风机水泵变频节能原理及适用
变频器节能技术原理-分析及应用
变频器节能技术原理-分析及应⽤变频器节能技术原理分析及应⽤摘要：本⽂简述了变频器的基本⼯作原理，详细介绍了变频器调速技术的节能原理和节能⽅法，并通过变频器在风机和⽔泵的具体应⽤，说明了变频器具有较好节能节电的功能。
关键词：变频，调速，节能能源⼯业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和⼈民⽣活⽔平的提⾼都极为重要。
当前全球经济发展过程中，能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当⼤的问题。
因此，对能源的有效利⽤在我国已经⾮常迫切。
作为能源消耗⼤户之⼀的电机在节能⽅⾯是⼤有潜⼒可挖的。
在⼯业⽣产和产品加⼯制造业中，风机、泵类等设备应⽤范围⼴泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费⽤占到⽣产成本的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，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低⽣产成本、提⾼产品竞争⼒的重要⼿段之⼀。
变频调速技术，正是顺应了⼯业⽣产现代发展的要求，在我国多种⾏业的电机传动设备中得到实际应⽤。
卓越的调速性能、显著的节电效果，提⾼设备利⽤率，从⽽降低电机功耗达到系统⾼效运⾏的节能降耗⽬的。
⼀、变频器⼯作原理变频器是利⽤电⼒半导体器件的通断作⽤将⼯频电源变换为另⼀频率的电能控制装置。
它是按⼀定规律改变脉冲列的脉冲宽度或幅度，以调节输出量和波形的,从⽽实现电动机电压和频率的平滑变化。
变频器的调速技术的基本原理是根据电机转速与⼯作电源输⼊频率成正⽐的关系：n =60 f（1-s）/p（式中n、f、s、p 分别表⽰转速、输⼊频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机⼯作电源频率达到改变电机转速的⽬的。
变频器就是基于上述原理采⽤交-直-交（或交-交）电源变换技术，电⼒电⼦、微电脑控制等技术于⼀⾝的综合性电⽓产品。
⼆、节能原理分析2.1、变频降速节能：为了保证⽣产的可靠性，各种⽣产机械在设计配⽤动⼒驱动时，都留有⼀定的富余量。
变频器在风机水泵中的应用
薹 萎
目
Ｏ ５Ｏｏ Ｉ ＯＯ Ｉ ． Ｃ １５ｏ ｏ ２Ｏ ∞ ２５ｏ ｏ
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
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
风机水泵变频调速的节能运行原理
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。
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(五) 第一讲 风机变频调速节能技术(5)
隙。 由泵 轮的 内腔Ｐ 涡轮 的 内腔Ｔ 和
共 同 形 成 的 圆 环 状 空 腔 称 为 工 作
求、提高产品质量 、增 加生 产效率、
ＴＨＥ ＷＯＲＬ ＯＦＩ Ｄ ＮＶＥＲＴ ＥＲＳ １１ ７
——————１
同 ，故称 此 轮 为涡 轮 。 涡轮 的输 出轴 又 与 风机 或 水 泵 相 联 接 ，因此 输 出轴
机 水 泵旋 转 。这 样 就 实 现 了 电动 机 轴 功率的柔性传递 。
只 要 改 变 工 作 腔 内 工 作 油 的 充 满 度 ，即 改 变循 环 圆 内的 循环 油量 ，就
液力耦合器在工作时 ，其转速 比一般在０ ～０９ 之内 ，当其小于０ 时 ，由 ． ．８ ４ ． ４
于转 速 Ｌｄ ，工作 腔 内 充 油量 少 ，工 作 油 升 温很 快 ，工作 腔 内气 体 量 大 ，这 时 Ｌｘ
