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1、变频调速技术实验研究及其应用分析摘要： 从变频调速的基本原理开始，讨论了电动机调速与节能的关系，根据实验数据，结合生产实践中大量使用的风机、水泵进行分析，指出变频调速有利于节能及其它优势，并结合相关实例说明了使用变频技术带来的经济效益。1概述我国的能源源供应还还很紧张张，最大大限度的的利用能能源是一一种客观观要求。而而八十年年代初发发展起来来的变频频调速技技术，正正是顺应应了工业业生产自自动化发发展的要要求，开开创了一一个全新新的智能能电机时时代。一一改普通通电动机机只能以以定速方方式运行行的陈旧旧模式，使使得电动动机及其其拖动负负载在无无须任何何改动的的情况下下即可以以按照生生产工艺艺要求调
2、调整转速速输出，从从而降低低电机功功耗达到到系统高高效运行行的目的的。 近近年来变变频技术术被广泛泛的应用用在生产产、生活活的各个个方面，就就是由于于使用了了变频技技术可以以大幅度度提高能能源的利利用率。2 变频调调速2.1 变变频调速速的基本本原理 在变频调速速中使用用最多的的变频调调速器是是电压型型变频调调速器,由整流流器、滤滤波系统统和逆变变器三部部分组成成。在其其工作时时首先将将三相交交流电经经桥式整整流装置置整为直直流电,脉动的的直流电电压经平平滑滤波波后在微微处理器器的调控控下,用用逆变器器将直流流电再逆逆变为电电压和频频率可调调的三相相交流电电源,输输出到需需要调速速的电动动机上
3、。由由电工原原理可知知电机的的转速与与电源频频率成正正比, 通过变变频器可可任意改改变电源源输出频频率从而而任意调调节电机机转速,实现平平滑的无无级调速速。2.2 电电动机调调速与节节能的关关系 风机和水泵泵都是流流体机械械，流体体机械的的转速变变化与其其流量、压压力和功功率之间间的变化化有如下下的关系系：Q1/Q22=n1/n2H1/H22=(nn1/n2)2P1/P22=(nn1/n2)3 上述式子中中Q1、HH1、PP1分别别代表转转运n11时的流流量、压压力、功功率。QQ2、H2、P2、分别别代表转转速n22时的流流量、压压力、功功率。即即流量与与转速的的一次方方成正比比：压力力与转速
4、速的平方方成正比比；功率率与转速速的三次次方成正正比。 由此可见，当当通过降降低转速速以减少少流量来来达到节节流目的的时，所所消耗的的功率将将降低很很多。例例如：当当转速降降到800%时，流流量减少少到800%，而而轴功率率却下降降到额定定功率的的(800%)33511%；若若流量需需减少到到40%，则转转速相应应减少到到40%，此时时轴功率率下降到到额定功功率的(40%)36.4%。 风机(水泵泵)调节节流量，可可行的方方式有两两种： 第一种方式式是保持持电机转转速不变变，通过过调节风风阀来调调节流量量。此时时风机的的对H-Q特性性曲线不不变。而而风阀开开度发生生变化，即即管路的的阻力特特性
5、发生生了变化化，即管管路阻力力增加。 第二种方式式是管路路的阻力力特性保保持不变变(即风风门不变变)，通通过调节节电机的的转速来来调节流流量。 这种方方法所消消耗的功功率相对对于第一一种要小小得多。调调速是控控制风机机、水泵泵节能的的相当有有效的措措施。 风机、水泵泵一方面面由于在在生产中中具有面面广、量量大、耗耗电多的的特点，另另一方面面由于节节能潜力力大的特特点，故故此类电电机的节节能具有有广阔的的前景，且且意义重重大。2.3 电电机在不不同频率率下运行行的节电电效果：P=NN3 ( 仅供供参考) 1频率下下降100%情况况下的节节电率：1-(1-110%)3=277.1%； 2频率下下降
