風機水泵壓縮機變頻調速控制節(jié)能與應用(含工頻節(jié)流功率計算公式)

1、風機水泵負載變頻調速節(jié)能原理相似定律：兩臺風機或水泵流動相似，在任一對應點上的統(tǒng)計和尺寸成比例，比值成相等，各對應角、葉片數(shù)相等，排擠系數(shù)、各種效率相等。流量按照相似定律，由連續(xù)運動方程流量公式： 流速公式： 式中：體積流量，；容積效率，實際容積效率約為0.95；A有效斷面積（與軸面速度垂直的斷面積），m；D葉輪直徑，m；n葉片轉速，r/min；b葉片寬度，m；圓周速度，m/s；排擠系數(shù)，表示葉片厚度使有效面積減少的程度，約為0.750.95；按照電機學的基本原理，交流異步電動機轉速公式： 式中： s滑差； P電機極對數(shù)； f電機運行頻率。流量、轉速和頻率關系式： 可見流量和轉速的一次方成正比

2、，和頻率的一次方成正比。揚程按照流體力學定律，揚程公式：揚程、轉速和頻率關系式：可見揚程和轉速的二次方成正比，和頻率的二次方成正比。式中：H水泵或風機的揚程，m；功率風機水泵的有效功率：每秒鐘流體經(jīng)風機水泵獲得的能量。水泵：或 風機：可見有效功率和轉速的三次方成正比，和頻率的三次方成正比。式中：有功功率，w；流體質量密度，；壓力，；電量風機水泵效率：有效功率和軸功率之比。軸功率：電動機輸出給風機水泵的功率。軸功率（電動機的輸出功率）公式：水泵風機電動機和風機水泵的傳動效率：電動機效率：電量（電動機的輸入功率）公式：水泵風機節(jié)能工頻狀態(tài)下的耗電量計算Pd：電動機功率；d：電動機效率； U：電動機

3、輸入電壓；I：電動機實際運行電流；cos：功率因子。 計算公式：Pd =UIcos然后將電機實際工頻下運行的電流代入上面的公式，得出電機工頻狀態(tài)下的功率Pd。設備名稱一次風機二次風機引風機功率因數(shù)0.80.780.78額定電壓（KV）101010工頻運行電流（A）462225工頻運行時功率（KW）637.4297.2337.74具體計算辦法：（以一次風機為例）通過在系統(tǒng)電源進線側用測電流的方法計算節(jié)電率Pd =UIcos=10460.8=637.4KW風機設備屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Qn，Hn2，Pn3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸

4、功率與轉速的立方成正比。通過風機數(shù)據(jù)，依據(jù)公式可依次求得風機在采用變頻調速運行時對應的風機總功耗 。綜合考慮取電動機效率=0.9、和變頻器的效率=0.96，則網(wǎng)測功率損耗節(jié)電率 =引風機計算為例：風機實際軸功率P=182 kW變頻網(wǎng)側功耗= 211 kW離心泵負載，采用出口控制流量的方式，電動機在工頻運行時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關系為 ，式中Q為流量。流量 %1009080706050節(jié)電率 %022.541.861.571.682.1理論計算結果說明變頻節(jié)能效果非常顯著，實際運行中變頻恒壓供水技術比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制、無污染等明顯優(yōu)勢。變頻系統(tǒng)保證系統(tǒng)小流量供水，解決小流量甚至

5、零流量供水時大量電能的浪費問題，從運行控制上進一步節(jié)能。電動機節(jié)能第一章 節(jié)能概述電動機廣泛應用于拖動風機、泵、鼓風機、空氣壓縮機、制冷機和車床等機械傳動裝置及其他各類電氣設備，量大面廣的終端耗能大戶。電機系統(tǒng)包括電動機、被拖動裝置、傳動控制系統(tǒng)及管網(wǎng)負荷。圖1 制冷系統(tǒng)流程圖電機系統(tǒng)節(jié)能改造的技術途徑主要有以下幾個方面：1 加速設備淘汰更新。加大力度對老舊設備的更新改造，堅持使用國家推薦的節(jié)能型設備。2 改善電機拖動系統(tǒng)調節(jié)方式。推廣變頻調速、永磁調速等先進電機調速技術，改善風機、泵類電機系統(tǒng)調節(jié)方式，逐步淘汰閘板、閥門等機械節(jié)流調速方式。重點對大中型變工況電機系統(tǒng)進行調速改造，合理匹配電機

6、系統(tǒng)，消除“大馬拉小車”現(xiàn)象。3 改進工藝拖動、牽引拖動調速方式。以先進的電力電子技術傳動方式改造傳統(tǒng)的機械轉動傳動方式，逐步采用交流調速取代直流調速。4 優(yōu)化電機系統(tǒng)的運行和控制。采用新技術、新工藝，完善電機系統(tǒng)控制，優(yōu)化運行。推廣軟啟動裝置、無功補償裝置、計算機自動控制系統(tǒng)等，通過過程控制合理配置能量，實現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟運行。第二章 電動機節(jié)能的基本概念圖2 電動機系統(tǒng)的能量傳遞圖2中電力變換器對直流電動機調速系統(tǒng)為靜止電力整流器，對交流電動機調速系統(tǒng)為靜止電力變頻器。電動機系統(tǒng)節(jié)能的基本要求有兩方面：一方面要求構成系統(tǒng)的每一部分，在完成系統(tǒng)所賦予的特定工作任務之外，均要降低損耗提高效率，然后提