１ 液 力耦合器的工作原理和 旋转 ，对工作油做功 ，使油获得 能量 （ 转 动 能 ） 同 时 高 速 旋 转 的 工作 油 旋 。 主 要 特性 参数
１１液力耦合器的工作原理 ．
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 。 按应 用场 合 不 同 可 分 为普 通 型 （ 准 型 或 离 合 标
调 速 型 ，这 里 讨 论 的仅 限于 调 速 型 。
调 速 型 液 力耦 合 器 主要 由 泵 轮 、
涡 轮 、旋 转 外 套 和 勺管 组 成 ，泵 轮 和 涡 轮 均 为 具 有 径 向 叶轮 的工 作 轮 ，泵 轮 与 主 动 轴 固 定连 接 ，涡 轮 与 从 动 轴 固定 连 接 ：主 动轴 与 电动 机 连 接 ，而
- 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)。
风机水泵变频节能原理及适用
中国泵业网风机、水泵作为工业、农业、生活的通用类机械，具有应用量大，应用面广的特点，其配套电机耗电量也是巨大的。
有资料统计，我国电动机总装机容量4.5亿KW，风机、水泵总装机容量达1.5亿KW，耗电量可在全国总发电量的20%以上。
由于容量和工艺的原因，一半以上的风机、水泵类负载都存在着不同程度上的电能浪费，在能源供应日益紧张的今天，减少浪费，节约电能已经是重中之重，寻求
一种有效的节电产品显得尤为重要。
“国佳”GJ风机水泵变频节能控制柜就是针对我国风机、水泵应用缺陷而研发的节能产品。
由变频器加外部的控制、保护、显示等单元及柜体组成，采用最新微电脑及自动化控制技术，将传统的控制方式变成智能化自动控制，大大提高电机的工作效率，改善电机拖动系统的整体性能，可有效的降低风机、水泵的运行功率，延长电机的使用寿命、节电率可高达20%以上，是现代风机、水泵的理想节能控制设备。
产品原理
传统风环保机、水泵流量的设计均以最大需求来设计，其调整方式采用档板、风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环回路控制，也较不考虑省电的观念，但实际使用中流量随各种因素而变化（如季节、温度、工艺、产量等等），往往比最大流量小的多。
要减
少流量时，通常情况下只能调节挡板或阀门的开度，即通过关小和开大阀门/挡板的开度来调节流量。
阀门控制法的实质是通过改变管网阻力大小来改变流量，而这种控制方式当所需流量减少时，压力反而会增加，故轴功率的降低有限，此时，过剩的风机、水泵功率将导致压力增加造成很大的能量损耗。
由流体力学原理可知：流量与转速的一次方成正比，压力与转速的开平方成正比，功率与转速的开三次方成正比。
STB风机水泵变频节能控制柜可在保持阀门、挡板开度不变的前提下，通过改变风机的转速来调节流量，其实质是通过减少流体动力来节电。
这种控制方式可从根本上消除风机、水泵设备由于选型或负荷变化普遍存在的“大马拉小车”的动力浪费现象，消除了挡板节流阻力，使风机、水泵始终运行在最佳工作状态。
产品特点
1）安装使用方便，适用性强，节电率可高达20%以上。
2）实现电机功耗与负荷需求的同步变化，消除”大马拉小车”现象，降低供配电负荷。
3）具有良好的软启软停功能，避免强电流及机械冲击，有效延长设备使用寿命。
4）过压、欠压、过载等自动保护功能，防止设备意外损害。
5）手动及自动节电/市电转换功能，最大限度确保设备的正常工作。
6）高功率因数输出，减少无功损耗及补偿容量，降低电机发热、额外损耗及噪音。
7）改善设备运行工况，降低机械磨损及维修、维护人员费用支出。
8）具有RS485通讯接口功能，可以实现节能系统组网运行、监控等功能。
适用范围
建筑楼宇：送风机、循环水泵、冷却水塔、屋顶排风机等。
冶金行业：送风机、除尘风机、加热炉鼓风机、冷却泵、清水泵、降温排风机。
石化行业：注油泵、排污泵、清水泵、加压泵、输油泵、供热锅炉鼓风机、引风机等。
电力行业：锅炉鼓风机、引风机、补水泵、循环泵、疏水泵、灰浆泵、送风机等。
纺织化纤：送风机、冷却水塔、清水泵、锅炉风机等。
造纸厂：锅炉风机、水泵、纸浆机等。