6、155%情况况下的节节电率：1-(1-115%)3=388.6%； 3频率下下降200%情况况下的节节电率：1-(1-220%)3=488.8%； 4频率下下降255%情况况下的节节电率：1-(1-225%)3=577.8%； 5频率下下降300%情况况下的节节电率：1-(1-330%)3=655.7%；如果电机运运行频率率长期稳稳定在330%以以下，且且远期负负载无扩扩展趋势势，建议议更换电电机拖动动系统，经经济上更更合算。 3.变频调调速技术术节省能能源：3.1 传传统的控控制流量量的办法法是用阀阀门控制制，而用用阀门控控制流量量从1000流流量减到到70流量时时能量只只减少22。而而用变
7、频频调速控控制以后后，同样样的降到到70流量，能能量下降降了522，从从而使系系统的效效率大为为提高。国国外资料料表明：当工作作点位于于最大流流量的880%时时，使用用风阀将将消耗电电机能量量的933%，导导流叶片片消耗为为70%，涡流流联轴器器消耗667%，而而变频器器消耗551%，差差不多是是风阀的的一半；当气流流量降至至50%时，变变频器只只消耗115%，而而联轴器器消耗为为29%，导流流叶片消消耗为449%，风风阀为773%。这这显示出出在输送送相同气气流量情情况下，风风阀消耗耗的能量量几乎是是变频器器的4倍倍。3.2 应应用变频频器调速速的其它它好处：(1)、减减少噪音音，对风风机来
8、说说降低转转速的同同时，噪噪音大幅幅度降低低。风机噪声抑抑制公式式：(ddB)5551oog(速度11/速度度2),速度从从1000降到到50的噪声声降低量量为：55511og(15000/7750)=5550.30=16.5dBB噪音电电平降低低了166.5分分贝,这这是一个个很显著著效果。(2)、设设备软启启动，消消除了起起动冲击击。感应交流电电动机的的启动电电流可以以达到满满载电流流的7倍倍多，即即便是采采用Y-起动动也会达达到4.5倍。所所有启动动方式都都必需考考虑到接接通电源源瞬间对对电网的的冲击，电电机越大大冲击越越大，这这就不得得不加大大相应供供电设备备的供电电能力来来承受冲冲击
9、。而而使用了了变频器器后则不不然，它它没有了了启动冲冲击，起起动电流流由零开开始随着着负荷增增加而逐逐步上升升，不管管什么时时候它都都不会超超过满载载电流，而而且起动动时间还还可人为为设置，平平稳地达达到预设设速度。(3)、高高功率因因数：供电局对用用户功率率因数有有严格要要求。当当低于990时时用户必必需采取取补偿措措施，否否则将罚罚款，反反之则可可受奖。而而使用变变频器后后功率因因数可接接近1，免免除了功功率因数数的补偿偿。(4)、改改善机械械性能：减小机械磨磨损。起起动时间间和停车车时间均均可设置置，使运运行平稳稳。消除除了启动动时的皮皮带打滑滑尖叫损损坏皮带带。延长长了机械械的使用用寿
10、命。(5)、变变频器有有完善的的保护：由于变频器器普遍使使用了智智能控制制，所以以保护十十分完善善。电气气上的常常规保护护全都包包括，而而且还有有许多例例如：电电机/电电源缺相相；相间间短路；接地故故障；过过/欠电电压；变变频器/电机过过热；过过速/低低速报警警；过载载/空载载报警等等等保护护。(6)、操操作简捷捷直观：变频器设有有显示屏屏，可迅迅速而简简单地进进行所需需要的调调试，编编程及查查询工作作，显示示器能提提供有关关变频器器，电机机和操作作状态的的信息。其其中包括括转速、频频率、负负载、千千瓦小时时、运行行时间、报报警状态态等等。(7)、变变频器具具有通讯讯功能：现在不少变变频器都都