7、高整個系統(tǒng)的效率；另一方面要求各部分的參數(shù)匹配協(xié)調，從而求得整個系統(tǒng)的最高效率。第三章 變頻調速對電動機運行的影響電動機作為電力傳動系統(tǒng)的重要組成部分，在變頻器供電的情況下，電動機可以運行在很寬的一個頻率范圍內(nèi)。當電動機運行在非額定頻率并實施控制運行時，其效率、功率因數(shù)、鐵損耗、銅損耗等性能參數(shù)與額定條件開環(huán)運行相比，發(fā)生很大變化。變頻調速系統(tǒng)會對電機的運行產(chǎn)生很多方面的影響，如啟動性能的改善，諧波的影響等等。但其中改變最大的是電機的運行狀況，電機已經(jīng)不總是運行在固定的頻率和滑差下，常規(guī)的“額定”在變頻調速電機的運行中失去了意義；同時，電機的效率和功率因數(shù)等主要性能發(fā)生改善，尤其是功率因數(shù)理論

8、上可以調整到0.9以上。第四章 調速節(jié)能的典型應用電力傳動系統(tǒng)中約有60%的應用為風機與水泵的應用。以往由于采用恒壓恒頻電源驅動，大部分風機與水泵系統(tǒng)實際運行效率為30%50%，其損耗占總發(fā)電量的38%以上。風機調速的應用：通常工業(yè)鍋爐上的鼓風、引風機是電機以定速運轉，再通過改變風機入口的擋板開度來調節(jié)風量的。而風機的最大特點是負載轉矩與轉速的平方成正比，而軸功率與轉速的立方成正比。因此，將電機的定速運轉改為根據(jù)需要的流量來調節(jié)電機變速運轉就可以節(jié)約大量電能。在中央空調、煉鋼廠、水泥制造、化纖等行業(yè)都用到風機。在沒有調速控制之前，一般采用降壓啟動，并且正常運行后，電機全速運行，而風量的大小則通

9、過風門來調節(jié)。一般情況下，風門的開度為50%80%，電機只能是滿負荷運行，電動機的工作效率很低，造成很大浪費。變頻器的出現(xiàn)很好的解決了如何直接控制風量的大小來滿足工況的要求這個問題。變頻器是無級調速的，用變頻器改造風機，具有以下特點：（1） 起動停止平衡，無級調速，調速范圍大。（2） 工作可靠，能長期穩(wěn)定運行。（3） 操作簡單，維護量小。（4） 輸出特性可滿足風機性能要求。（5） 節(jié)能效果顯著。根據(jù)工作的情況調節(jié)調速器裝置的速度可以滿足工作的要求。另外，用變頻器對風機進行改造不必對原系統(tǒng)進行大改動。因此，變頻器在風機改造方面得到廣泛的應用，在變頻改造的過程中，當需要時，讓電動機高速運行以達到要

10、求。當不在工作時，使電動機低速運轉節(jié)約電能。同時，可根據(jù)需要來調節(jié)變頻器，以滿足工作要求。其中，驅動鼓風機、引風機、爐排機的變頻器受燃燒控制系統(tǒng)的控制，控制器的輸出信號將控制相關的變頻器輸出頻率，以達到穩(wěn)定工況及提高鍋爐熱效率和節(jié)能之目的。以90kW風機為例：（1） 改造前實測數(shù)據(jù)：改造前的耗電量（全年運行330天計）：（2） 改造后實測數(shù)據(jù)：改造后的耗電量（全年運行330天計）：（3） 每年節(jié)省電量：節(jié)電率：每年節(jié)約電費，按計：對風機改造表明：（1） 采用變頻器對風機進行節(jié)能改造具有結構簡單、改造方便、節(jié)能效果明顯、投資回收期短的特點。（2） 使用變頻器后，風機可軟啟軟停、減少設備機械沖擊、

11、延長設備使用壽命、降低設備維修費用。（3） 變頻調速技術先進、成熟、提高了設備的技術含量。水泵調速的應用水泵的流量Q與轉速N的一次方成正比；揚程H與轉速N的平方成正比；軸功率P與轉速N的立方成正比，即功率與轉速成3次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方法，而是把電機轉速降下來，那么在輸出相同流量的情況下，原來消耗在閥門的功率（局部阻力）就可以完全避免，這就是水泵調速節(jié)能的原理。變頻調速的控制可以是自動的，也可以是手動的。目前，國內(nèi)在水泵控制系統(tǒng)中使用變頻調速系統(tǒng)技術，大部分是在開環(huán)狀態(tài)下，即人為的根據(jù)工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，以達到調速的目的。系統(tǒng)主要由四部分組成：（1） 控制

