变频器在风机水泵类负载的节能分析
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。
变频器在锅炉风机、水泵上的应用及节能分析
Ｈ 一 ２ Ｈ ： ２Ｈ — Ｔ ， Ｄ ＨＨ 的面积 即是节 能值 。 ２ Ｑ Ｘ Ｔ Ｑ （ ｚ Ｈ ）图 Ｂ ２ Ｔ
再如流量变至 Ｑ 若仍 以额定转速运行 ， ３ 所需功率 Ｑ 。浪 ３ Ｈ， Ｘ
费能量 为 Ｆ Ｈ Ｈ 。 Ｃ ． Ｔ
图 １中， 曲线（ ） 风机在恒定 转速 ｎ 下的风压一风量 １为 ｌ （卜 ） ｝一Ｑ 特性 ， 曲线（ ） ２ 为管 网风 阻特性 （ 风门全开 ） 。假设 风 机工作在 Ａ点效率最 高 ， 时风压为 Ｈ ， 此 ２风量 为 Ｑ ， 轴功率 Ｎ 与 Ｑ、 ２ 。 ．Ｈ 的乘积 成正 比， 图中可用 面积 ．－Ｏ 。 在 ４Ｉ Ｑ 表示 。 ａ￣
益 十分 明显 。
２ 应 用 实例 及 节 能 分 析
的方法相当于增加管 网阻力 ， 使管 网阻力特 性变到 曲线 （） ３， 系统 由原来 的工况点 Ａ变 到新 的工况 点 Ｂ运行 。从 图中看 出 ， 压反而增加 ， 功率与 面积 Ｂ Ｑ 成正 比。显然 ， 风 轴 Ｈ０ ２ 轴
量， 其节能效果非常明显。
王
霞 蔡 小平
张维 清
目 ， 前 国内外许多 电力拖动场合 已将矢量控 制的变频器 广泛应用于通用机 械 、 纺织、 印染 、 造纸 、 、 轧钢 化工等行业 中 交流电动机 的无级 调速 ， 不仅 自动调速精 度越 来越 高 ， 而且 取得了明显 的节能 效 果。风机 、 水泵类 负 载为平 方 转矩 负 载 ， 制要求简单 ， 变频 器价格 也较低 ， 控 相应 但其节 能效果却
（ 流量 Ｑ 。从 图 ２可知 ： ） 当流量 Ｑ 降至 Ｑ 若不改变 水泵转 。 ２ 速， 扬程将升 至 Ｂ工作点 ， 其功率可 用 Ｈ ２ ２ Ｑ 来计 算 ， Ｘ 对应 面积 Ｂ ２Ｑ 。原 Ａ工 作点功率 Ｑ ＇ ＨＯ ２ １ ＨＩ Ｘ 图上面积 ．－Ｏ 。 ４Ｉ Ｑ ， ａ￣ 两者所耗功率变化不大 ， 如果降低转 速至 （） ２ 即可节能 Ｑ ２ Ｘ
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。
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。
altivar 38 风机泵类专用变频器应用
Building a New Electric WorldAltivar 38风机泵类专用变频器应用及节能分析前言风机水泵类负载是典型的变转距负载转距或风压与转速平方成正比故在低速运行时通常风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型当采用电机直接方式常用挡风板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泵类负载是一种理想的控制方法理论上其消耗的功率为额定功率的3¶øÇÒÒ»°ã±äƵÆ÷¶¼ÄÚÖÃPI 功能节能效率将进一步提高避免了启动时对电网的冲击消除震动和水锤现象同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗风机的挡板控制与变频调速电机以定速运转根据挡板在风道中的安装位置不同一般地说控制效果好与挡板控制相比如图所示出口挡板控制与变频调速入口挡板控制与变频调速泵采用阀门调节与变频调速阀门调节与变频调速关系示意如图泵类负载采用变频调速可以取得非常好的节能效果阀门调节与变频调速ATV38变频器特点介绍Altivar 38是一种专门用于风机泵类负载的三相异步电动机变频器功率范围0.75 kW至315 kWͨ·çÒÔ¼°¿ÕÆøµ÷½Ú(HVAC)方面的现代化应用场合同时提高了用户的舒适程度在变频器的最初设计中就已经考虑了电磁兼容性的要求滤波器和电抗器内置在设备中或作为选件提供Ø节能Ø使用速度检测自动捕捉旋转负载(速度跟随)Ø根据速度调整电流限制Ø快/ 慢带有预置PI 给定Ø运行时间记录Ø电机降噪l保护功能Ø 4 个逻辑输入 2 个模拟输入和1 个模拟输出Ø电气参数显示及运行指示Ø变频器中标准配置一个符合Modbus协议的RS485多点串口连接一台PC机n选件l PowerSuite调试软件l