變頻器在風機、水泵中的節能應用

徐建宇

摘要：由風機、水泵類負載節能，來闡述變頻器是控制風機、水泵實現節能最佳方式，對提高自動化程度，減少人為因素的影響進行較詳細分析，通過實例計算來證明在理論上是正確的，雖然初期一次性投資比較大，但從長遠上來看在經濟上是值的。

關鍵詞：風機；水泵；節能；功率因數；變頻器

前言

風機、水泵作為工業和生活中的通用機械有應用量大、應用面廣的特點，其配套電機量也是巨大的，有資料統計，風機、水泵的耗電量占全國總發電量的20%以上，由于容量和工藝原因，大多數的風機、水泵類負載存在著不同程度上的電能浪費，在提倡節約能源的今天，減少浪費，節能問題的研究也迫在眉睫，變頻控制是目前最好方法。

1.風機、水泵負載節能原理

傳統風機、水泵流量的設計均以最大需求來設計，其調整方式采用擋板、風門、回流、起停電機等方式控制，無法形成閉環回路控制，也較不考慮省電的觀念，但實際使用中流量隨著各種因素而變化，往往比最大流量小的多，要減少流量時，通常情況下只能調節檔板和閥門的開度，閥門控制法的實質是通過改變管網阻力大小來改變流量，而這種控制方式當所需流量減小時，壓力反而會增加，故軸功率的降低有限，此時，過剩的風機、水泵功率將導致壓力增加造成很大的能量損耗。

由流體力學原理可知：流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的平方成正比，功率與轉速的三次方成正比，如果水泵效率一定，當流量下降時轉速成比例下降，而此時對軸輸出功率p成立方關系下降；風機、水泵變頻節能控制可在保持閥門、擋板開度不變的前提下，通過改變風機的轉速來調節流量，其實質是通過減少流體動力來節電。這種控制方式可從根本上消除風機、水泵設備，由于選型或負荷變化普遍存在的“大馬拉小車”的動力浪費現象，消除了擋板截流阻力，使風機、水泵始終運行在最佳工作狀態。

2.風機、水泵變頻控制特點

2.1異步電動機原理n=60f/p（1-s），可知變頻調速是風機、水泵調速最佳方法，風機、水泵電機直接啟動或Y/D啟動，啟動電流為其額定電流的4～7倍；這樣會對電機設備和供電電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的電流和震動時對擋板和閥門損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。

2.2使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，改善設備運行狀況、降低機械磨損及維修、維護人員費用支用。

2.3水泵變頻使電機在起動、停止、運轉過程中均無沖擊電網電流，還可以最大限度地提高電動機功率因數和電機效率，減少無功損耗及補償容量，減少電機的噪聲、溫升、震動和從電網吸收電能。

2.4無功功率不但增加線損和設備的發熱，設備使用效率低下，浪費嚴重，由公式P=S×COSφ，可知COSφ越大有功功率P越大，普通水泵電機的功率因數在0.6～0.7之間，使用變頻裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，COSφ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

2.5圖1為水泵用閥門控制時，當流量要求從Q1減小到Q2，必須關小閥門，這時閥門的磨擦阻力變大，管路曲線從R移到R′，揚程則從Ha上升到Hb，運行工況點從a點移到b點。

2.6圖2為調速控制時，當流量要求從Q1減小到Q2，由于阻力曲線R不變，泵的特性取決于轉速，如果把速度從n降到n′，性能曲線由（Q-H）變為（Q-H）′，運行工況點則從a點移到c點，揚程從Ha下降到Hc。

2.7根據離心泵的特性曲線公式兩者之差為：ΔN=Nb-Nc=R×Q2×（Hb-Hc）/102η，也就是說，用閥門控制流量時，有ΔN功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關小，這個損耗還要增加，用轉速控制時，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，取得良好的節能效果。

3.水泵的工作點（流量、揚程、功率損耗）與轉速的關系圖表如下

（效率不變、轉速變化曲線）

4.電機效率隨轉速變化舉例

5.變頻效率隨轉速變化舉例

6.以5臺空調二次泵（4用1備，每臺水泵參數為1200T/H，48M）為例

7.采用變頻控制裝置運行費用

Total power consumption KWH6784.63

Totao power consumption per year KWH1221233

以上數據是按照一年運行6個月，每月30天，每天24小時

運行一年耗能：每年節省電：1941201-1221233=719968KWH節省百分比：719968/1941201=37%按每度電一元算，共節省719968元/年。

8.風機節能效果計算

8.1風機的調速節能效果計算比較簡單，由于風機系統一般不存在反壓，所以風機調速運行時消耗的電功率，可以直接用比例定律求得，注意使用工頻運行電功率應為采用風門調節時風機實際消耗的電功率，而不是電動的額定電功率，而轉速也應為中心調節頻率（轉速），而不是最低（頻率）轉速。

8.2根椐風門開度數據測算出準確的風量數據，才能準確算出節電率來，最準確的是根椐各種工況下的風量、風壓和電動機電流數據進行計算；其次是根椐風機的特性曲線以及風門開度和電流數據進行計算，風門開度決定節電率，而電動機電流的大小則決定節電量，風門開度的準確性是致關重要的，其次就是風量的計算龍為關鍵，它對計算結果的影響可謂：“失之毫厘，差以千里”！所以，風量的計算一定要慎之又慎！

8.3例某電站鍋爐為75t/h循環流化床鍋爐，其送風機（一次風機）為離心式風機，設計余量較大，在滿負荷時入口風門開度僅為70%（出口風門全開），每天運行時間為8h；80%負荷時風門開度為55%，每天運行進間為10h；60%負荷時風門開度為45%（低于44%開度時風壓報警），每天運行時間為6h，試計算變頻調速節能改造后的節能的效果。

注：風機采用變頻器調速時，風門全開，全速運行時輸出額定風壓22000pa，根椐比例定律，為保證最低風壓10000pa時的轉速為額定轉速的67.49%，為了留有風壓余量，最低轉速取額定轉速的70%（1036r/min），變頻器的最低輸出頻率為35HZ。

9.結論

理論計算結果和實際運行有一定差距，這是正常的，雖然變頻調速在節能效果明顯，但是宣傳應實事求是，不能隨意夸大節能效果，以免誤導和欺騙用戶。

參考文獻：

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