12、對象：電機功率100kW，額定電流183A；水泵配用功率100kW，流量792，軸功率80.3kW，揚程32.3m。（2） 變頻調速器：適配通用電動機功率110kW，額定容量160kVA，額定電流210A。一般用于連續(xù)運轉的混合的變頻器容量選擇的基本方法是：變頻器的額定輸出電流大于1.1倍電動機的額定電流。（3） 壓力測量變送器（PT）：用于控制水管出口壓力，并將壓力信號變換成420mA的標準電信號，再輸入調節(jié)器。（4） 調節(jié)器（PID）：輸入信號420mA，輸出為PID控制信號420mA。 系統(tǒng)的控制過程為：有壓力測量變送器將水管出口壓力測出，并轉換成與之相對的420mA標準電信號送到調節(jié)器

13、與工藝所需的控制指標進行比較，得出偏差。其偏差值由調節(jié)器按預先規(guī)定的調節(jié)規(guī)律進行運算得出調節(jié)信號，該信號直接送到變頻調速器，從而使變頻器將輸入為380V/50Hz的交流電變成輸出0380V/0400Hz連續(xù)可調電壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機。水泵電機裝上變頻調速器后，節(jié)能效果顯著，經(jīng)過實測，比未裝變頻器節(jié)約53%左右的電能，而且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，采用變頻調速器前后實測的有關數(shù)據(jù)如表：參數(shù)狀態(tài)電機運行電流（A）電機運行頻率（Hz）水泵出口壓力（MPa）有功功率（kW）功率因數(shù)閥門開度（%）閥門調節(jié)110500.7640.860變頻調節(jié)40300.3300.96100從表中數(shù)據(jù)對比結果分析可知:

14、（1） 節(jié)能效果顯著，采用變頻調速技術后，提高了電機的功率因數(shù)，減少了無功功率消耗。（2） 采用變頻調速技術后，電機定子電流下降64%，電源頻率下降40%，水泵出水壓力降低57%。由于電機水泵的轉速普遍下降，電機水泵的運行狀況明顯改善，延長了設備的使用壽命，降低了設備維護費用。同時，由于變頻器起動和調速平穩(wěn)，減少了對電網(wǎng)的沖擊。（3） 采用變頻調速技術后，由于水泵出口閥門全開，消除了閥門因節(jié)流而產(chǎn)生的噪音，克服了平常因調節(jié)閥故障對生產(chǎn)帶來的影響，具有顯著的社會效益。（4） 系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，參數(shù)超調波動范圍小，偏差能及時進行控制。變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動調節(jié)，控制精度高，能保證生產(chǎn)

15、工藝穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量。（5） 由于變頻器具有十分靈敏的故障檢測、診斷、數(shù)字顯示功能，提高了電機水泵運行的可靠性。壓縮機調速應用壓縮機在工礦企業(yè)中應用十分普遍。配套電動機的容量一般較大，且大多是常年連續(xù)運行的，故節(jié)能的潛力很大。壓縮機的主要控制對象的空氣的壓力，在冷凍或冷卻系統(tǒng)中，常常以溫度作為控制參量。常見的控制方式有：（1） 手動調節(jié)輸入或輸出的閥門開度。（2） 用機械方式進行自動卸載與裝載控制。（3） 通過改變?nèi)~片的角度來調節(jié)壓力或流量等。壓縮機采用變頻調速的必要性：從節(jié)能角度看：（1） 由于壓縮機不能排除在滿負載狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以，只能按最大需求來決定電動機的容量

16、，故設計容量一般偏大。在實際運行的時間所占比例是非常高的。如采用變頻調速，可大大提高運行時的工作效率，節(jié)能潛力很大。（2） 有些調節(jié)方式（如調節(jié)閥門開度和改變?nèi)~片的角度等），即使在需求量較小的情況下，也不能減小電動機的運行功率。采用了變頻調速后，當需求量較小的情況下，可降低電動機的轉速，減小電動機的運行功率，從而進一步實現(xiàn)節(jié)能。（3） 節(jié)省潤滑油，降低噪音。第五章 調速節(jié)能效果的合理計算節(jié)能效果計算的一般方法采用交流電動機變頻調速系統(tǒng)代替恒速運動能夠節(jié)能，對節(jié)能效果進行計算首先要測取以下基礎數(shù)據(jù)：（一） 測取基礎數(shù)據(jù)1基準線的建立（1） 節(jié)能改造前的設備數(shù)據(jù)。應調查填寫被更換設備和電動機的基本銘牌數(shù)據(jù)，包括電動機的功率、轉速、負載類型、工作時間、點測數(shù)據(jù)、電機用途、安裝地點等。（2） 改造前電動機實際工作的點測數(shù)據(jù)。在現(xiàn)場對對要被替換的電動機實際測量并記錄其電流、電壓、功率因數(shù)、容量（kVA）、實際功率（kW）、轉速等。（3） 如果節(jié)能改