风机水泵变频调速的节能运行原理
风机水泵节能原理
风机 / 水泵节能原理一、风机，水泵工作现状分析1、概述风机，水泵是目前工业现场中应用较多的设备，而且电机功率较大。
在我国，电能最大的用户是电机，约占总耗的70%。
其中风机，水泵耗电占全部电能的50%，在通常设计中，用户配用电机的设计容量都要比实际高出很多。
也就是大马拉小车现象，同时原风机、水泵的送风、送水系统控制大多数都是采用控制调节阀门的开度来实现送风、送水量的大小，不管需要的风量、水量是大是小，风机、水泵则都是以设计时的最高转速运行，由于使用阀门调节开度来实现变风量、水量的控制，调节方式不方便，造成维护成本增加，系统不稳定性，管网损耗增加，又浪费大量的电能，即“放风、放水就是放电”白白浪费掉，同时电机在工频状态下频繁开/停比较困难，对电网冲击较大，势必造成开/停机时的电流冲击，传统的调节方式已经不能满足现代企业生产工艺的需求，在风机、水泵、等应用领域，引入节能控制技术，能达到很好的节能效果，同时，也降低了电机启动时对电网的冲击，提高了设备的功率因数，延长了机械系统的使用寿命，消除“水锤效应”对管道的冲击，提升了系统的可靠性，另外，因为节电器强大的保护功能，对设备起到了很好的保护作用，有效降低了设备的维护成本。
近几年，随着现代电力电子技术的不断推广与应用，从实践结果来看，WSD-E90专用节电器得到了良好经济效应与社会效应，并且，也得到用户的广泛认同。
1）电能浪费风机／水泵，挡板、阀门的调节控制风量／水量，风机／水泵的转速恒定，由挡板／阀门来控制风量／水量，造成能量的大小与电机输出功率不成比例，造成大量的能量浪费。
2）对生产工艺中负荷的适应能力差由于生产负荷在变化，而风门／阀门的调节也在不断变化，若风量／水量不稳定，就会造成风压／水压的变化，影响到工作效率和生产质量。
3）电机起动冲击电流大，管道的“水锤效应”电机启动采用降压起动方式。
在启动过程中起动冲击电流是额定电流的3-4倍，对电网电压冲击很大，“水锤效应”对管道的危害，操作复杂设备故障率高，维护费用高，造成停产损失大。
为什么风机水泵类使用变频效果好
为什么风机水泵类负载使用变频器节能效果好？
根据流体力学的基本定律可知：风机水泵类负载是典型的平方转距负载，其主要特点是：转速n与转矩T以及负载功率P具有如下关系：T∝n2，P∝n3。
即转矩与转速平方成正比，功率与转速立方成正比。
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，所以，只要平均转速稍微下降一点，负载功率就下降得很快，从而达到节能效果。
但采用电机直接起动方式时，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起动电流造成电网冲击和设备的震动及水锤现象。
采用变频器调速时，可以根据实际工艺需要方便地控制速度。
例如：当电机转速为额定转速的80%时，负载功率为额定功率的（80%）的三次方，即50%左右。
这样可见，转速下降二成，节能达四成多。
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。
使用变频器避免了起动时对电网的冲击，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。
浅析变频调速电机节能技术
击 ，减少 电动机故 障率 ，延长使用奉命 ，同时 也降低 了对 电网的容量 要求和无功损耗 ，因此 为达到节能 目的推广使用变频 器已成为各地节 能工作部 门以及各单位节 能工作的重点。 以某 钢铁厂一号锅炉现有鼓风机和 引风机 各一 台 ，
分别配用 １ ６ ０ ｋ ｗ和１ ８ ５ ｋ Ｗ 电 机 ，风 量 分 别 在
变频 调速 技术 制造 业有 着非常 广 泛的运 缩机。主要原因在于节 电率百分 比相 同的情 况 用 ，因为采用该技术既对产量有着较大 的提 高 下装机容量愈大 ，其绝对节 电量也 愈大。对 风 作用 ，理论上提 高 ５ —１ ０ ％ 转速 是可行的 （ 主 机 、泵 、压 缩机而言 ，对应 电机输入功率 与流 要受电机轴承制约）。也可改善产 品质量 ，随 量 的关系的三次方成正 比，急系统调速前 后的
据悉 ，电机运 行 所消耗 的 电量大 约 占到 全世界用 电量的一半 以上。出于对起动冲击、 过载保护、 系统安全等处于对 电机保护的原因， 高效能的 电动机经常在低功率状态下运行，这 种“ 快马拉慢车”的情况工业生产中十分 常见 。 变频调速就 是通过 改变 电源频率调整 电动机转
着 电机速度的变化 ，在生产加工 中的 电机速度 调 节具有 调速跨度大、调节精度高、响应速度 快 的优点 ，相应的也就提高 了产品的质量 。最 后变 频调速 特别适宜使用于常规 电机功能无法 企 及的场合，由于变频技术 自动化程度高 ，易
