變頻器節(jié)能效率計算

1、概述在許多情況下，使用變頻器的目的是調(diào)速，尤其是對于在工業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機 和泵類負載來說，設(shè)計選型往往以最大工況來選。與實際的工況存在較大的可調(diào)整空間。在運 行中根據(jù)實際運行需要，按照流量、楊程等調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，從而改變電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和 輸出功率，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)上利用擋板和閥門進行的流量和揚程的控制，節(jié)能效果非常明顯。同時分析變頻器在選型、應(yīng)用中的注意事項。1變頻調(diào)速原理三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式為：60?=?(1- ?)式中：n-電動機轉(zhuǎn)速，r/min ;f-電源頻率，Hz；p-電動機對數(shù)s-轉(zhuǎn)差率,從上式可見交流電動機的調(diào)速可以概括為改變極對數(shù)，控制電源頻率以及通過改變參數(shù)如定子電壓

2、、轉(zhuǎn)子電壓等使電機轉(zhuǎn)差率發(fā)生變化等幾種方式。變頻器效率維持在94%96%變頻調(diào)速是一種高效率、高效能的調(diào)速方式，使異步電動機在整個工作范圍內(nèi)保持正常的小轉(zhuǎn)差率下 運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)無極平滑調(diào)速。變頻工作原理異步電動機的額定頻率稱為基頻，即電網(wǎng)的頻率，在我國為50Hz電機定子繞組內(nèi)部感應(yīng)電動勢為?=?= 4A4?式中？?-定子繞組感應(yīng)電動勢，V;?i-氣隙磁通，Wb?定子每相繞組匝數(shù)；?-基波繞組系數(shù)。在變頻調(diào)速時，如果只降低定子頻率？?，而定子每相電壓保持不變，則必然會造成？1增大。 由于電機制造時，為提高效率減少損耗，通常在？ = ?, ?1?= ?寸，電動機主磁路接近飽和， 增大？1勢必使主磁路過

3、飽和，將導(dǎo)致勵磁電流急劇增大，鐵損增加，功率因素降低。若在降低頻率的同時降低電壓使？?？?呆持不變則可保持？1不變從而避免了主磁路過飽和 現(xiàn)象的發(fā)生。這種方式稱為恒磁通控制方式。此時電動機轉(zhuǎn)矩為? ? ?2冗（多+司式中T-電動機轉(zhuǎn)矩，；?1電源極對數(shù);?-磁極對數(shù);?轉(zhuǎn)差率；?-轉(zhuǎn)子電阻;?一轉(zhuǎn)子電抗；由于轉(zhuǎn)差率？較小，(？，?爐？?？則有2?L-?(?) =?2 Tf? ,?其中年答(才由此可知：若頻率？1?呆持不變則Ts；若轉(zhuǎn)矩T不變則sal?；電動機臨界轉(zhuǎn)差率？?？4=言？ = ?其中C=已電動機最大轉(zhuǎn)矩？?？= ?1?1? 1(?1)2二常數(shù)42 ?？2 ?/最大轉(zhuǎn)速降? = ?=6

4、0=常數(shù)1? ?由此可知：保持？?？?1?=常數(shù)，最大轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速降落均等于常數(shù)，與頻率無關(guān)。因此不同頻率的各條機械特性曲線是平行的，硬度相同。風(fēng)機、泵負載特性以風(fēng)機、泵類為代表的二次方減轉(zhuǎn)矩負載即轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比。如圖所示，在低轉(zhuǎn)速下負載轉(zhuǎn)矩非常小。風(fēng)機、水泵的負載特性如下?= ?(?)2 = ? = ?(?)3 = ?式中？?？一風(fēng)量、流量，？?3?一風(fēng)壓，Pa；?一軸功率，kW；?一負載轉(zhuǎn)矩，；?一轉(zhuǎn)速，?從上式可知，風(fēng)機風(fēng)量、泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比；風(fēng)機風(fēng)壓、泵的楊程與轉(zhuǎn)速的二次方成 正比；風(fēng)機、泵的軸功率與轉(zhuǎn)速、風(fēng)機風(fēng)量、泵流量的三次方程正比；風(fēng)機、泵的軸功率在速 度不變

5、時與風(fēng)機風(fēng)壓、泵楊程成正比。按離心式泵功率選擇電動機P=k 丫 Q(H+?H)/ y夕？* 10-3式中P離心式泵電動機功率，kW,l液體密度，kg/?3；Q-泵的出水量， ？?3?H-水頭，m；?H一主管損失的水頭，m刀一水泵效率，約為 刀?丁傳動效率，與電動機直連時取刀?=1;裕量系數(shù)，與功率有關(guān)。當管道長、流速高、彎頭與閥門數(shù)量多時，裕量系數(shù)適當增大。由于風(fēng)機、泵的容量是按最大風(fēng)量及風(fēng)壓、流量及楊程確定的，與實際需要存在較大的可調(diào)整空間，按照風(fēng) 量、風(fēng)壓、流量、楊程等調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，從而改變電動機的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩達到節(jié)能效果。如下圖，曲線1是閥門全部打開時供水系統(tǒng)的阻力特性，曲線2

