风机水泵压缩机变频调速控制节能与应用(含工频节流功率计算公式).docx

风机水泵负载变频调速节能原理相似定律：两台风机或水泵流动相似，在任一对应点上的统计和尺寸成比例，比值成相等， 各对应角、叶片数相等，排挤系数、各种效率相等流量按照相似定律，由连续运动方程流量公式：q = V x^ x A = V x^ x 兀 x D x d xv m v m v60D x n x兀 流速公式：vm式中：q —体积流量，m 3门——容积效率，实际容积效率约为0.95；A——有效断面积(与轴面速度V垂直的断面积)，m2；D 叶轮直径，m；n 叶片转速，r/min；b 叶片宽度，m；V 圆周速度，m/s； 一一排挤系数，表示叶片厚度使有效面积减少的程度，约为0.75〜0.95；按照电机学的基本原理，交流异步电动机转速公式：n = (1-s) x 60x f ；p式中：s——滑差；P一电机极对数；f一电机运行频率流量、转速和频率关系式：n q = D x g x门 x兀 x D x d xv 60 vD x (1-s) x 60 x f p x 兀 n= x'l x兀 x D x d x60 vn q 8 n 8 f可见流量和转速的一次方成正比，和频率的一次方成正比 v按照流体力学定律，扬程公式：H扬程XV 2扬程、转速和频率关系式：'Dx nx兀、n H = — xpx2'Dx(1-s)x60x f /pxn 十60n H 8 n2 8 f 2可见扬程和转速的二次方成正比，和频率的二次方成正比。

式中：H——水泵或风机的扬程，m；功率风机水泵的有效功率：每秒钟流体经风机水泵获得的能量水泵:或风机：p = q x pevpx g XD x n x兀60'Dxnx丸)2 k —6^ /D x (1 - s) x 60 x f p x 兀 1=p x g x x'l x兀 x D x d x©x — xpx" v 2'Dx(1-s)x60xf px丸｝6060n P 8 n3 8 f 3可见有效功率和转速的三次方成正比，和频率的三次方成正比式中：p 有功功率，w；p 流体质量密度，Kg irn 3 ；p 压力，Pa ；电量风机水泵效率：有效功率和轴功率之比门p轴功率：电动机输出给风机水泵的功率轴功率（电动机的输出功率）公式:Psh = Pe L，n P 广 p xg x Q x H "水泵风机shn P = Q x P .m v ■ p电动机和风机水泵的传动效率：门c电动机效率：门m电量（电动机的输入功率）公式：Pn P *g" / 水泵c m pp X P ^川门x门x门风机cmp节能工频状态下的耗电量计算Pd：电动机功率；门d：电动机效率；U：电动机输入电压；I：电动机实际运行电流；cose :功率因子。

计算公式：Pd =' 3 XUXIX cos e然后将电机实际工频下运行的电流代入上面的公式，得出电机工频状态下的功率Pd设备名称一次风机二次风机引风机功率因数0.80.780.78额定电压（KV）101010工频运行电流（A）462225工频运行时功率（KW）637.4297.2337.74具体计算办法：（以一次风机为例）通过在系统电源进线侧用测电流的方法计算节电率Pd = ® XUXIXcose=、'3 X10X46X0.8=637.4KW风机设备属平方转矩负载，其转速n与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系：Q^n , HF P^n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方P = n =H 2 =Q成正比通过风机数据，依据血】0；】0；】q；公式可依次求得风机在采用p '变频调速运行时对应的风机总功耗综合考虑取电动机效率"刁=0.9、和变频器的效率门》=0.96，PP = x 100%则网测功率损耗"门d '人(Pd — P)x 100%… P节电率= d引风机计算为例：风机实际轴功率P'32X PdnPP = x 100%变频网侧功耗'七.气x 500〔10.9 x 0.96 J=182 kWx 100%= 211 kW网侧功率Pb离心泵负载，采用出口控制流量的方式，电动机在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系为・尸0.4♦ 0.6Q)xp|，式中Q为流量。

流量%1009080706050节电率%022.541.861.571.682.1理论计算结果说明变频节能效果非常显著，实际运行中变频恒压供水技术比传统的加压 供水系统还有自动控制、无污染等明显优势变频系统保证系统小流量供水，解决小流量甚 至零流量供水时大量电能的浪费问题，从运行控制上进一步节能电动机节能第一章节能概述电动机广泛应用于拖动风机、泵、鼓风机、空气压缩机、制冷机和车床等机械传动装置及其他各类电气设备，量大面广的终端耗能大户电机系统包括电动 机、被拖动装置、传动控制系统及管网负荷图1制冷系统流程图电机系统节能改造的技术途径主要有以下几个方面:1. 加速设备淘汰更新加大力度对老旧设备的更新改造，坚持使用国家推荐的节能型设备2. 改善电机拖动系统调节方式推广变频调速、永磁调速等先进电机调速技术，改善风机、泵类电机系统调节方 式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调速方式重点对大中型变工况电机系统进 行调速改造，合理匹配电机系统，消除“大马拉小车”现象3. 改进工艺拖动、牵引拖动调速方式以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械转动传动方式，逐步采用交流调 速取代直流调速4. 优化电机系统的运行和控制。

