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

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风机水泵负载变频调速节能原理
相像定律：两台风机或水泵流淌相像，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。
流量依据相像定律，由连续运动方程流量公式：
q = v
v m
´h ´ A = v
v m
´h ´ p ´ D ´ d ´ f
v
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流速公式：
D ´ n ´p
v =
m 60
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式中： q
v
h
——体积流量， m 3s ；
——容积效率，实际容积效率约为 ；
v
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A——有效断面积〔与轴面速度v
m
D——叶轮直径，m； n——叶片转速，r/min； b——叶片宽度，m；

垂直的断面积〕，m²；
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v ——圆周速度，m/s；
m
f ——排挤系数，表示叶片厚度使有效面积削减的程度，～；
依据电机学的根本原理，沟通异步电动机转速公式： n = (1 - s) ´ 60 ´ f p
式中： s——滑差； P——电机极对数； f——电机运行频率。
流量、转速和频率关系式：
Þ q = D ´ n ´p ´h ´p ´ D ´ d ´f
v 60 v
D ´ (1 - s) ´ 60 ´ f p ´p
= ´h ´p ´ D ´ d ´f
60 v
Þ q ¥ n ¥ 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
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依据流体力学定律，扬程公式： H =
D´(1-s)´60´ f p´p
扬程、转速和频率关系式：
扬程
1 ´r ´v ²
2 m
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1
æ D´n´p ö2 1 æ ö2
Þ H = ´ r ´ç ÷ = ´ r ´ç ÷

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2 è 60 ø 2 è
60 ø
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Þ H ¥ n² ¥ 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。
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水泵： P
e
= r ´ g ´ q ´ H
v
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或 风机： P = q ´ P
e v
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ÞP = r ´ g ´
e
D ´ n ´p
60
´h ´p ´ D ´ d ´f ´
v
æ
1 ´ r ´ç
2 è
D´n´p ö2
ø
60 ÷
12
D ´ (1 - s) ´ 60 ´ f p ´p
D´(1-s)´60´ f p´p
h 1 æ ö2
12
= r ´ g ´
´ ´p ´ D ´ d ´f ´ ´ r ´ç ÷
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60 v
Þ P ¥ n3 ¥ f 3
e
2 è 60 ø
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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。
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式中： P
——有功功率，w；
e
12
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r ——流体质量密度， Kg P ——压力， Pa ；
m 3 ；
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电量
风机水泵效率：有效功率和轴功率之比。h
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：
P = P h
sh e p
Þ P = r ´ g ´ q ´ H h 水泵
sh v p
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电动机和风机水泵的传动效率： 电动机效率：h
m
Þ P = q ´ P h 风机
sh v p
h
c
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电量〔电动机的输入功率〕公式： P =
g
P
h ´hsh
c m
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h
h
´
ÞP r ´ g ´ q ´ H
= ´h v 水泵
g
c m p
ÞP = r ´ P 风机
g h ´h ´h
c m p
节能
工频状态下的耗电量计算
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Pd：电动机功率 ；
h d：电动机效率 ； U：电动机输入电压 ；
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I：电动机实际运行电流 ；cosφ ：功率因子。
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3
计算公式：Pd =
×U×I×cosφ
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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



额定电压〔KV〕
10
10
10
工频运行电流〔A〕
46
22
25
工频运行时功率〔KW〕



具体计算方法：〔以一次风机为例〕
3
通过在系统电源进线侧用测电流的方法计算节电率
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3
Pd =
×U×I×cosφ =
×10×46×=
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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 ，
H∝n2，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
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P” æ n” ö3
æ H ” ö3
æ Q” ö3
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= ç ÷ = ç ÷2 = ç ÷
P è n ø è H ø è Q ø
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成正比。通过风机数据，依据 dn
0 0 0
公式可依次求得风机在承受
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P ”
变频调速运行时对应的风机总功耗 。
h h
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综合考虑取电动机效率 d =、和变频器的效率
P”
b =，
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P
b
则网测功率损耗
= h ×h
d b
´100%
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(P - P )
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节电率 =
 d b ´100%
P
d
12
12
引风机计算为例：

æ H ” ö3
ç ÷2 ´ P

æ ö 3
2

´ 500
12
ø
ç H ÷
ç ÷
dn
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风机实际轴功率P′= è 0
= è ø
=182 kW
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P” æ
182 ö
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P
b
变频网侧功耗
= h ×h
d b
´100%
ç ÷´100%
= è ´ ø

= 211 kW
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离心泵负载，承受出口掌握流量的方式，电动机在工频运行时，系统中流量变化与功率
的关系为
P
=〔 + 〕´ P
，式中Q 为流量。
阀
n
流量 %
100
90
80
70
60
50
节电率 %
0





理论计算结果说明变频节能效果格外显著，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掌握、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
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至零流量供水时大量电能的铺张问题，从运行掌握上进一步节能。
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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、传动掌握系统及管网负荷。
冷却塔
冷却塔
分水器
集水器
冷冻水泵
75KW×3
冷却水泵
90KW×3
RCW070E
冷水机组
RCW070E
冷水机组
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：
加速设备淘汰更。
加大力度对老旧设备的更改造，坚持使用国家推举的节能型设备。
改善电机拖动系统调整方式。
推广变频调速、永磁调速等先进电机调速技术，改善风机、泵类电机系统调整方式，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展调速改造，合理匹配电机系统，消退“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，逐步承受沟通调速取代直流调速。
4．优化电机系统的运行和掌握。
承受技术、工艺，完善电机系统掌握，优化运行。推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动掌握系统等，通过过程掌握合理配置能量，实现系统经济运行。
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其次章 电动机节能的根本概念
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电源 线路
配电设备电力变换器

