風機水泵的變頻調速節能分析

節能降耗、增加效益是全社會應為之努力的方向。我國的電動機用電量占全國發電量的60％～70％，風機、水泵設備年耗電量占全國電力消耗的1/3。應用于風機、水泵等設備的傳統方法是通過調節出口或入口的擋板、閥門開度來控制給風量和給水量，其輸出功率大量消耗在擋板、閥門地截流過程中。另外，由于在通常的設計中為了滿足峰值需求，水泵選型的裕量往往過大，也造成了不應有的浪費。根據風機、水泵類的轉矩特性，采用變頻調速器來調節流量、風量，將大大節約電能。下面就分析一下在風機水泵類負載中使用變頻器所能達到的效果。
一，通過變頻調速達到的一次節能
下面以水泵為例來說明，由圖1可以看到：
流量Q正比于轉速n
壓力H正比于n2
轉矩T正比于n2
功率P正比于n3

圖1 水泵流量、壓力、功率曲線 …

在普通的水泵流量控制中使用閥門來調節，如圖2所示：

圖2 閥門控制水泵流量

管道阻力h與流量Q的關系為h正比于RQ2，其中R為阻力系數
電機在恒速運行時，流量為100%情況下（工作點為 A），水泵軸功率相當于Q1AH1O所包容的面積。
電機在恒速運行時，采取調節閥門的辦法獲得70%的流量（工作點為 B），將導致管阻增大，水泵軸功率相當于Q2BH2O所包容的面積，所以軸功率下降不大。
采用變頻調速控制流量時，由于管道特性沒有改變，水泵特性發生變化（工作點為 C），軸功率與Q2CH3O所包容的面積成正比。故其節能量與CBH2H3所包容的面積成正比，輸入功率大大減小。 如圖3所示：

圖3 變頻調節水泵流量

正如前面提到的，軸功率P與轉速n的三次方成正比。采用變頻器進行調速，當流量下降到80%時，轉速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%,如果流量下降到60%,軸功率N可下降到額定功率的21.6%,當然還需要考慮由于轉速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等.即使這樣,這個節能數字也是很可觀的,因此在裝有風機水泵的機械中,采用轉速控制方式來調節風量或流量,在節能上是個有效的方法。
二，變頻調速所實現的二次節能
變頻調速自動根據負載情況調整輸出電壓，通過對電機的最佳勵磁，有效地降低了無功損耗，提高系統功率因數，降低電機工作噪音, 延長電機使用壽命。
電動機的總電流(IS)為電機勵磁電流(IM)與電機力矩電流(IT)的矢量和, IS和IM夾角的余弦值即為電動機的功率因數;
電機勵磁電流決定于加在電機線圈上的電壓, 在工頻狀態下, 交流電壓為380V恒定不變, 因此勵磁電流也不會改變;
在變頻狀態下, 變頻器自動檢測負載力矩, 根據實際負載決定輸出電壓, 因此在負載較低的時候自動降低輸出電壓, 以維持最高的功率因數.
由于變頻器自動降低了電機勵磁電流, 使得輸出總電流明顯低于工頻工作的總電流, 節約了線路中的損耗和無功功率的損失;
這個功能在丹佛斯VLT系列變頻器中稱為AEO功能(Automatic Energy Optimization, 自動節能功能).