采用新技术、新工艺，完善电机系统控制，优化运行推广软启动装置、无功补 偿装置、计算机自动控制系统等，通过过程控制合理配置能量，实现系统经济运 行第二章电动机节能的基本概念物件加工或传送流体介质传送配电设 电源f备电）升电动机卜连接部件负载机械调节君器*变换器 图2电动机系统的能量传递图2中电力变换器对直流电动机调速系统为静止电力整流器，对交流电动机 调速系统为静止电力变频器电动机系统节能的基本要求有两方面：一方面要求构成系统的每一部分，在 完成系统所赋予的特定工作任务之外，均要降低损耗提高效率，然后提高整个系 统的效率;另一方面要求各部分的参数匹配协调，从而求得整个系统的最高效率第三章变频调速对电动机运行的影响电动机作为电力传动系统的重要组成部分，在变频器供电的情况下，电动机 可以运行在很宽的一个频率范围内当电动机运行在非额定频率并实施控制运行 时，其效率、功率因数、铁损耗、铜损耗等性能参数与额定条件开环运行相比， 发生很大变化变频调速系统会对电机的运行产生很多方面的影响，如启动性能的改善，谐 波的影响等等但其中改变最大的是电机的运行状况，电机已经不总是运行在固 定的频率和滑差下，常规的“额定”在变频调速电机的运行中失去了意义；同时， 电机的效率和功率因数等主要性能发生改善，尤其是功率因数理论上可以调整到 0.9以上。

第四章调速节能的典型应用电力传动系统中约有60%的应用为风机与水泵的应用以往由于采用恒压恒 频电源驱动，大部分风机与水泵系统实际运行效率为30%〜50%，其损耗占总发 电量的38%以上风机调速的应用：通常工业锅炉上的鼓风、引风机是电机以定速运转，再通过改变风机入口的 挡板开度来调节风量的而风机的最大特点是负载转矩与转速的平方成正比，而 轴功率与转速的立方成正比因此，将电机的定速运转改为根据需要的流量来调 节电机变速运转就可以节约大量电能在中央空调、炼钢厂、水泥制造、化纤等行业都用到风机在没有调速控制 之前，一般采用降压启动，并且正常运行后，电机全速运行，而风量的大小则通 过风门来调节一般情况下，风门的开度为50%一80%，电机只能是满负荷运行， 电动机的工作效率很低，造成很大浪费变频器的出现很好的解决了如何直接控制风量的大小来满足工况的要求这 个问题变频器是无级调速的，用变频器改造风机，具有以下特点：(1) 起动停止平衡，无级调速，调速范围大2) 工作可靠，能长期稳定运行3) 操作简单，维护量小4) 输出特性可满足风机性能要求5) 节能效果显著根据工作的情况调节调速器装置的速度可以满足工作的要求。

另外，用变频 器对风机进行改造不必对原系统进行大改动因此，变频器在风机改造方面得到 广泛的应用，在变频改造的过程中，当需要时，让电动机高速运行以达到要求 当不在工作时，使电动机低速运转节约电能同时，可根据需要来调节变频器， 以满足工作要求其中，驱动鼓风机、引风机、炉排机的变频器受燃烧控制系统的控制，控制 器的输出信号将控制相关的变频器输出频率，以达到稳定工况及提高锅炉热效率 和节能之目的以90kW风机为例：(1) 改造前实测数据：U 380V, I 160A,cos 0.887,P a/3UI cos 1.732 380 160 0.887 93.4kW改造前的耗电量(全年运行330天计)：93.4 330 24 739728kW h(2) 改造后实测数据：U 380V, I 100A,cos 1,P v；3UI cos 1.732 380 100 1 65.4kW改造后的耗电量（全年运行330天计）：65.4x 330x 24 = 517968kW • h（3）每年节省电量：739728 - 517968 = 221760kW • h节电率：221760 : 739728 = 30%每年节约电费，按0.6元/（kW • h）计：221760 x 0.6 = 133056元对风机改造表明：（1） 采用变频器对风机进行节能改造具有结构简单、改造方便、节能效果 明显、投资回收期短的特点。

2） 使用变频器后，风机可软启软停、减少设备机械冲击、延长设备使用 寿命、降低设备维修费用3） 变频调速技术先进、成熟、提高了设备的技术含量水泵调速的应用水泵的流量Q与转速N的一次方成正比；扬程H与转速N的平方成正比； 轴功率P与转速N的立方成正比，即功率与转速成3次方的关系下降如果不 是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在输出相同流量的情况下， 原来消耗在阀门的功率（局部阻力h =&匕,&为阀门的阻力系数）就可以完j 2g全避免，这就是水泵调速节能的原理变频调速的控制可以是自动的，也可以是手动的目前，国内在水泵控制 系统中使用变频调速系统技术，大部分是在开环状态下，即人为的根据工艺或 外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速的目的系统主要由四部分组成：（1） 控制对象：电机功率100kW，额定电流183A ；水泵配用功率100kW，流量792吭，轴功率80.3kW，扬程32.3m2） 变频调速器：适配通用电动机功率110kW，额定容量160kVA，额定电流210A一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的 基本方法是：变频器的额定输出电流大于1.1倍电动机的额定 电流3) 压力测量变送器(PT):用于控制水管出口压力，并将压力信号 变换成4〜20mA的标准电信号，再输入调节器。