣 件 主 用
Ｅｌｃｒ ｎ ｃ Ｃ ｍｐ ｎ ｎ ＆ Ｄｅ ｉ ｅＡｐ ｌ ａｉｎ ｅ ｔｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｖｃ ｐｉ ｔ ｓ ｃ ｏ
Ｖ０ ．０ Ｎｏ５ １ ． １
Ｍａ ．２ ０ ｙ ０８
２ ｏ 年５ ０ ８ 月
变频调速技术 在风机 泵类负载 电机 中的节 电设计及测 定
洪 国 慧
（ 苏盐城 卫 生职 业技 术 学院 影 像 系，江 苏 盐城 江
摘
２４ ０） ２ ０ ０
要 ：给 出 了应 用 变频调 速技 术 ，并 通过 改 变输 入 到异 步 电动机 上 正 弦交 流 电的频 率来 实
交 流变 频调 速技 术 是二 十 世纪９ 年 代 迅 速发 ０
变成 频率 和 电压 可调 的交流 电 。最 后输 出到交 流
展起 来 的一 种新 型 电力 传动 调速 技术 。主 要用 于
交 流 电动机 的变 频 调速 。其 技术 和 性能 胜 过其 它
电动 机 。以实 现交 流 电机 的变速运 行 。
结 合现 场实 际 工况 。总结 出一 套行 之有 效 的节 电 率测 试方 法 。
１ 交流 变 频 调 速 技 术 的节 能原 理
变频调速技术在风机、带类改造中的应用及节能分析
变频调速技术在风机、带类改造中的应用及节能分析摘要：皮带、风机类设施在加工生产业以及制造业被广泛的推广应用。
皮带、风机类设施不仅消耗的电量多，而且在检修以及养护所花费的也很多，其一共费用就占了总费用的百分之七到百分之二十五。
新兴起来的变频调速工艺不仅具有优秀的调速技术、超越的省电成果，对设施的工作情况能够有所帮助提高。
提升设施工作效率以及成套设备的安全稳定性。
设施能够使用更久的时间。
关键词：变频调速技术；变频器；电动机；风机、带类设备1 主要设备类型分析1.1 速度和频率计算皮带在正常运转时属于恒转矩负载。
工艺要求在转速范围为5-10.5转，分钟，我们试选择减速箱变比k1为29.8：l，链条传动的变速比k2为4：l。
通过计算得：电动机的最高工作转速：10.5×（k1×k2）=10.5×29.8×4=1251.6转，分钟电动机的最低工作转速：5×（ki×k2）=5×29.8×4=596转，分钟；电动机的最高工作转速对应的变频器输出电压频率：50×1251.64+1440=43.5（hz）；电动机的最低工作转速对应的变频器输出电压频率：50×596÷1440=20.7（hz）。
以上选择基本满足生产工艺及电动机散热的要求。
1.2 变频改造主要设备的规格参数齿轮减速箱：型号为r103ybl32s4，输出额定转速为48转/分钟，输出最大转矩为1100（nm）。
电动机：型号为ybl32s-4，额定电压为380v，额定电流为11.6（a）绝缘等级为f级，额定功率为5.5（kw），接法a，额定转速为1440r/min。
变频器：型号为frn5.5g11s-4cx，标准适配电动机5.5kw，调频范围0.1-40hz，频率精度（模拟设定）正负0.2%的最高频率。
额定容量9.9kva，额定输出容量为13a，输出电压为380v（三相，50/60hz），逆变器igbt。
变频调速技术在风机及泵类中的节能应用
和 变 速 调 节 各 自所 消耗 的 功 率
假定 水
往 往 采 用 调 整 阀 回 流 阀 截 止 阀等节 流
、 、
泵 效率
1 1=
0 6
．
。
设 备进行流量
、
压力
、
水位 等 信 号 的 控
，
在工 业 生 产和产 品加工 制造业 中
、
，
制
腔
。
这 样 不 仅 造 成 大量 的 能源 浪 费 管
，
风 机 泵 类 设 备应 用 范 围广 泛 其 电能 消
H = 15
m
代 风 门 挡板 阀 门 的 控制方案
、 、
为 ：N
。
0 9 8 1 0 x 1 5 x 6 6／ 6 x 3 6 0 0 x 1 0 0 0 = 0 5 k W
．
综述
通 常在 工 业 生 产
、
变频 调 速 技术 的 基 本 原 理 是 根 据 电 产 品加工 制造 业
、
可 见 变速 调 节 比节 流 调 节 经 济 因
越 的调 速性 能 显 著 的节 电效 果 改 善 现
、
时 常 出现 泵 损 坏 同 时 电机 也 被烧 毁 的 现
1000
一
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，
象 近 年来 出 于 节 能 的 迫 切需 要 和 对 产
。
，
( 1 )节 流 调 节 由 上 图 知 ：流 量 为 6
，
．
6
有设 备 的运 行 工 况
，
提 高 系统 的安 全 可
牵变所电容选 引电蓄池量择
（） ２ 电压校正 结论 ：
１ ２ ７
表１ 环境温度对可用容量的影响关系