变频器节能效率计算.pdf
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1、概述 在许多情况下 , 使用变频器的目的是调速, 尤其是对于在工业中大量使用的 风扇、鼓风机和泵类负载来说, 设计选型往往以最大工况来选。与实际的工况存 在较大的可调整空间。 在运行中根据实际运行需要,按照流量、 杨程等调节电动 机的转速,从而改变电动机的输出转矩和输出功率,以代替传统上利用挡板和阀 门进行的流量和扬程的控制, 节能效果非常明显。同时分析变频器在选型、应用 中的注意事项。 1 变频调速原理 三相异步电动机转速公式为: 式中: n- 电动机转速, r/min ; f- 电源频率, Hz; p-电动机对数 s- 转差率 , 从上式可见交流电动机的调速可以概括为改变极对数,控制电源频
2、率以及通过改 变参数如定子电压、 转子电压等使电机转差率发生变化等几种方式。变频器效率 维持在 94%96% ,变频调速是一种高效率、高效能的调速方式,使异步电动机 在整个工作范围内保持正常的小转差率下运转,实现无极平滑调速。 1.1 变频工作原理 异步电动机的额定频率称为基频,即电网的频率,在我国为50Hz 。电机定子 绕组内部感应电动势为 式中-定子绕组感应电动势, V; -气隙磁通, Wb ; - 定子每相绕组匝数; - 基波绕组系数。 在变频调速时,如果只降低定子频率,而定子每相电压保持不变,则必然 会造成增大。 由于电机制造时,为提高效率减少损耗,通常在,时, 电动机主磁路接近饱和,
3、 增大势必使主磁路过饱和, 将导致励磁电流急剧增大, 铁损增加,功率因素降低。 若在降低频率的同时降低电压使 保持不变则可保持 不变从而避免了 主磁路过饱和现象的发生。这种方式称为恒磁通控制方式。此时电动机转矩为 式中 -电动机转矩, N.m ; 电源极对数; 磁极对数; 转差率; 转子电阻; 转子电抗; 由于转差率较小,则有 其中 由此可知:若频率保持不变则;若转矩不变则; 电动机临界转差率其中 电动机最大转矩=常数 最大转速降=常数 由此可知:保持常数,最大转矩和最大转矩处的转速降落均等于常数, 与频率无关。因此不同频率的各条机械特性曲线是平行的,硬度相同。 1.2 风机、泵负载特性 以风
4、机、泵类为代表的二次方减转矩负载即转矩与转速平方成正比。如图所 示,在低转速下负载转矩非常小。 风机、水泵的负载特性如下 式中风量、流量,; 风压, Pa; 轴功率, kW; 负载转矩, N.m; 转速,。 从上式可知,风机风量、泵的流量与转速成正比;风机风压、泵的杨程与转 速的二次方成正比;风机、泵的轴功率与转速、风机风量、泵流量的三次方程正 比;风机、泵的轴功率在速度不变时与风机风压、泵杨程成正比。 按离心式泵功率选择电动机 式中 P离心式泵电动机功率, kW ; 液体密度, kg/; Q 泵的出水量,; H水头, m ; 主管损失的水头, m ; 水泵效率,约为0.60.84; 传动效率
5、,与电动机直连时取=1; K裕量系数, 与功率有关。 当管道长、 流速高、弯头与阀门数量多时, 裕量系数适当增大。 由于风机、泵的容量是按最大风量及风压、流量及杨程确定的,与实际需要 存在较大的可调整空间,按照风量、风压、流量、杨程等调节电动机的转速,从 而改变电动机的输出功率和输出转矩达到节能效果。 如下图,曲线 1 是阀门全部打开时供水系统的阻力特性,曲线2 是额定转速 时泵的杨程特性;此时供水系统的工作点位A,流量为,杨程为;电动机的 轴功率与 O-A-O 面积成正比。如果要将流量减少为主要的调节方式有两 种: 1)传统的方法是保持电动机转速不变,将阀门关小,此时阻力特性曲线如图3 所示
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