6、是額定轉(zhuǎn)速時泵的楊程特性；此時供水系統(tǒng)的工作點位 A,流量為？?，楊程為？?9電動機的軸功率與 O-?A- ?O面積成正比。如果要將流量減少為主要 的調(diào)節(jié)方式有兩種：1)傳統(tǒng)的方法是保持電動機轉(zhuǎn)速不變，將閥門關(guān)小，此時阻力特性曲線如圖3所示，工作點移至 B點，流量為?)?,楊程為？方電動機的軸功率與面積 O-?B- ?%O成正比。2)閥門的開度不變，降低電動機的轉(zhuǎn)速，此時楊程特性如曲線4所示，工作點移至 C點，流量仍為？?但楊程為？?>?;電動機的軸功率為 O-?C-?tO成正比。由此可見當需求量下降時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源。之所以變頻比變閥門開度節(jié)能，因為在改變流量的同時對壓力沒有

7、要求， 也就是說改變流量的 同時允許改變 壓力。變頻調(diào)速改變流量的同時，壓力也在改變。流量減少，壓力也在減小，功率等于壓力與流 量的乘積，功率在雙倍減?。欢淖冮y門開度的同時，流量減少，壓力基本沒有變，甚至增加。 功率在單倍減小，因此變頻比變閥門開度消耗的功率少，節(jié)省能量。2變頻器的選型和應(yīng)用變頻器分為通用型（G）和風(fēng)機、水泵專用型（P）,應(yīng)根據(jù)負載進行選擇。通常變頻器以適用的電機容量（kW）、輸出容量（kVA）、額定輸出電流（A）表示。其中 額定電流為變頻器允許的最大連續(xù)輸出電流的方均根值，不能長期超出此連續(xù)電流值。不同廠家的電動機、不同系列的電動機、不同極數(shù)的電動機，即使同一容量等級，其額

8、定電流也不盡 相同。由于變頻器輸出中包含諧波成分，其電流有所增加，應(yīng)適當考慮加大容量。一般風(fēng)機、泵類負載不宜在低于15Hz以下運行，如果確實需要在15Hz以下長期運行，需 要考電動機的允許溫升，必要時采用外置強迫風(fēng)冷措施。如果電動機的啟動轉(zhuǎn)矩能滿足要求， 直選用變頻器的降低轉(zhuǎn)矩？?較式，以獲得較大的節(jié)能效果。用變頻器傳動電動機與用正弦波傳動的電動機相比，由于變頻器輸出波形中含有高次的影 響，電動機的功率因素，效率均將惡化，溫度升高。另一方面，變頻傳動要得到與工頻傳動同 樣的轉(zhuǎn)矩，變頻器輸出電流的基波方均根值通常要等于工頻電源的方均根值。變頻器輸出電流由基波電流與高次諧波電流疊加合成。因此，變頻

9、器傳動時的基本特性將不同于工頻傳動。利用電機的等值電路可求得空載電流為?0?= V? + E ?2?式中？?一空載電流，A;?”定子空載基波電流，A;?一定子空載h次諧波電流，Ao上式表明，變頻傳動比工頻傳動的空載電流要大，其中，定子、轉(zhuǎn)子銅損和與載波率有關(guān) 的鐵損是高次諧波引起鐵損耗增大的主要原因。高次諧波引起的損耗與負載的大小無關(guān)，大體 上與空載一致，基本為一定值。因此，負載越輕，諧波損耗增加的影響越大，以功率因素降低， 效率下降，溫升升高。通常電動機額定運行（輸出額定電流、頻率及功率）時，變頻器供電的電動機電流比工頻 供電的電動機電流增加約5%10%,溫升增加20%。因此變頻器供電時普通電動機不宜在額定 頻率下滿載運行。3結(jié)束綜上所訴，變頻調(diào)速在實際生產(chǎn)中有著無可比擬的先天優(yōu)勢。變頻調(diào)速有以下的的優(yōu)點：1、調(diào)速效率高。這是由于在頻率變化后，電動機仍在同步轉(zhuǎn)速附近運行，基本保持 額定轉(zhuǎn)差。2、調(diào)速范圍寬。一般可達20:1,并在整個調(diào)速范圍內(nèi)具有高的調(diào)速效率。所以變頻 調(diào)速適用于調(diào)速范圍寬，且經(jīng)常處于低負荷狀態(tài)下運行的場合。3、機械特性較硬。在無自動控制時，轉(zhuǎn)速變化率在5%以下；當采用自動控制時，能做高精度運行，把轉(zhuǎn)速波動率控制在 卜1%左右。4、能兼作啟動設(shè)備。即通過變頻電源將電動機啟動到某一轉(zhuǎn)速，再斷開變頻電源， 電動機可直接接到工頻電源使泵或風(fēng)機加速到全速。5、兼做