变频调速节能原理

2.1 变频调速节能原理

从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的风机、水泵负载，轴功率P 与流量Q ，扬程H 的关系为：H Q P ⨯∝

当电动机的转速由n1变化到n2时,Q 、H 、P 与转速的关系如下:

1212n n Q Q ⨯

=

(1)

2

1212⎪

⎪⎭⎫

⎝⎛⨯=n n H H (2)

2p =1p 3

1

2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯n n

(3)

可见流量Q 和电机的转速n 是成正比关系的，而所需的轴功率P 与转速的立方成正比关系。所以当需要80％的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80％，即调节频率到40Hz 即可，这时所需功率将仅为原来的51.2％。

如下图所示，从风机、水泵的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

扬程H

H2

H1

流量Q

HB

O

风机、水泵的运行曲线图

当所需风量、流量从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A 点变到新的运行工况点B 点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，风机、水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机、水泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A 点移至C 点。此时所需轴功率P3与面积HB ×Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt(P)与（H2-HB ）×（C-B ）的面积成正比。

考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，风机泵类通过调速控制可节能20％～50％，有些风机负载节能比例达60%以上。

2.2 变频改造节能分析

2.2.1改造前工频运行功率计算公式

φcos 732.11⨯⨯⨯=I U P

U ：电机电压，kV ；I ：电机电流，A ；1P ：单一负荷下工频运行功率，kW ；

φcos ：单一负荷下运行功率因数，小于额定功率因数。

()∑⨯⨯=δ11P T C

T ：全年平均运行时间，h ；1P ：单一负荷下的运行功率，kW ；

δ：这种负荷下的全年运行时间比例；1C ：改造前总耗电量，h kw ⋅。

改造后变频运行预计功率计算公式： 1）入口风门调节： 利用公式：

额

额额额ηη1111

H P H P Q Q =计算出额Q Q 1的比。

1P ：工频运行功率，KW ；额P ：风机额定轴功率，KW ；

额

额ηη11

H H ：运行工况与额定工况下的效率、压力比，一般近似取1， 根据改造风量不变的原则，有21Q Q =，其中2Q 为改造后的风量。所以

额

额Q Q

Q Q 21=。再根据η/3

22⎪⎪⎭⎫

⎝⎛=额额Q Q P P ，即η/3

22⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯=额额Q Q P P 计算出2P 。其中2P 是变频改造后预计运

行功率，η为变频装置的效率。

()∑⨯⨯=δ22P T C ，2C ：改造后总耗电量，h kw ⋅。

2.2.2 1#主扇节能分析

改造前工频运行功率

W 200cos 732.11=⨯⨯⨯=φI U P

W 170cos 732.11.1=⨯⨯⨯=φI U P

改造后变频运行预计功率

适配风机的电机容量一般为风机的1.05-1.25倍。根据风机参数，以下计算取1.25倍，功率参数

额

额ηη11H H 取1.1。

由节能原理风量与功率的关系

a b Q Q =a

b a b

a b H P H P ηη可知： 额Q Q 1=额额额ηη111H P H P =873.0＝25.1315200

1.1÷⨯ 额Q Q 1=额额额ηη111H P H P =7421.0＝25

.1315170

1.1÷⨯

其中额Q 为额定风量；额P 为额定轴功率；1Q 为工频运行下的风量。 根据改造风量不变原则有1Q ＝2Q ，其中2Q 为改造后的风量。 所以变频改造后风机平均功率为

kW 7.174＝96.0/873.025.1315＝/）Q Q （

P ＝P 33

额

2额2⨯÷⨯η kW 3.107＝96.0/7421.025.1315＝/）Q Q （

P ＝P 33

额

2额1.2⨯÷⨯η 其中变频装置的效率η取保守值0.96。 节能比例

()()1

。111。21。121

＋＋P P P P P P

-- ()()%7.23170＋2003.107-170＋74.71-200==

按当地0.50元/度电价和全年360天运行时间计算

每年节约电费约（200-174.7+170-107.3）×24×360×0.50＝38万元

2.2.2 2#主扇节能分析

改造前工频运行功率

W 210cos 732.11=⨯⨯⨯=φI U P

W 180cos 732.11.1=⨯⨯⨯=φI U P

改造后变频运行预计功率

适配风机的电机容量一般为风机的1.05-1.25倍。根据风机参数，以下计算取1.25倍，

功率参数

额

额ηη11H H 取1.1。

由节能原理风量与功率的关系

a b Q Q =a

b a b

a b H P H P ηη可知： 额Q Q 1=额额额ηη111H P H P =91667.0＝25.1315210

1.1÷⨯ 额Q Q 1=额额额ηη111H P H P =7857.0＝25

.1315180

1.1÷⨯

其中额Q 为额定风量；额P 为额定轴功率；1Q 为工频运行下的风量。 根据改造风量不变原则有1Q ＝2Q ，其中2Q 为改造后的风量。 所以变频改造后风机平均功率为

kW 2.202＝96.0/9167.025.1315＝/）Q Q （

P ＝P 33

额

2额2⨯÷⨯η kW 8.128＝96.0/7857.025.1315＝/）Q Q （

P ＝P 33

额

2额1.2⨯÷⨯η 其中变频装置的效率η取保守值0.96。 节能比例

()()1

。111。21。121

＋＋P P P P P P

-- ()()%15180＋2108.128-180＋202-210==

按当地0.50元/度电价和全年360天运行时间计算

每年节约电费约（210-202+180-128.8）×24×360×0.50＝25.6万元

2.2.3节能分析小结

按当地0.50元/度电价和全年360天运行时间计算