风机节能

风机水泵变频调速节电原理
发布时间：2008-03-25
1 、风机水泵控制设备现状
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，风机流
量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用档板，风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成
闭环控制，也很少考虑省电。

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。

电气控制采用直接或 Y-△启动，不能改变风机的转速，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的难点。

2 、变频调速的节能意义
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。

采用变频器直接控制风机、泵类负载是一种最科学的控制方法，利用变频器内置PID调节软件，直接调节
电动机的转速保持恒定的水压、风压，从而满足系统要求的压力。

当电机在额定转速的 80%运行时，理论
上其消耗的功率为额定功率的 (80 % ) 3 ，即51.2%，去除机械损耗、电机铜、铁损等影响。

节能效率也接近40%，同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。

由于变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和
无功损耗。

为达到节能的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。

因此，大力推广变频调速节能技术，不仅是当前企业节能降耗的重要技术手段，而且也是实现经济增长方式转变
的必然要求。

3 、风机变频调速节能原理
当风机的转速从 n l 变为 n 2 时， Q 、 H 、 P 大致变化关系为：
Q 2 =Q 1 (n 2 /n 1 )
H 2 =H 1 (n 2 /n 1 ) 2
P 2 =P 1 (n 2 /n 1 ) 3
Q -风量 H -风压 P- 风机功率
由上式可知风机 ( 或水泵 ) 流量与转速的一次方成正比，压力与转速的二次方成正比，而轴功率与
转速的三次方成正比。

因而，理想情况下有如下关系：
1)、由上表可见：当需求流量下降时，调节转速可以节约大量能源。

例如：当流量需求减少一半时，如通过变频调速，则理论上讲，仅需额定功率的 12.5% ，即可节约 87.5 %的能源。

如采用传统的挡板方式调节风量，虽然也可相应降低能源消耗，但节约效果与变频相比，则有天壤之别。

目前绝大多数锅炉燃烧控制系统中的风量调节都是通过调节风门挡板实现的，这种风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板上。

为节约电能，提高锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用风机变频调速系统取代低效高能耗的风门挡板，已成为各锅炉使用单位节能改造的重点。

2)、节能效果计算
(1) 现有鼓风机一台，配用 18.5KW 风机。

风量在80 % -30 %之间变化，设电机全速供风量为 Qn 空载损耗为0.1(Y 0 ≈cosnt) 每天总供风量为 60%Qn ，则全速 P p =(18.5-18.5×0.1)kw=16.65kw
A 、变频时：
P m2 =(1.85+(60%) 3 )×16.65kw=5.45kw
节约的功率： P j =(16.65-5.45)kw=11.2kw
B 、如果电费按 0.7 元/kwh 计算，每年节约的电费：
11.2kw×24h×365×0.7 元/kwh=68678 元 =6.86 万元
(2) 现有引风机一台，配用 45KW 电机，风量在 90% -70%之间变化，设电机全速供风量为 Qn 空载损耗为 0.1(Y 0 ≈cosnt) 每天总供风量为 80%Q n ，则全速P p =(45-45×0.1)kw=40.5kw
A 、变频时：
P m2 =(4.5+(80 % ) 3 ×40.5)kw=25.24kw ．
节约的功率： P j =(40.5-25.24)kw=15.26kw
B 、如果电费按 0.7 元 /kwh 计算，每年节约的电费：
15.26kw×24h×365×0.7 元 /kwh=93574 元 =9.36 万元
(3) 每年总节约的电费： 9.36+6.86=16.22 万元
由以上估算情况可知，七个月可收回投资。

4、功能与特点
(1) 采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障率，节电效果显著。

(2) 采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击。

(3) 电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪音对环境的影响。

(4) 具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能。

(5) 运转状态灵活多样，可手动控制也可完全实现自动控制，且可与锅炉其他自控装置进行电气连锁，实现锅炉的自动保护及计算机控制，不会因事故影响生产。

(6) 安装时可不破坏原有的配电设施及环境，不影响生产。

(7) 只需调节电位器旋钮即可调整风量，操作方便。

风机泵类变频节能原理浅探析
摘要：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。

关键词：变频器调速装置风机水泵
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。

采用变频器驱动具有很高的节能空间。

目前许多国家均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式，中国国家能源法第29条第二款也明确规定风机泵类负载应该采用电力电子调速。

变频调速节能装置的节能原理
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、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╳COS Ф，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。

3、软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（４-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。

而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。

节省了设备的维护费用。