泵和风机的变频节能计算方法

对风机、水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电动机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果对风机、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。对风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入功率P_L与流量q_V的关系（GB 12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南）：

式中 P_e——额定流量时电机输入功率（kW）；

q_Ve——额定流量（m³/s）。节流调节时，＜0.55，故0.45+0.55＜1，即节流后电机的负载小于额定负载，由式（6-21）可知，节流后消耗的功率也比额定功率小。当挡板或阀门全关时，泵与风机空载运行，消耗的功率最少，等于0.45P_e。

记调速调流时电机输入功率为P_T，则由式（6-19）得

由式（6-21）和式（6-22）可得电机调速调节流量相比节流调节流量所要节约的节电率（K_i）为

由式（6-19）可知采用电机变速调节后，电机消耗的功率和额定功率的比值与实际流量和额定流量比值的三次方相等，由于变频调速效率高，本身的损耗相对很小，变频器的效率一般为95%～98%，采用变频调速，泵与风机的效率几乎不变，其特性近似满足相似定律，即满足式（6-19）的关系，因此式（6-23）能较准确地计算泵与风机电机变频调速调节相比节流调节所要节约的节电率。

以具体实例分析变频调速调节流量相比节流调节和其他两种调速调节的节电率。某厂离心风机电动机功率1120kW，实际用风量为0.7，年工作4800h，准备投资改造为变频器驱动，变频器的效率为96%，电价0.80元/kW·h，估算各种变速调节方式的节率和年节电费。

（1）变频调速调节与节流调节：由题意知q_V/q_Ve=0.7，由式（6-23）得变频调速调节流量相比节流调节的节电率为

由式（6-21）得

P_L=[（0.45+0.55×0.7²）×1120]kW=806kW（6-25）

采取风门调节风量时风机所需的轴功率为806kW，变频器调速器调风时相对调节风门调风量的节电率为50%。

年节电量为

（4800×806×0.5）kW·h=1934400kW·h（6-26）

年节电费为

0.8×1934400元=1547520元=154.752万元（6-27）

由此可判定该厂离心风机采用变频器驱动后，年节电量1934400kW·h，年节电费154.752万元，技术经济效益可观。

采用变频调速系统年用电量为

（4800×806-1934400）kW·h=1934400kW·h（6-28）

（2）变频调速与第一类变速调节：第一类变速调节不改变原动机的转速，也就是说主动轮的转速是不变的。第一类变速调速虽比不上变频调速，但比节流调节仍有优势。在调速过程中从动轮的转速发生变化，从动轮受的力矩也发生变化，但在忽略各种阻力矩后从动轮上的力矩T₂应近似等于主动轮力矩T₁，即

T₂≈T₁（6-29）

由题意知=0.7在第一类变速调节系统中，原动机通过主动轮输入功率，从动轮获得输出功率。故它的调速效率应等于输出、输入功率之比，即可由下式计算：

式中 η_b——调速效率；

P₁——主动轮输入功率；

P₂——从动轮输出功率。

即效率等于从动机转速与主动机的转速之比。从动机转速越低，调速效率越低，转速差越大，浪费能源越大。与之相比变频调速是一种改变旋转磁场同步速度的方法，是不耗能的高效调整方式。

第一类变速调速的节电率仍可用式（6-23）计算，得液力耦合器调速系统相对于调风门调节风量的节电率为

年节电量为

（4800×806×0.32kW·h）=1238016kW·h（6-32）(www.xing528.com)

年节电费为

（0.8×1238016）元=99.04128元≈99万元（6-33）

由此可判定该厂离心风机采用液力耦合器调速系统驱动后，年节电量1238016kW·h，年节电费99万元。

采用液力耦合器调速系统年用电量为

（4800×806-1238016kW·h）=2630784kW·h（6-34）

相对采用液力耦合器调速系统，采用变频调速系统节电率为

即采用变频调速系统相对于液力耦合器调速系统的节电率为26%。

（3）变频调速与电动机串电阻调速系统：绕线式电动机最常用改变转子电路的串接电阻的方法调速，绕线式电动机输入的电磁功率P₁为

P₁=P₂+P_s（6-36）

式中 P₂——电动机输出功率；

P_s——电动机转子电阻上消耗的转差功率。

转子串接电阻调速效率为

由题意知

设电机转子电阻上消耗的转差功率增加65%，即P_s=0.65P₂，由式（6-37）得串接电阻的方法调速效率为

由式（6-23）得串接电阻的方法调速相对调风门调节风量时的节电率为

年节电量为

（4800×806×0.22）kW·h=851136kW·h（6-40）

年节电费为

（0.8×851136）元=680908.8元≈68万元（6-41）

由此可判定该厂机离心风机采用电机串电阻系统驱动后，年节电量851136kW·h，年节电费68万元。

采用串接电阻的方法调速电机年用电量为

（4800×806-851136）kW·h=3017664kW·h（6-42）

相对采用串接电阻的方法调速系统，采用变频调速系统节电率为

即若采用变频调速系统相对于电动机串接电阻调速系统的节电率为36%。

综上所述，可得出采用变频调速调节相对于节流调节、第一类变速调节和电机串电阻调节的节能对照表，见表6-3所示。

表6-3 变频调速调节相对于节流调节、第一类变速调节和电机串电阻调节的节能对照表