第6章变频调速的经济效益.docx
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第6章变频调速的经济效益
第6章变频调速的经济效益
6.1拖动系统的节能空间
6.1.1工频运行的浪费
1.空气压缩机泄载在工频运行时，如储气罐的压力偏高，通过
泄载阀泄放部分空气。
2.锅炉给水泵回流要求锅炉汽包的水位恒定。
工频运行时，通
过调节阀门开度，改变回流量，达到调节锅炉汽包的水位的目的。
■-・1
锅炉汽包
VJ
图6-2锅炉给水泵的回流调节
空调主机
4.中央空调冷却泵的工频运行
1
1
1
点仔=49\
<
空调主机
1440r/mi口
-~r芒二1440r/iLin
a）b）
图6-3中央空调冷却泵的工频运行
a）温差正好b）温差偏低
6.1.2大马拉小车的节能空间
1.工频运行的大马拉小车
2.低频运行的大马拉小车
/b）
图6—5低频运行的大马拉小车
a）风机示意图b）低频运行的状态
6.2变全速运行为变速运行
6.2.1变速运行的节能效果
1.恒转矩负载
图6-6恒转矩负载的变速运行a）全速运行b）低速运行
2.二次方律负载
图6-7二次方律负载的变速运行
a）全速运行b）变速运行
6.2.2调速方法与节能
1机械调速
图6-8
b）
a）机械调速示意图
机械调速
b）机械调速后的机械特性
2.龙门刨床的直流调速
a57
MD
G1
沿©9气"&
光:
Q&
7hm$
工件
刨舍
□
:
QhO；
LPMA_MA2J
控制电路
RF2
图6-9龙门刨床的刨台拖动系统
6.2.3异步电动机调速过程中的浪费
1机械特性与能量图
2.绕线转子异步电动机的能量图
a）b）c）
图6—11绕线转子异步电动机的能量图
电磁功率Pm2:
仍与同步转速成正比；负载功率：
与转速n2成正比。
损失功率：
炉2与转差^2成正比，显然，增加了的损失功率都消耗在外接电阻中了。
3.电磁调速电动机的能量图电磁调速电动机相当于两级异步电动机：
第一级即为普通的异步电动机，功耗为APi；第二级的旋转磁场由第一级的转子带动直流磁场形成。
调节SRt调节励磁电流t调节第二级转差Ai2'调节转速n2。
b）u）
图6—12电磁调速电动机
第一级功耗与第一级的转差Ani成正比；
第二级功耗与第二级的转差AV成正比。
由于转差AV较大,
转子切割直流磁场的速度较快，故转子电流大，功耗也大。
总的功耗AP2：
炉2=护1+AV
6.2.4变频调速最节能
图6—13变频调速的功率分配
a）变频调速b）机械特性c）能量图
6.3变频调速的特殊节能措施
（2）电压偏高时的磁通
2.电流一电压曲线
（1）电压偏低时的后果
图6—16电压偏低时的后果
a）电压正常时b）电压偏低时c）电流一电压曲线
（2）电压偏高时的后果
a）b）
图6—17电压偏咼时的后果
a）电压偏高时的磁通和励磁电流b）电流一电压曲线
（3）
完整的电流一电压曲线
图6—18异步电动机的电流一电压曲线
a）负载不变时的电流一电压曲线b）不同负载时的电流一电压曲线
UiJt①iJtIoJ不多
T|2‘f较多
TIlf
U4-①ifTlof很多
Tl2'J不多
Tlif
6.3.2“大马拉小车”的节能对策
1基本思路
"血b）
图6-19“大马拉小车”时的效率
a）“大马拉小车”的电流一电压曲线b）效率曲线
UxlxJ
2.节能的具体方法
（1）额频运行时
（2）低频运行时
二次方律负载的低速运行
图6-21低频大马拉小车a）风机示意图b）机械特性
低减压频比节能
图6-22低减压频比节能
a）低减压频比b）机械特性
（3）自动搜索节能
6.3.3电能的回馈
1重物下降时的电度表
a）b.i
图6-24重物下降时的电度表
a）工频运行b）变频运行
2.回馈单元
图6-25接入电能回馈单元
a）重物上升b）重物下降
3.电源回馈变频器
图6-26电源回馈变频器
6.4从水泵管路的流体功率看节能
nvo
6.4.1水泵管路的基本模型和节能的考察部位
1.水泵管路的基本模型
图6-27水泵管路的基本模型
2.供水系统的主要参数
（1）流量是单位时间内流过管道内某一截面的水流量，符号
是Q,常用单位是m3/min。
（2）扬程是单位重量的水被水泵上扬时所获得的能量，符号
是H，常用单位是m。
扬程主要包括：
I）静态扬程Ha是供水系统必须上扬的高度，也叫实际扬程。
H）动态扬程Hl使水流具有一定的流速所需的能量。
动态扬程是不能用高度来描述的。
（3）全扬程也叫总扬程，或水泵的扬程。
是静态扬程与动态扬程之和，是说明水泵的泵水能力的物理量，符号是Ht。
Ht=Ha+Hl
（4）管阻表示管道系统（包括水管、阀门等等）对水流阻力的物理量，符号是R。
（5）压力是表明供水系统中某个位置（某一点）水压的物理量，符号是p。
其大小在静态时主要取决于管路的结构和所处的位置，而在动态情况下，则还与供水流量与用水流量之间的平衡情况有关。
3.各部分的功率
（1）变频器的输入功率
Psx=V3UlIvi入
（2）变频器的输出功率
