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1、变频调速节能量的计算方法一、概述据统计，全世界的用电量中约有 60%是通过电动机来消耗的。由于 考虑起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运 行，采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可使电动机重新回到 高效的运行状态，这样可节省大量的电能。生产机械中电动机的负载种 类千差万别，为便于分析研究，将负载分为平方转矩、恒转矩和恒功率 等几类机械特性，本文仅对平方转矩、恒转矩负载的节能进行估算。所 谓估算，即在变频器投运前，对使用了变频器后的节能效果进行的计算 预测。变频器一旦投运后，用电工仪表测量系统的节能量更为准确。现 假定，电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，
2、且变频 器的效率为 95%。在设计过程中过多考虑建设前，后长期工艺要求的差异，使裕量过 大。如火电设计规程 SDJ-79 规定，燃煤锅炉的鼓风机,引风机的风量裕 度分别为 5%和 510%，风压裕度为 10%和 10%15%，设计过程中很难计算 管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系 统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，但风机的系列是有限的，往 往选不到合适的风机型号就往上靠，大 20%30%的比较常见。生产中实 际操作时，对于离心风机、泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节，则 增加了管路系统的阻尼，造成电能的浪费；对于恒转矩负载常用电磁调 速器、液力耦合器进行调节，这
3、两种调速方式效率较低，而且，转速越 低，效率也越低。由于电机的电流的大小随负载的轻重而改变,也即电机 消耗的功率也是随负载的大小而改变，因此要想精确地计算系统的节能 是困难的，在一定程度上影响了变频调速节能的实施。本文介绍用以下 的公式来进行节能的估算。二、节能的估算1、风机、泵类平方转矩负载的变频调速节能风机、泵类通用设备 的用电占电动机用电的 50%左右,那就意味着占全国用电量的 30%。采用 电动机变频调速来调节流量，比用挡板、阀门之类来调节，可节电 20%50%，如果平均按 30%计算，节省的电量为全国总用电量的 9%，这将 产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，对风机、水泵常用阀门、
4、挡 板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时 能量消耗较大。如果用变频器对风机、泵类设备进行调速控制，不需要 再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小 能耗也大为减少。节能量可用GB12497三相异步电动机经济运行强 制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即：能量可用GB12497三相异步电动机经济运行强制性国家标准实施监督指 南中的计算公式，即：0.45 + 0.55职).式中、腹一额定流矍时电机输趴功率KVQfl-额定流量4从(1)式分折节流调节时，QvQ“则QIQ比值一殺是小于1的分数，其(Q$ 鬧值庇Q/2更小，0.5的乘积仍小干0 5勺即节
5、济凋节后、由机的负载变小了，消耗 的功率也比額定功率小.当描板或稠门全关时，図机泵类空鼓运厅消耗的功率最少，最 小等于145； U.则表明采用变硕调谨宕，电机消耗的功率与买际蛊童和额足盘童比值 的三袂方成正比，：即巳裁,再与采用挡板调节流壘对应电机输入功率PL相减后再除以节省的功率与系统调速前后的速 差成正比，速差越大，节能越显著。恒转矩负载变频调速一般都用于满足工艺需要的调速，不用变频调速就得采用 其他方式调速，如调压调速、电磁调速、绕线式电机转子串电阻调速等。由于这些 调速是耗能的低效调速方式，使用高效调速方式的变频调速后，可节省因调速消耗 的转差功率，节能率也是很观的。3、电磁调速系统
6、电磁调速系统由鼠笼异步电机、转差离合器、测速电机和控制装置组成，通 过改变转差离合器的激磁电流来实现调速。转差离合器的本身的损耗是由主动部分 的风阻磨擦损耗及从动部分的机械磨擦损所产生的。如果考虑这些损耗与转差离 合器的激磁功率相平衡，且忽略不计的话，转差离合器的输入输出功率可由下式 计算：电动机轴输出功率式中：T2转差离合器的输出转矩n2 -转差离合器的输出轴转速电动机的输出功率，即为转差离合器的输入功率。对于恒转矩负载，T=T1 = T2=常数，所以，转差离合器的效率：精品电磁调速电机为鼠笼式电机，由于输入功率和转矩均保持不变，鼠笼式电机的 功率保持不变。损耗以有功的形式表达出来，损耗功率