I/O扩展卡l应用卡多电机功能METASYS N2Fipio Modbus PlusProfibus DP CANopen LonWorks Gateway节能计算软件Eco8软件介绍而专门开发的节能计算及选型软件可以方便地选择变频器并计算出节能效果首先输入项目信息项目名称等等输入电机额定电压软件即可自动计算出选用变频器的型号当地电价即可计算出节电量和收回投资的时间方便用户选型和投资成本管理ATV38典型应用实例实例1±äƵÆ÷Ñ¡ÓÃA TV38HC10N4Xl中心空调风机约127000 kWh/yearl投资回收期某电厂锅炉风机和水泵l电厂锅炉风机变频器选用ATV38HC23N4X±äƵÆ÷Ñ¡ÓÃATV38HC19N4X75KW两台l节能约24 个月实例3空压机锅炉冷却塔l冷却塔风机年运行时间4,000小时节能电机总容量300KW½ÚÄܵç»ú×ÜÈÝÁ¿90KW½ÚÄÜ。
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。
举例说明离心式风机与水泵采用变频调速节能的原理
举例说明离心式风机与水泵采用变频调速节能的原理在各种工业用风机、水泵中，如锅炉鼓、引风机、深井、离心泵等，大部分是额定功率运行，而它们的能耗都与机组的转速有关。
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。
风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用调节风门、挡板开度的大小、回流、启停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑省电。
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、维修费用高居不下。
同样，离心式水泵在我国当前的工业生产和人民日常生活中起到很大的作用，水泵使用三相异步电动机进行拖动，水泵流量的设计同样为最大流量，压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、电机的启停等方法。
这种人为增加管阻的调节方式虽然满足了生产生活所需的对流量的控制，但是浪费了大量的电能，不是一种经济的运行方式。
电气控制采用直接或Y-△启动，不能改变风机和水泵的转速，无法具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较低等是其主要难点。
为解决这些难题，相关科研技术人员根据生产需要对风机和水泵等装置的转速进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况，在满足生产需求的基础上又节约了能源。
所以，变频调速对生产生活具有十分重要的意义，这也就意味着我们有必要了解风机和水泵等装置采用变频调速节能的原理。
为了对变频调速节能原理有更清晰、更深入的理解，我们可以先从变频器的工作原理出发。
变频器电路（见下图）的基本工作原理为：三相交流电源经二极管整流桥输出恒定的直流电压，由六组大功率晶体管组成逆变器，利用其开关功能，由高频脉宽调制（PWM）驱动器按一定规律输出脉冲信号，控制晶体管的基极，使晶体管输出一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，其幅值为逆变器直流侧电压Vd而宽度则按正弦规律变化，这一组脉冲可以用正弦波来等效，此脉冲电压用来驱动电机运转，通过控制PWM驱动器输出波形的幅值和频率，即可改变晶体管输出波形的频率和电压，达到变频调速的目的。
简述泵与风机变频运行的节能分析
１前 言
通过 式（ １ ） 可知变 频器 是通 过改变 电源 频率睐 改 变 电动机转 速 的。 可通过 降低转速 达到节 能的 目的 。 这里 必须 指 出， 变频器 的投资 很 昂贵 ， 投资 必须 审核
变频 器 以取得 经济 效益