Psx'=3UxIvoCOS朿
PsxPsx
（3）电动机的轴功率
Pmx==Plx
9550
（5）管路的流体功率（负载所需的功率）
Pgx=0.163HxQx
6.4.2管路的基本特性与工作点
1.扬程特性
图6-29供水系统的管阻特性
a）阀门全开时的管阻特性b）不同开度的管阻特性
3.供水系统的工作点与基本功耗
a）b）
图6-30管道系统的工作点
a）供水系统的静扬程b）工作点与基本功耗
6.4.3流体功率的节能分析
1.不同控制方式的节能效果
:
Ef十丨E」Da:
E山x
a）b）二）
图6-31不同控制方式的节能效果
a）关小阀门调节流量b）降低转速调节流量c）两种方法的比较
2.流体功率节能的特点
（1）节约功率与流量的关系
（2）节能效果与静扬程的关系
图6-33静扬程对节能效果的影响
a）静扬程较大时b）静扬程较小时
（3）不同静扬程的典型例子
）供水管道
图6-34供水管道的广义空载功率
a）高楼供水b）节能分析d）车间供水c）节能分析
H）取水管道
a；cje
图6-35取水管道的广义空载功率
a）冬季水面b）冬季节能分析c）夏季水面d）夏季节能分析
皿）循环水管道
盘管A1.-L
盘管
冷拣泵
O）
图6-36循环水系统的特点
a）冷冻水循环系统b）冷却水循环系统
6.5从轴功率看水泵管路的节能
6.5.1水泵的机械特性
1.水泵机械特性的表达式
Tl=T°+Kt•n_2（6—6）
图6—37离心式水泵的机械特性
a）全速运行b）低速运行
2.负载功率的计算
Pl=tl?
nL
L9550
2
To?
r）L,Kt?
r）L?
r）LPl=+
95509550
=Kpo•nL+Kp•nL3=Po+Kp•nL3
3.基本功率在轴功率中的反映
a）b）
图6-38机械特性中的空载功率
a）空载功率b）广义空载功率
4.轴功率的节能
图6-39轴功率与流量的关系
a）轴功率与转速的关系b）轴功率与流量的关系
6.5.2水泵效率引出的差异
1明显的不一致
**
2.水泵的效率
（6—9）
n=Cl（）—。
2（乂）2[Cl—C=1]
6.6从电功率看水泵管路的节能
6.6.1电动水泵低频运行的核心问题
1.水泵消耗的电功率
图6-42水泵消耗的电功率
Psx'=3UxlvoCOS©
2.低频运行的核心问题
图6-43a）U/f线
7口）-^ea丁帼氐备T
b）
U/f=C的工况
b）低频时的工况
6.6.2功能预置与节能效果
1转矩提升与节能效果
图6-44转矩提升与节能效果
a）转矩提升的预置b）电动机的工作电流
2.
管道供水节能分析小结
图6-45水泵变频调速的节能分析
6.7全面评价经济效益
6.7.1故障减少的效益
1.直流电动机电刷和换向器是最大的薄弱环节
2.同步电动机有电刷和滑环，也是薄弱环节。
3.绕线转子异步电动机有电刷和滑环，也是薄弱环节。
4.电磁调速电动机也有电刷和滑环，也是薄弱环节
a）b）
图6—47几种调速异步电动机的构造
a）绕线转子异步电动机b）电磁调速电动机
6.7.2设备寿命延长的效益
1彻底消除供水系统中的水锤效应
（1）水泵工频起动的动态转矩
图6-49水泵变频起动的动态转矩a）供水管路b）变频起动
2.机械的磨损减少
3.易损件不再易损
（1）卷取机械的磁粉离合器等易损件取消；
（2）起重机械的制动闸皮、操作杆等配用件的寿命延长了
6.7.3产品质量提高的效益
（1）螺杆挤压机变频调速可使出口压力和挤出量稳定
6.7.4意外惊喜带来的效益
（1）以重油为燃料的燃烧炉，采用变频调速实现恒压供油后，非但节电节油，并且由于燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟了；
（2）锅炉的鼓风机和引风机采用变频调速后，非但由于燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟，并且因为平均转速降低了，噪音也大为下降。
6.8家电的变频调速
6.&1改用了三相电动机
1.单相电动机的磁通与转矩
2.单进三出变频器
单相交流直流三相交流
图6-53单进三出变频器
6.&2其他好处
1.压缩机的起动与停止平稳了
2.空调温度稳定了
3.冰箱能够速冻了
附录：
宜昌市自动化研究所产品介绍
产品名称
主要用途与特点
YAB制动单元
开关器件由交流接触器的一个触点串联而成，便于用户自行配置和维护
制动电阻
由电热元件构成，可靠性好，便于用户自行维护
YAF滤波器
用于防止变频器的谐波电流对其他设备的干扰，分输入滤波器和输出滤波器两种。
电源缺相保护器
用于电源缺相保护，保护方法可靠。
PWM电压表
用于测量变频器的输出电压
通用显示控制器
由发光二极管阵列显示各种物理量
温差控制器
用于把中央空调冷却水和冷冻水的进水温度和出水温度之差转换成4〜20mA的电流信号。
联系电话：
0717—,（可传真）联系人：
周从信、何文成
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