关于风机变频改造的节能计算

液力耦合器因为丢转而损失的效率约 3％～4％/调速比。为了与上式有可比性， 均按实际传送功率的 4～5％计算的话，则节电率的计算也可以简化为： 节电率 = 100％ — 调速比 －（12～15％）
四、变频调速节能计算时需考虑变频器的效率 GB12668 定义变频器为转换电能并能改变频率的电能转换装置。能量转换过 程中必然伴随着损耗。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%-96%，因此在计算变 频调速节能时要将变频器的 4%-5%的损耗考虑在内。如考虑了变频器的损耗本文 例 1 中计算的节能率，就不是 36%，而应该为 31%-32%，这样的计算结果与实际 节能率更为接近。
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%。另外，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 （比如水泥工况中， 由于物料、 湿度等不同工况需求） ，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。在实际工作时，再采用调流设备来实现实际所需的流量。 以前绝大部分风机都采用风门挡板调节流量，造成大量的节流损耗，所以风 机若采用转速调节，具有巨大的节能潜力。直到上世纪七十年代，都采用机械调 速或滑差电机调速，但这属于低效调速方式，仍有较大的能量损耗，并且驱动功 率受到限制；到上世纪八十年代，开始采用液力耦合器调速，并且突破了驱动功 率的限制，向大功率方向发展，但它与滑差电机调速一样，属于低效调速方式， 仍有较大的能量损耗。 直到上世纪九十年代，随着电力电子技术和计算机控制技 术的发展，变频器很快占领电动机调速市场，在我国各工业生产中，各类和风机 的用电量占用电量的大半部分，例如引风机、送风机、一次风机、循环、凝结、 给、灰渣（浆） 、 、排粉机等等，尤其是风机的裕量明显过大，如果采用挡板调节， 即使在机组满负荷输出的挡板开度也较小。 而和风机的一个特点是负载转矩与转 速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如可根据所需的流量调节转速， 就可获得很好的节电效果。
前言 在工业生产、发电、居民供暖、产品加工制造业中，风机类设备应用范围广 泛， 其电能消耗和诸如阀门、 挡板、 液力耦合器等相关设备的节流损失以及维护、 维修费用约占到生产成本的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，以及能源的危机，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。变频调速因其调速效率高，功率因数高，调速范围宽，调速 精度高等优势，又可以实现软起动，减少电网的电流冲击及设备的机械冲击， 延 长设备使用寿命，对于大部分采用笼型异步电动机拖动的风机，变频调速不失为 目前最理想的调速节能方案。
图 2 变频与液力耦合器效率曲线 由上面的分析可知：液力耦合器与变频器的节能差异在于其效率的不同。 因 此，由于液力耦合器的调速效率等于调速比，而变频器的效率在 94％～97％， 所以用变频器代替液力耦合器的节电率的计算就变得十分简单了： 节电率 = 1--变频器损耗—调速比＋液力耦合器的机械损失和容积损失等 于额定传动功率的 3％～4％（取 3.6%）/调速比。 也就是“节电率 = 变频器效率— 调速比 + 3.6% Pec/调速比” 。 一般可 以认为变频器的损耗和液力耦合器的机械损失和容积损失相当， 则节电率的计算 可以简化为： 节电率 = 100％ — 调速比 如果要保留液力耦合器的话，节电率 = 变频器效率 — 调速比 — 液力耦 合器的机械损失和容积损失等于额定传送功率的 3％～4％ （取 3.6%） /调速比 --
二、风机变频节能预算方法 如果用变频器对风机设备进行调速控制，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： ⎡ ⎛ Q = 0.45 + 0.55⎜ PL ⎢ ⎜Q ⎢ ⎝ N ⎣ 其中： ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
K=
Q Q
(2)
N
（1） 方法 1：由流体力学可知，流量等于风速乘以管道的截面积。对于同 一个风系统的同一个测点，其管道截面积无疑是相同的。则有：
K=
Q Q
=
N
S
Sn
（3）
故我们采用便携式风速仪在管道中可测出管道风速比， 从而得知流量 比。 （2） 方法 2：由风机的相似定律可知：Q(流量)与 n(转速)的一次方成正比； 扬程 H（压力）与转速的二次方成正比。则有：
3
B. 【如果是用风门开度计算】 电机效率η = （风量） /0.96 根据表 1 查出【风量】及【入口门控制】或【出口门控制】的值 Pe 其中风量是个百分比值，入口门控制或出口门控制是轴功率百分比值 3. 变频器功率 WB = （WG / A）*η，如果是风门全开的，则 Pe=1 4. 节电功率 WJ = WG – WB 5. 节电率 = WJ/WG 6. 年节电量 = 节电率 * 时间 7. 年节约电费 = 年节电量 * 电价 以用负压计算为例：额定电压为 9.75KV,运行电流为 42A，工频时最大负压为 2900，变频运行负压为 2600。电机功率因数为 0.85。 那么电机工频运行电动机功率为：1.732*9.75*0.85*42=602.8 电机效率: ( 2600 / 2900 ) /0.96=89%