近一 段时 期 ， 随着环 保 成本的投 入增 加和 煤炭 资源的 日益消 耗 ， 节 能降耗 已经成 为火 电厂降低成 本 ， 保 持盈 利的重 要手段 之一 。 在 日常生产 中 ， 降低厂 用 电是 控制成 本 的主要途 径 ， 而 电厂 中各种 泵和 风机 则是最 主要 的耗 电设备 ， 并 且这 些设备 往往 是长 期连 续运 行和 常常处 于低 负荷 及变 负荷运 行状 态 ， 运 行 工况 点偏 离高 效 点 ， 运行 效 率降 低 ，大量 的能 源在 终端 利 用 中被 白 白地 浪 费 掉。 因此 ， 对 电厂泵 和风 机进行 节 能研 究与 改造 具有 重要 的现 实意 义 。 ２泵和 风 机变 频调 节 的节 能原 理 改变 泵 和风机 转速 可 以改变泵 的性 能 曲线， 在管路 曲线 保持 不变情 况下 ， 使 工作点 改变 ， 这 种调节 方 式称为 变速 调节 。 如图ｌ 所示 ， 当泵和 风机 的转速升
了厂 用 电 。
４ 结束 语
一
毽 ｌ
姆
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
次 风机变 频 改造 还具有 一 下优 点 ：
（ １ ） ｛ 殳 备运 行和 维护费 用下 降 ： 采用调 速 后 ， 由于 通过调 节 电机转 速来 实现 节能 ， 在负荷 低时 ， 电机 、 风机 的转速也 降低 ， 设备 的轴承等 磨损 也减轻 ， 维护周 期 加长 ， 设备 运行 寿命 延 长。 同时也 降 低了风 机 的噪音 。 （ ２ ） 可对 电机 实现软启 动 ： 启 动 电流不超过额 定 电流 的 １ ． ２ 倍， 电机 的使用 寿 命 增长 。 同时减 少了 由于启 动时 的机械 冲击 对轴 承 、 阀 门、 管道 等 造成 的损坏 。
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Time % 70% 20% 10%
Power Used 15.12% 10.24% 8.57%
Total Power Used
33.93%
Rockwell Automation Hengsheng Internal Traing
变频调速水泵的轴功率计算式2
轴功率 = 额定功 ×（ 实际转速N2 ）3× 泵效率
HP2
率HP1
额定转速N1
Rockwell Automation Hengsheng Internal Train7g
例程计算
有一台水泵，其额定功率是30KW，额定输出流量 为300GPM，额定转速是2950转，求出在输出250GPM 时，使用变频调节比使用阀门调节，每年节省的电 费。（假如按这个流量每年运行2000小时，泵的效率 为0.75，每度电价格为0.8元。） 阀门控制： 轴功率：30 ×0.75=22.5KW 每年消耗轴功率为：22.5 ×2000=45，000KWH 每年投入电费：45，000 ×0.8=36，000元
80% Load
95% Load
10% of Time on 60% Load 20% of Time on 80% Load 70% of Time on 95% Load
Load % 60% 80% 95%
HP% =(Load% )3 21.60% 51.20% 85.74%
Time % 10% 20% 70%
Flow Head Input Power
Rockwell Automation Hengsheng Internal Train2g
泵系统工作特性曲线
100 % 扬程
% 流量 100
100 % 功率
% 流量 100 80%
Rockwell Automation Hengsheng Internal Train3g
To Process Valve
To Process
40
20 0
20 40 60 80 100120140160 % 流量
PFrePoercodecbseasscsk Feedback
120
120
100
100
80
% 扬程
60
40
% 80
Input Power
60
40
20
20
0 20 40 60 80 100120140160 % 流量
Power Used 2.16% 10.24% 60.02%
Total Power Used
72.42%
60% Load
70% of Time on 60% Load 20% of Time on 80% Load 10% of Time on 95% Load
Load % 60% 80% 95%
HP% =(Load% )3 21.60% 51.20% 85.74%
变频调速泵系统的工作特性曲线
100 % 扬程
% 流量 100
100 % 扬程
51.2%