电动机 连接部件 负载机械 调整器
物件加工或传送流体介质传送
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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，对沟通电动机调速系统为静止电力变频器。
电动机系统节能的根本要求有两方面：一方面要求构成系统的每一局部，在完成系统所赐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；另一方面要求各局部的参数匹配协调，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局部，在变频器供电的状况下，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掌握运行时，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。但其中转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
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。以往由于承受恒压恒频电源驱动，大局部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，再通过转变风机入口的挡板开度来调整风量的。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依据需要的流量来调
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节电机变速运转就可以节约大量电能。
在中心空调、炼钢厂、水泥制造、化纤等行业都用到风机。在没有调速掌握之前，一般承受降压启动，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整。一般状况下，风门的开度为50%～80%，电机只能是满负荷运行， 电动机的工作效率很低，造成很大铺张。
变频器的消灭很好的解决了如何直接掌握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：
起动停顿平衡，无级调速，调速范围大。
工作牢靠，能长期稳定运行。
操作简洁，维护量小。
输出特性可满足风机性能要求。
节能效果显著。
依据工作的状况调整调速器装置的速度可以满足工作的要求。另外，用变频器对风机进展改造不必对原系统进展大改动。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到达要求。当不在工作时，使电动机低速运转节约电能。同时，可依据需要来调整变频器， 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掌握系统的掌握，掌握器的输出信号将掌握相关的变频器输出频率，以到达稳定工况及提高锅炉热效率和节能之目的。
以 90kW 风机为例：
改造前实测数据：
U = 380V , I = 160 A, cosj = ,
P = 3UI cosj = ´ 380 ´160 ´ =
改造前的耗电量〔全年运行 330 天计〕： ´ 330 ´ 24 = 739728 kW · h
改造后实测数据：
U = 380V , I = 100 A, cosj = 1,
P = 3UI cosj = ´ 380 ´100 ´1 =
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改造后的耗电量〔全年运行 330 天计〕： ´ 330 ´ 24 = 517968 kW · h
每年节约电量：
739728 - 517968 = 221760 kW · h
节电率： 221760 ¸ 739728 = 30%
每年节约电费，〔/ kW · h〕计：
221760 ´ = 133056元
对风机改造说明：
承受变频器对风机进展节能改造具有构造简洁、改造便利、节能效果明显、投资回收期短的特点。
使用变频器后，风机可软启软停、削减设备机械冲击、延长设备使用寿命、降低设备修理费用。
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。假设不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在输出一样流量的状况下，
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原来消耗在阀门的功率〔局部阻力
h = x V 2
j 2g
,x为阀门的阻力系数〕就可以完
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全避开，这就是水泵调速节能的原理。
变频调速的掌握可以是自动的，也可以是手动的。目前，国内在水泵掌握系统中使用变频调速系统技术，大局部是在开环状态下，即人为的依据工艺或外界条件的变化来转变变频器的频率值，以到达调速的目的。
系统主要由四局部组成：
掌握对象：电机功率 100kW，额定电流 183A；水泵配用功率
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100kW，流量 792 m 3
h
，轴功率 ，扬程 。
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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
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根本方法是：变频器的额定输出电流大于 倍电动机的额定电流。
压力测量变送器〔PT〕：用于掌握水管出口压力，并将压力信号变换成 4～20mA 的标准电信号，再输入调整器。
调整器〔PID〕：输入信号 4～20mA，输出为 PID 掌握信号 4～20mA。系统的掌握过程为：有压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之
相对的 4～20mA 标准电信号送到调整器与工艺所需的掌握指标进展比较，得出偏差。其偏差值由调整器按预先规定的调整规律进展运算得出调整信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为 380V/50Hz 的沟通电变成输出 0～ 380V/0～400Hz 连续可调电压与频率的沟通电，直接供给水泵电机。
水泵电机装上变频调速器后，节能效果显著，经过实测，比未装变频器节约
53%左右的电能，而且生产工艺稳定，承受变频调速器前后实测的有关数据如表：
参数
状态
电机运行
电流〔A〕
电机运行
频率〔Hz〕
水泵出口
压力〔MPa〕
有 功 功
率〔kW〕
功率因数
阀门开度
〔%〕
阀门调整
110
50

64

60
变频调整
40
30
＜
30

100
从表中数据比照结果分析可知:
节能效果显著，承受变频调速技术后，提高了电机的功率因数， 削减了无功功率消耗。
承受变频调速技术后，电机定子电流下降 64%，电源频率下降 40%， 水泵出水压力降低 57%。由于电机水泵的转速普遍下降，电机水泵的运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备维护 费用。同时，由于变频器起动和调速平稳，削减了对电网的冲击。
承受变频调速技术后，由于水泵出口阀门全开，消退了阀门因节流而产生的噪音，抑制了寻常因调整阀故障对生产带来的影响， 具有显著的社会效益。
系统承受闭环掌握，参数超调波动范围小，偏差能准时进展掌握。变频器的加速和减速可依据工艺要求自动调整，掌握精度高，能 保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。
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