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風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速節(jié)能分析
節(jié)能降耗、增加效益是全社會(huì)應(yīng)為之努力的方向。我國(guó)的電動(dòng)機(jī)用電量占全國(guó)發(fā)電量的60％～70％，風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備年耗電量占全國(guó)電力消耗的1/3。應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的傳統(tǒng)方法是通過調(diào)節(jié)出口或入口的擋板、閥門開度來控制給風(fēng)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(shè)計(jì)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(yīng)有的浪費(fèi)。根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵類的轉(zhuǎn)矩特性，采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量，將大大節(jié)約電能。下面就分析一下在風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載中使用變頻器所能達(dá)到的效果。
一，通過變頻調(diào)速達(dá)到的一次節(jié)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(zhuǎn)速n
• 壓力H正比于n2
• 轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)，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(guān)系為h正比于RQ2，其中R為阻力系數(shù)
• 電機(jī)在恒速運(yùn)行時(shí)，流量為100%情況下（工作點(diǎn)為 A），水泵軸功率相當(dāng)于Q1AH1O所包容的面積。
• 電機(jī)在恒速運(yùn)行時(shí)，采取調(diào)節(jié)閥門的辦法獲得70%的流量（工作點(diǎn)為 B），將導(dǎo)致管阻增大，水泵軸功率相當(dāng)于Q2BH2O所包容的面積，所以軸功率下降不大。
采用變頻調(diào)速控制流量時(shí)，由于管道特性沒有改變，水泵特性發(fā)生變化（工作點(diǎn)為 C），軸功率與Q2CH3O所包容的面積成正比。故其節(jié)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(diào)節(jié)水泵流量
正如前面提到的，軸功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)流量下降到80%時(shí)，轉(zhuǎn)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(dāng)然還需要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會(huì)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(gè)節(jié)能數(shù)字也是很可觀的,因此在裝有風(fēng)機(jī)水泵的機(jī)械中,采用轉(zhuǎn)速控制方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量,在節(jié)能上是個(gè)有效的方法。
二，變頻調(diào)速所實(shí)現(xiàn)的二次節(jié)能
變頻調(diào)速自動(dòng)根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整輸出電壓，通過對(duì)電機(jī)的最佳勵(lì)磁，有效地降低了無功損耗，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低電機(jī)工作噪音, 延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。
 電動(dòng)機(jī)的總電流(IS)為電機(jī)勵(lì)磁電流(IM)與電機(jī)力矩電流(IT)的矢量和, IS和IM夾角的余弦值即為電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù);
 電機(jī)勵(lì)磁電流決定于加在電機(jī)線圈上的電壓, 在工頻狀態(tài)下, 交流電壓為380V恒定不變, 因此勵(lì)磁電流也不會(huì)改變;
 在變頻狀態(tài)下, 變頻器自動(dòng)檢測(cè)負(fù)載力矩, 根據(jù)實(shí)際負(fù)載決定輸出電壓, 因此在負(fù)載較低的時(shí)候自動(dòng)降低輸出電壓, 以維持最高的功率因數(shù).
 由于變頻器自動(dòng)降低了電機(jī)勵(lì)磁電流, 使得輸出總電流明顯低于工頻工作的總電流, 節(jié)約了線路中的損耗和無功功率的損失;
 這個(gè)功能在丹佛斯VLT系列變頻器中稱為AEO功能(Automatic Energy Optimization, 自動(dòng)節(jié)能功能).
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