转速改变时，其性能参数的变化遵循比例定律：Q(流量)与 n(转速)的一次方成 正比；扬程 H（压力）与转速的二次方成正比；P(轴功率)则与转速的三次方成 正比。即：
Q n = ' ' Q n
;
H n = ( ' )2 ' H n
;
P n = ( ' )3 ' P n
风机转速变化时，其本身性能曲线的变化可由比例定律作出，如图 1 所 示。因管路阻力曲线不随转速变化而变化，故当转速由 Q1 变至 Q2 时，运 行工况点将由 A 点变至 C 点。
2
⎤ ⎥ P E (kW ) ⎥ ⎦
（1）
P P
L
为变频器改造后风机所需输入功率，单位为 kW； 为达到风机额定流量时所需输入功率，单位为 kW；
E
Q 为实际所量，单位为 m3/h；
然而， 在实际工业现场中， 由于流量计的价格昂贵以及工况环境的恶劣原因， 很多都没有在风机管路中配置流量计，即使有配置的场合也常常处于损坏状态。 不能方便的得到准确具体的流量数据。因此，我们在实际的变频改造中常采用三 种方法来求出流量比。设流量比为 K，则有：
K=
Q Q
=
N
n
n
=
e
P P
s e
(4)
故我们可通过实际压力与额定压力比求出流量比。 （3） 方法 3：根据调节阀的流量特性来估算流量比。调节阀的流量特性是 指被调介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系。 调节阀的流量特性包括理想流量特性和工作流量特性。理想流量特性 是指在调节阀进出口压差固定不变情况下的流量特性，有直线、等百 分比、抛物线及快开 4 种特性。这种方法需要用户提供实际使用阀门 的阀门特性图。 求出变频改造后的实际功率后，则可根据式（5）算出变频改造后的节电率 λ。
五、结语 一般情况下，变频器用于 50Hz 调速控制。不管是平方转矩特性负载，还是 恒转矩特性负载，调速才能节能，不调速在工频下运行是没有节能效果的。有时 系统功率因数很低，使用变频器后也有节能效果，这不是变频调速节能，而是补 偿功率因数带来的节能。本文所述的对变频调速节能计算方法有极好的实用性。
附录 1：变频改造节能预算方法（XXXX 公司） 离心风机节电率计算方法： 1. 电机工频运行电动机功率 WG = 1.732*实际电压*实际电流*电机功率因数 2. 变频器运行时的电机效率【变频器的功率因数=0.96】 A. 【如果是用负压此时风门全开计算】 电机效率η =（ 实际 /额定 压 ） /0.96
风机变频调速节能改造分析及节能预算
摘要： 以变频调速改造来达到调节工业工程生产所需风量成为目前实现电机节能 的一种主要途径。当我们进行变频节能改造时，投入和收益、投资回收期是必须 认真考虑的——特别是对于做 MEC 模式的节能服务公司。 收益就涉及到节能量的 计算问题，在变频器未投运之前，计算节能量是比较困难的。本文通过分析变频 节能的原理及分析， 介绍了针对阀门及液力耦合器调节调节流量系统的变频改造 的节能预算的一些思考及方法。
λ = 0.9 P L − P E k / P L
其中：0.9 为保险系数
(
3
)
（5）
三、液力耦合器调速风机变频改造节能预算方法 液力耦合器是一种以液体（多数为油）为工作介质、利用液体动能传递能量 的一种叶片式传动机械。调速型液力耦合器主要由轮、涡轮、旋转外套和勺管组 成。只要改变工作腔内工作油的充满度，亦即改变循环圆内的循环油量，就可以 改变液力耦合器所传递的转矩和输出轴的转速， 从而实现了电动机在定速旋转的 情况下对风机或的无级变速。在忽略液力耦合器的机械损失和容积损失等时， 液 力耦合器的调速效率等于调速比。当液力耦合器工作时的转速比越小，其调速效 率也越低，这是液力耦合器的一个重要工作特性。 由上可知，液力耦合器能够实现无极调速。根据风机特性，其需要的输入功 率与转速有立方关系。故其也是能够节能的。 然而。液力耦合器的调速效率等于调速比。液力耦合器在带动风机负载调速 工作时，转速比越小，其调速效率越低，转差功率损耗也越大；所以液力耦合器 属低效调速装置。 电动机本身功率损耗除外，无论是变频调速还是液力偶合器调速，均存在额 外的功率损耗，液力偶合器从电动机输出轴取得机械能，通过液力变速后送入负 载，其效率不可能为1；变频器从电网取的电能，通过逆变后送入电动机电枢， 其效率也不可能是1。而且在全转速范围内，两种方式的效率曲线也不一样。如 图2所示“两种调速方式效率曲线”为典型的液力偶合器和变频器的效率－转速 曲线，随着输出转速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如：额定转 速时效率0.97，75%转速时效率约0.7，20%转速时效率约0. 18） 。 变频调速通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和 频率， 除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不变外，电力电子器件的损耗基 本上与输出功率成正比，因此变频调速可以在全转速范围内保持较高效率运行。 从图2曲线数据看，当输出转速降低时，液力偶合器的效率比变频调速的效率下 降快得多，因此变频调速的低速特性比液力耦合器要好。