速差成 正比，速 差越大 ，节能越显著 。除去机 械 损耗 、 电机 铜 、铁损 等 影响 ，节 能效 率 也 接近 ４ Ｏ ％。 由于采 用变 频器 还 可 以实现 电动 机 的软停止 、软起动 ，避免 了启动时的 电压冲
浅谈风机水泵自控系统变频节能改造
浅谈风机水泵自控系统变频节能改造【摘要】风机水泵自控系统变频节能改造是针对传统系统的能耗高、效率低等问题进行改进的一种技术方案。
本文首先从背景介绍入手，探讨了传统系统存在的问题。
然后介绍了变频节能技术的原理及其在节能改造中的应用。
接着提出了改造方案，并分析了实施效果和技术难点。
实施效果方面，通过数值数据展示了改造后的节能效果。
技术难点方面，重点探讨了在实施过程中可能遇到的挑战和解决方案。
结论部分总结了本文讨论的主要内容，强调了节能效果显著，推广应用前景广阔。
最后指出了该技术的重要性，并展望了未来的发展方向。
【关键词】风机，水泵，自控系统，变频，节能改造，引言，背景介绍，变频节能技术原理，改造方案，实施效果，技术难点，节能效果显著，推广应用前景，总结1. 引言1.1 引言风机水泵自控系统变频节能改造是当前工业领域中的一项重要技术革新，通过引入变频节能技术，可以有效地提高设备的运行效率，降低能耗，实现节能减排的目的。
随着我国工业化进程的加快，能源消耗量逐渐增大，能源资源的紧缺和环境污染等问题也日益突出，因此加强节能减排工作，实现能源的有效利用已成为当前重要的任务。
风机水泵系统在工业生产中广泛应用，传统风机水泵系统运行时常常以全速运行，无法根据实际需求合理调节运行状态，造成能源的浪费。
而通过引入变频技术，可以根据实际负荷需求来调节设备的运行速度，实现精确控制，达到节能减排的效果。
对风机水泵自控系统进行变频节能改造具有重要的实际意义和推广价值。
本文将从背景介绍、变频节能技术原理、改造方案、实施效果和技术难点等方面进行探讨，以期为风机水泵自控系统的节能改造提供一定的参考和借鉴。
部分结束。
2. 正文2.1 背景介绍风机水泵系统在工业生产中广泛应用，其耗电量通常很大，而且运行效率低下。
为了改善系统的运行效率和降低能耗，风机水泵自控系统变频节能改造逐渐成为一种流行的解决方案。
变频节能技术能够根据实际负荷的需求自动调节电机的转速，从而降低系统运行时的能耗。
浅谈风机水泵节能的重要方法——变频调速
１ 运 行机 理
众所周知 ，变频调速顾 名思 义就是通过改变输 入电源频 率来调节电动机的转速 ， 根据交流异步电动机 （ 以下简称 电动 机） 的转速表达 ，＝ ０厂 １ｓ ／ （ 中 ： ｎ６ （ 一 ）】其 ｊ ｎ为电动机 的转 速 ， 为电动机 的转差 率 ，为 电源频率 ， 厂 Ｐ为电动机定子 绕组极对 数 ）可 ｒ， ， 见 改变 ， Ｐ任何 一项值都 町以改变电动机的转速 ，
但 由于 在 实际 应 用 中改 变 ， 实 现 调速 的设 备 比较 复杂 ， Ｐ来 调
以， 风机的节能 ‘ 法同样也适用于水泵 ， 在这里就不再赘述
２ 优 点及 不足
２ １ 优 点 ．
ａ ）变频 凋速范 围 内肩 动时 间短 ， 启动 电流小 并且启 动 平稳， 真正实 现零 到令速 的半滑无 极调 速 ， 电网及电机 ＿ 对 尢 冲击 ， 可减少机械磨损 ， 长机械使用寿命 。 延 ｈ）操作 方便维护 简 单， 无需 设置 调节挡 板 ， 节流 阀等 ， 避免 了节流带来 的能 量损 耗。需要调 节流量 、 力时 ， 压 根据 ｝ ｊ ｉ 『
公 式 可知 ， 要 调 节 频 率 来 改 变 电动 机 转 速 即 可 。 只
、
速效率低 、 范用小 ， 而且电动机选定后一般 ， Ｐ已为定值 ， 现在 已多不采用 。而变频调速可在 电机外 自由调节控制 ｆ 电动 给
机， 因此 ， 在实际应用过程 中我们多以改变供 给频率来达 到调 速节能的 目的， 这也是变频调速发展较快 的因素之 实践证
维普资讯
２０ ０ ６年第 ３ （ 期 总第 ４ ２期 ）
节能原理及节能计算
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 HA =kQ12K——风机特性系数；管网特性曲线 HA =Hc-λQ12λ——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Q1，风压为H1。
保持风机的转速不变，用挡板将风量调节为Q2时，风压将上升到H2，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PA ＝H1×Q1/102；风机工作在B点时，其功率为PB ＝H2×Q2/102。