% 流量 100 80%
Rockwell Automation Hengsheng Internal Train4g
截流控制 vs 变频控制
120 100 % 80 扬程 60
截流变控频制控制
Fan/Pump Fan/Pump
Rockwell Automation Hengsheng Internal Train8g
例程计算2
变频控制： 轴功率：30 ×（250/300）^ 3× 0.75=10.85KW 每年消耗轴功率为：10.85 ×2000=21,700KWH 每年投入电费：21,700 ×0.8=17,360元 结论： 每年在此流量工作时节省的电费： 36，000-17，360=18，640元
变频器在水泵风机类负载的节能分析
Rockwell Automation Hengsheng Internal Traing
电机转速与流量、压力、耗能的关系
流量 压力 耗能
Q1
N1
=
Q2
N2
电机转速
H1
= H2
100%
N1 2
N2
50%
P1
= P2
N1 3 N2
0% 0%
50% %RPM
100%
Centrifugal Pump/Fan Chart
在恒压供水系统、污水处理厂或相似的系统中 使用变频器应具有很好的推广价值！
Rockwell Automation Hengsheng Internal Tra1in1g
风门控制 VS 变频控制
1：风门控制
2：变频器控制
▪ 例：风机的风量控制方式
电源
变频器
送风
送风机
热交换器 空调鼓风机
冷水 空气
风机，水泵的 所需功率与电 机运转速度的 3次方成正比
P正比N3
Rockwell Automation Hengsheng Internal Traing
风门控制 VS 变频控制
▪ 例：用15KW的电机 (电费0.7元/kWh)
①风门控制 15kW X0.9 X0.7元 X24hr X365日 ≒83,000元
风门控制（出口侧）
②变频器控制 15kW X0.3 X0.7元 X24hr X365日
0 20 40 60 80 100120140160 % 流量
Rockwell Automation Hengsheng Internal Train5g
变频调速水泵的轴功率计算式1
实际流量
× 扬程 ×
液体 比重
轴功率 =
3960 × 泵的效率
Rockwell Automation Hengsheng Interna费用
Rockwell Automation Hengsheng Internal Traing
影响节能效果的主要因素
例1
负荷变化运行图
▪Cas负e 2荷变化幅度 ▪ 低负荷运行时间
60% Load
80% Load
负荷
例2
节能空间 Case 1
时间 95% Load
泵类负载和风机负载都属于 二次方律，所以节能效果相同
Rockwell Automation Hengsheng Internal Train9g
除节能外其他特点
一、有效的消除水锤，保证了系统安全可靠的工作 潜水泵起动时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂甚至损坏 原始方案：电机起动/停止时需开启/关闭阀门来减小水锤的影响 特点： 工作强度大
消 费
节能部分
≒28,000元
电力
变频器控制
风量
Rockwell Automation Hengsheng Internal Traing
风门控制 VS 变频控制
▪ 例：用15KW的电机 (电费0.7元/kWh)
①风门控制 15kW X0.9 X0.7元 X24hr X365日 ≒83,000元 ②变频器控制 15kW X0.3 X0.7元 X24hr X365日 ≒28,000元
难以满足工艺的需要
变频调速方案：根据工艺的需要，使电机软启/软停，消除水锤 特点： 有效消除水锤
降低机械冲击 显著的节电效果 降低电动机的老化
Rockwell Automation Hengsheng Internal Tra1in0g
除节能外其他特点
二、很方便的构建自动控制系统 特点：
免去了许多繁琐的人工操作，消除了许多不安全隐患因素 并使系统始终处于一种节能状态下运行 合理地轮换使用电机延长了设备的使用寿命（如一拖四） 更好的适应了生产需要 方便地与其他控制系统或设备实现闭环自动控制（如恒压供水） 提高了控制精度 提高了产品质量