變頻調(diào)速的計算

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1、一、變頻調(diào)速與節(jié)流調(diào)節(jié)的計算流量qv與轉(zhuǎn)速成正比，即qv2/qv1=n2/n1；揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即H1/H2=（n2/n1）2；功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比功率。如（1）式所述。（1）根據(jù)、H值可以計算泵與風(fēng)機(jī)的功率，即：（2）式中P─功率，kW；─流量，m3/s；H─揚(yáng)程，m；ρ─密度，kg/m3；η─使用工況效率%；泵與風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能計算(1)變頻調(diào)速調(diào)節(jié)與節(jié)流調(diào)節(jié)對風(fēng)機(jī)、水泵常用閥門、擋板進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，增加了管路的阻尼，電機(jī)仍舊以額定速度運(yùn)行，這時能量消耗較大，如果對風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備進(jìn)行調(diào)速控制，不需要再用閥門、擋

2、板進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，將閥門、擋板開到最大，管路阻尼最小，能耗也大為減少。節(jié)能量可用GB12497《三相異步電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)實施監(jiān)督指南中的計算公式，即對風(fēng)機(jī)、泵類、采用擋板調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電機(jī)輸入功率PL與流量qv的關(guān)系：（3）式中PL─額定流量時電機(jī)輸入功率，kW；qve─額定流量，m3/s；若流量的調(diào)節(jié)范圍（0.5～1）qve,由上面的公式及下面的公式可得電機(jī)調(diào)速調(diào)節(jié)流量相比節(jié)流調(diào)節(jié)流量所要節(jié)約的節(jié)電率（Ki）為：（4）式中Ki─節(jié)電率；ηb─調(diào)速機(jī)構(gòu)效率。從上式分析，節(jié)流調(diào)速時由于qv/qve<1，平方后更小于

3、1，乘以0.55再加上0.45仍小于1，卻節(jié)流后電機(jī)的負(fù)載變小了，消耗的功率也比額定功率小。當(dāng)擋板或閥門全關(guān)時，泵與風(fēng)景空載運(yùn)行，消耗的功率最少，等于0.45Pc。由（1）式可知采用電機(jī)變速調(diào)節(jié)后，電機(jī)消耗的功率與實際流量和額定流量比值的三次方成正比，由于變頻調(diào)速效率高，本身的損耗相比很小，在變頻器內(nèi)部，逆變器功率器件的開關(guān)損耗最大，其余是電子元器件的熱損耗和風(fēng)機(jī)損耗，變頻器的效率一般為95%～98%。采用變頻調(diào)速，泵與風(fēng)機(jī)的效率幾乎不變，其特性近似滿足相似定律，即滿足（1）式的關(guān)系。因此（4）式能較準(zhǔn)確地計算泵與風(fēng)機(jī)電機(jī)

4、變頻調(diào)速調(diào)節(jié)相比節(jié)流調(diào)節(jié)所要節(jié)約的節(jié)電率。例5.1某廠離心風(fēng)機(jī)125kW，實際用風(fēng)量為0.7，年工作4800h，準(zhǔn)備投資15萬元改造為變頻器驅(qū)動，變頻器的效率為96%，估算節(jié)電率和投資回收期。解：由題意知qv/qve=0.7，由式（4）得節(jié)電率為由式（3）得：PL=（0.45+0.55×0.72）×125=90(kW)采用風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時風(fēng)機(jī)所需要的軸功率為90kW。變頻器調(diào)速器調(diào)風(fēng)量時相對調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)風(fēng)量的節(jié)電率為0.50。由條件可知風(fēng)機(jī)每年工作4800h，年節(jié)電量為：4800×90×0.5=216000kW·h年節(jié)電費(fèi)(電

5、價0.80元/kW·h):0.8×216000=17.28萬元投資回收期：投資回收期=設(shè)備投資總額（元）÷年節(jié)電費(fèi)（元）=15÷17.28=0.87（年）=10.4（月）由此可判定該廠離心風(fēng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動后，年節(jié)電量216000kW·h，年節(jié)電費(fèi)17.28萬元，投資回收期10個半月，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益可觀。二、變頻調(diào)速與第一類變速調(diào)節(jié)的計算第一類變速調(diào)節(jié)包括液力耦合調(diào)速系統(tǒng)和電磁調(diào)速系統(tǒng)。液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化來傳遞電動機(jī)能量，電動機(jī)通過液力耦合器輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進(jìn)行加速，被加速的工作

6、油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載。電磁調(diào)速系統(tǒng)通過改變轉(zhuǎn)差離合器的激磁電流來實現(xiàn)調(diào)速。轉(zhuǎn)差離合器的本身的損耗是由主動部分的風(fēng)阻、摩擦損耗及從動部分的機(jī)械摩擦所產(chǎn)生的。不論是液力耦合器調(diào)速還是電磁調(diào)速系統(tǒng)。它們都沒有改變原動機(jī)的轉(zhuǎn)速，也就是說主動輪的轉(zhuǎn)速是不變的。在調(diào)速過程中從動輪的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從動輪受的力矩也發(fā)生變化，但在忽略各種阻力矩后從動輪的力矩T2應(yīng)近似等于主動輪力矩T1，即：T2=T1(2.1)而功率P與轉(zhuǎn)矩T及轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為：(2.2)在第一類變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，原動機(jī)通過主動輪輸入功率，

7、從動輪獲得輸出功率。故它的調(diào)速效率應(yīng)等于的輸出、輸入功率之比，即可由下式計算：（2.3）式中ηb─調(diào)速效率；，P1─主動輪輸入功率；P2─從動輪輸入功率。設(shè)轉(zhuǎn)速差s為：（2.4）由式（2.3）及式（2.4）可得：ηb=1－s（2.5）從式（2.3）及式（2.5）可看出第一類變速調(diào)速的效率等于從動機(jī)轉(zhuǎn)速與主動機(jī)的轉(zhuǎn)速之比。從動機(jī)轉(zhuǎn)速越低，調(diào)速效率越低，轉(zhuǎn)速差越大，浪費(fèi)能源越大。與之相比變速調(diào)速是一種改變旋轉(zhuǎn)磁場同步速度的方法，是不耗能的高效調(diào)速方式。第一類變速調(diào)速的節(jié)電率仍可用式（4）計算，但這時的調(diào)速效率不同。第一類變速調(diào)

8、速雖比不上變速調(diào)速，但比節(jié)流調(diào)速仍有優(yōu)勢。例5.2與例5.1條件相同，若準(zhǔn)備投資15萬元改造為液力耦合器調(diào)速，估算節(jié)電率和投資回收期。并與變頻調(diào)速相較。解：因風(fēng)機(jī)流量之比qv/qve=0.7，可得由式（2.3）得液力耦合器調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速效率為由式（4）得液力耦合器調(diào)速系統(tǒng)節(jié)電率為由式（3）得：PL=（0.