虽然Q2<Q1，但H3>H1，所以PA与为PB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PA ＝H1×Q1/102；风机工作在B点时，其功率为PB ＝H2×Q2/102。
Q 2<Q1，而且 H2>H1，所以PA与为PB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。
风机变频
风机、水泵变频调速节能分析来源:希望森兰科技股份有限公司发布时间:2005-03-15 点击次数:671 能源是国家重要的物质基础，能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义经济建设的主要因素之一。
在能源问题上国务院提出“节约与开发并重”的方针，就是依靠技术进步，把节约能源以解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。
据不完全统计，全国风机、水泵、压缩机就有1500万台电动机，用电量占全国总发电量的40～50%，这些电动机大多在低的电能利用率下运行，只要将这些电动机电能利用率提高10～15%，全年可节电300亿kW以上。
根据火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%～10%，风压裕度分别为10%和10%～15%。
设计过程中很难计算管网的阻力、并考虑到长期运行过程中发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上靠，裕度大于20～30%比较常见。
因此这些风机运行时，只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。
风机和水泵的机械特性均为平方转矩特性，水泵运行时，靠阀门的开度调节流量来满足供水要求，工况与风机相似，靠调节风门、风道档板或阀门的开度来调节风机风量，水泵流量的方法、称为节流调节，在节流调节过程中，风机或水泵固有特性不变、仅仅靠关小风门、挡板或阀门的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机，水泵的节能运行。
采用调速控制装置，通过改变风机水泵转速，从而改变风机风量，水泵流量以适应生产工艺的需要，这种调节方式称为风机水泵的调速控制。
风机、水泵以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高。
交流电机的调速方式有多种、变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现，风机水泵的无级调速，并可方便地组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量控制。
一、风机水泵变频调速的节电原理：如图示为离心风机水泵的风压、（水压）H-风量（流量）Q曲线特性图：n1-代表风机水泵在额定转速运行时的特性；n2-代表风机水泵降速运行在n2转速时的特性；R1-代表风机水泵管路阻力最小时的阻力特性；R2-代表风机水泵管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
风机水泵压缩机变频调速节能技术讲座(六) 第二讲 水泵变频调速节能技术(1)
（） 率 ：水 泵 的输 出功 率 （ 效 功率 ）ｕ ４效 有 Ｐ 与输 入功 率 （ 轴
功 率 ）之 比 ，称 为 水 泵 的效 率 或 全效 率 ，以ｎ 表 示 ： Ｐ
Ｔ ＯＲＬ ＮＶＥＲＴ ＨＥ Ｗ Ｄ ＯＦ Ｉ ＥＲＳ １ ３ ３
— — ～——］
， ： ７
霸 器勇 年 ＿ 瞬略 ６
风机 水 泵 压 缩机 变频调 速 节能 技 术讲 座 （ 六）
第 二 讲 ： 变频 调 速 节能 技 术 （） 水泵 １
国家 电力公 司热 工研 究院 自动化 所
徐 甫荣
（ 上期） 接
ｌ 概 论
风 机 与 水 泵 是 用 于 输 送 流 体 （ 体 和 液 体 ） 机 械 设 气
式 中 ：Ｑ — 水 泵流 量 （ ／） — ｍ ： ｓ Ｈ— — 水 泵 扬程 （ Ｐ ｇ ； ｉ ＝ Ｈ） ｎ， 厂＿ ７ 传 动 装 置效 率 ：
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 。
： —
ｐ ｎＯ ｇ
—
一
簇 梳 状 曲线 不 同 ，其 出 口压 力 （ 程 ） 着 流量 的增 加而 扬 随
Ｐ
１ ０ Ｐ ００
单 调 下 降 ，零 流量 时 的扬 程 称 为 关 死 点扬 程 。水 泵 的 静扬 程 （ ｓ 一 般 都不 为零 ，图２２ Ｈｔ ） —所示 为静 扬程 占到 关死 点 扬程
式 中 ：Ｚ２ ｐ 、 ２ ｚ１ Ｐ 、 分 别 为 泵 的 出 口截 面 、２ ｖ 与 、 １ Ｖ１