11、具有工工业网络络通讯功功能。例例如标准准的RSS-4485通通讯。这这就可方方便地纳纳入BAAS等网网络的集集散控制制系统。4.实验4.1 实实验装置置及仪表表本实验的基基础是大大流量空空气分布布器动力力性能试试验台，其其可测风风量为990000m3/h。系系统空气气流量测测量段按按国家标标准设计计：(11)流量量测量装装置由接接收室和和排放室室组成，两两室之间间由带喷喷嘴的隔隔板分开开。(22)喷嘴嘴之间的的中心距距离大于于较大喷喷嘴喉部部直径的的3倍，排排放室或或接受室室侧壁到到最近任任一喷嘴嘴喉部直直径的中中心距离离大于喷喷嘴喉部部直径的的1.55倍。(3)在在接收室室和排放放室中安安放
12、均流流器，其其均匀的的孔眼面面积占流流通面积积的400%。(4)由由于喷嘴嘴装置及及其设备备的连接接部分处处于密封封状态，检检漏实验验证明空空气的渗渗漏量不不超过被被测空气气流量的的1%。以以上几条条保证本本实验精精度，其其测量数数据具有有很高的的研究价价值。本本实验风风机选用用了4-72型型Ne-5A离离心通风风机1台台，标牌牌名义风风量和风风压分别别为84480-127720mm3/h及及11338-7785PPa,风风机的电电机功率率为4kkw，电电机型号号为Y1112MM-4，为为了能任任意调节节风量，实实现无级级调速，采采用了SSVF1113-3800A(日日产)变变频器。本实验测量
13、量仪表采采用了DDT62234光光电转速速表测风风机的转转速，ZZBY2215-84空空盒气压压表测大大气压力力，二等等标准水水银温度度计测空空气温度度，YYYT-2200BB斜管压压力计测测喷嘴前前后的静静压差，DDT8662-44型功率率表测风风机的功功率。为为了更好好的利用用数据，本本实验记记录了当当时测量量时的大大气压强强、环境境温度、进进气口及及出气口口的温度度。4.2 计计算公式式为测量大风风量，采采用了多多个流量量喷嘴组组合的风风量测量量装置。本本实验共共用了11个770mmm的喷嘴嘴，2个个1000mmm的喷嘴嘴，2个个1550mmm的喷嘴嘴。采用用压差法法进行流流量的计计算，
14、计计算公式式为：Qn =CCnAn(2P/n)11/2 (1)从(1)式式中：QQn为通过过流量喷喷嘴的体体积流量量，(mm3/s)；系统统总送风风量等于于通过各各流量喷喷嘴的风风量之和和；Ann为喷嘴嘴的喉部部面积，(m 22)；P为喷喷嘴前后后静压差差，(PPa)；n 为通过过喷嘴的的空气密密度，(kg/m3)；CCn为喷嘴嘴流量系系数。从(1)式式可知，为为使流量量Qn与压差差P成成一一对对应关系系，必须须使Cnn、An、nn等为确确定的值值，特别别流量系系数Cnn是一个个受影响响因素较较多、变变化范围围较大的的量，本本实验台台选用了了符合国国际标准准、由建建研院空空调所生生产的长长颈喷
15、嘴嘴节流装装置，其其喉部长长度L=0.55d，dd为喉部部直径(mm)。在此此条件下下，流量量系数可可按下式式计算：Cn=0.9866-7.0066/Ree+1334.55/Ree (22)式中雷诺数数值可用用下式算算出： RRe=WWnd/vv (33)式中Wn是是通过喷喷嘴喉部部的速度度，m/s，可可按下式式计算 Wnn= (2PP/nn)1/2 (4)为保证测量量精度，按按标准规规定，115 mm/sWn35 m/ss。v为为喷嘴入入口处空空气的运运动粘滞滞系数，可可通过查查表或计计算求得得。具体分析如如下：从图中4-1可以以发现功功率于频频率不成成线性关关系，随随着频率率的增大大，功率率也随之之增大。实实验中频频率从441Hzz466Hz范范围中，增增加趋势势相对稳稳定，而而此前此此后范围围内，变变化较大大，表现现为图中中曲线斜斜率突增增。从图4