7、通过转差离合器涡流发热并 由电枢上的风叶散发出去。由损耗功率公式（10）可以清楚看到，电磁调速电机的转速越低，浪费能源越 大，然而生产机械的转速通常不在最大转速下运行，变频调速是一种改变旋转磁场 同步速度的方法，是不耗能的高效调速方式，因此改用变频调速的方式会有非常好 的节能效果，节省的能量直接可用（10）式计算。4 液力偶合器调速系统液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量， 电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的 工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载。液力偶合 器有调速型和限矩型之分，前者用于电气传动的调
8、速，后者用于电机的起动，系统 中的液力偶合器在电机起动时起缓冲作用。由于液力偶合器的结构与电磁转差离合 器类似，仿照电磁调速器效率的计算方法，可得：同样，用（12）式可计算将液力耦合器调速改造为变频调速后的节能量。5绕线式电机串电阻调速系统绕线式电机最常用改变转子电路的串接电阻的方法调速，随着转子串接电阻 的增大，不但可以方便地改变电机的正向转速，在位能负载时，还可使电机反向旋 转和改变电机的反向转速，因此这种调速方式在起重、冶金行业应用较多。对于绕线式电机，无论在起动制动还是调速中，采用转子串电阻方式均会带 来电能损耗。这种损耗随着转速的降低，转差率S的增大而增大，另外，随着串接 电阻的增大
9、，机械特性变软，难以达到调速的静态指标。 绕线式电机输入的电磁功率为：当我们进行变频节能改造时，投入和收益是必须认真考虑的，收益就涉及到节能量的计算，变频器未投运之前，计算节能量是比较困难的，往往希望有一种简单实用的计算方法来进行节能的预测，有了以上的计算式计算节能量，投入和收益也就一目了然了。例1：有一电机4极Pe = 55KW,驱动风机，风机的实际风量Q与额定风量之比Q/QN为0.8，现采用变频器调速，求节电率。由（2）式节电率为 36%。三、变频调速节能与系统功率因数的关系前已假定电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，这样在计算 节能时可不考虑系统功率因数的影响。实际上，在变
10、频器投入前后，其功率因数可 能是不同的，因此，计算的节能量是否考虑变频器调速前后的功率因数的变化呢？用电度表进行计量检测实际 的节能量时，电度表测量的就是电动机系统消耗的有功功率。若原电动机系统的功 率因数较低，在使用变频器后以50Hz频率恒速运行，这时功率因数有所提高。功 率因数提高后，电动机的运行状态并没有改变，电动机消耗的有功功率和无功功率 也没有改变。变频器中的滤波电容与电动机进行无功能量交换，因此变频器实际输 入电流减小，从而减小了电网与变频器之间的线损和供电变压器的铜耗，同时减小 了无功电流上串电网。因此计算节能时，应考虑提高功率因数后的节能。提高功率因数后，配电系统电流的下降率为
11、：配电系统的电流下降率和配电系统的损耗下降率都是对单台电动机补偿前后 电流和损耗而言，不是指配电系统电流和损耗的实际变化。下面举一个典型的事例。从配电房的电度表实测的结果还是节能，且节能在15%以上。从本例看，如果单纯提高功率因数，无须使用变频器，只需用电力电容进行就 地补偿，但倘若还要满足工艺调速的需要，使用变频器调速节能是最佳的节能方法， 这时的节能量应是线路上的能耗与变频调速节能之和。如果原电动机系统的功率因数较高，变频器投入后功率因数变化不大，可不考 虑功率因数变化后线损的影响，就用本文中的（1）（14）进行计算节能。四、变频调速节能计算时需考虑变频器的效率GB12668 定义变频器为
12、转换电能并能改变频率的电能转换装置。能量转换过程 中必然伴随着损耗。在变频器内部，逆变器功率器件的开关损耗最大，其余是电子 元器件的热损耗和风机损耗，变频器的效率一般为95%-96%，因此在计算变频调速 节能时要将变频器的 4%-5%的损耗考虑在内。如考虑了变频器的损耗本文例1 中计 算的节能率，就不是36%，而应该为 31%-32%，这样的计算结果与实际节能率更为 接近。五、结束语一般情况下，变频器用于50Hz调速控制。不管是平方转矩特性负载，还是恒 转矩特性负载，调速才能节能，不调速在工频下运行是没有节能效果的。有时系统 功率因数很低，使用变频器后也有节能效果，这不是变频调速节能，而是补偿功率 因数带来的节能。本文所述的对变频调速节能计算方法有极好的实用性如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