２ 进 口截 面 １ 和 的位 置 高 度 、 压 力 和速 度值 。泵 的 扬 程 即 为 泵 所 产 生 的总 水 头 ，其 值 等 于 泵 的 出 口总 水 头 和 进 口总水 头 的代 数 差 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
风机水泵变频调速的节能运行原理
风机和水泵是典型的变转矩负载。
变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。
风机和水泵的电动机的轴功率P 与其流量（风量）Q ，扬程（压力）H 之间的关系式如下：
P ∝Q×H ④
当流量由Q 1变化到Q 2时，电动机的转速为N 1、N 2，Q 、H 、P 相对于转速的关系如下：
Q 2＝Q 1×（N 2／N 1）
H 2＝H 1×（N 2／N 1）2 ⑤ P 2＝P 1×（N 2／N 1）3
而电动机的轴功率P 和转矩T 的关系为： T ∝P ／N 因此：T 2＝T 1×（N 2／N 1）2 ⑥
由式⑤和式⑥可以看出，风机和水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。
图6（a ）显示出了风机和水泵的扬程（压力）与风量（流量）的关系曲线，图6（b ）显示出转矩与电机速度的关系曲线：
从图6中可以看出，在低速时，功率会有很大的下降。
由于风机或水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时风机和水泵效率很低，机械磨损大，容易损坏电机。
从理论上讲，速度降低10％时会带来30％左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效果。
风机水泵在改用变频调速前，要根据实际工况首先取得设备运行
的技术参数，进
行改造前的一些必要的技术论证，计算是其中最为重要的一个环节，而节能估算又是论证计算中关系到用户是否体现经济效益的重要环节。
在节能方面的计算是无法非常精确的，这是由于实际工况中有许多无法精确预算的影响因素存在。
因此，只能称其为“节能估算”。
节能是指能量形式相互转换过程。
包括能量转换为功的过程中，
H 2H 1转矩T 功率P 21转速 100%
图6(a)
图6(b)
努力减少多余的能量消耗，即所谓“所费多于所当费，或所得少于所可得”的那部分能耗，而“当费”与“可得”的那部分是不能被节约的。
对于电力产生的消费来说，“可得”是指发电机应得到的发电效果，“当费”是指用电器（包括电动机）做功的耗效果。
这“少得”与“多费”的部分能源，恰是我们有可能节约，并有所作为的。
采用交流电动机变频调速系统替代其恒速运动能够节能，对节能效果的计算取决于：
确定合理的基准线电动机功率；
确定系统发行后不同转速﹑不同工况下电动机的功率； 确定各种工况下每年的工作时间； 本地区动力用电的价格。
节电效果验证
节电效果验证的依据——节电率
采用将电效改造前后的消耗功率或一定时间内的电费进行对比的方法计算出节电率，节电效果的好坏以节电率的高低为衡量依据。
节电率的计算方法为：
变频调节时节电率为：
2P 为变频器调节后的功率，1P 为变频器未调节时的功率。
节电率为：%100112⨯⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛-P P ＝(1-174/340)×100%＝48.8%
变频器未调节时的功率
1P =3UICOS ϕ=1.73×6KV ×40A ×0.82=340KW
变频器调节后的功率
P2＝340×0.83
， ＝174.08(kw)(当实际风量为额定风量80%时) 注：1）以上计算是未考虑系统损耗等情况
2）不论用那种方式调节，风机、水泵的效率、电机的功率因素也有一定
的变化，在上述计算中也没考虑。
3）本公司承诺节电率为30%。
根据贵公司所提供的运行数据得出，运行时间为一天24小时。
一天所节约的电量为：48.8%×340KW ×24h=3982KW ·h 一年所节约的电量为：3982KW ·h ×360天=143354KW ·h
按照电费0.5元/kW ·h 计算，则一年节约的电费为：
节电率（%）= 改造前的功率（或电费）—改造后的功率（或电费）
改造前的功率（或电费） ×100%
143354KW·h×0.5元=716774元
投资受益分析
计算方法：
设备一次性买断回收计算:
1.总投入C：
2.每年节约的电费S
3.投资回收时间T
T=C/S
T=1200000元/716774元=1。
68年其他受益:
1、减少设备维修费用更新费;
2、延长设备的使用寿命;
3、减少接触器触点产生氧化性碳膜层而接触不良;
4、降低企业综合运营成本。