1、變頻調速技術實驗研究及其應用分析摘要： 從變頻調速的基本原理開始，討論了電動機調速與節能的關系，根據實驗數據，結合生產實踐中大量使用的風機、水泵進行分析，指出變頻調速有利于節能及其它優勢，并結合相關實例說明了使用變頻技術帶來的經濟效益。1概述我國的能能源供應應還很緊緊張，最最大限度度的利用用能源是是一種客客觀要求求。而八八十年代代初發展展起來的的變頻調調速技術術，正是是順應了了工業生生產自動動化發展展的要求求，開創創了一個個全新的的智能電電機時代代。一改改普通電電動機只只能以定定速方式式運行的的陳舊模模式，使使得電動動機及其其拖動負負載在無無須任何何改動的的情況下下即可以以按照生生產工藝藝要求

2、調調整轉速速輸出，從而降降低電機機功耗達達到系統統高效運運行的目目的。 近年來來變頻技技術被廣廣泛的應應用在生生產、生生活的各各個方面面，就是是由于使使用了變變頻技術術可以大大幅度提提高能源源的利用用率。2 變頻頻調速2.1 變頻調調速的基基本原理理 在變頻調調速中使使用最多多的變頻頻調速器器是電壓壓型變頻頻調速器器,由整整流器、濾波系系統和逆逆變器三三部分組組成。在在其工作作時首先先將三相相交流電電經橋式式整流裝裝置整為為直流電電,脈動動的直流流電壓經經平滑濾濾波后在在微處理理器的調調控下,用逆變變器將直直流電再再逆變為為電壓和和頻率可可調的三三相交流流電源,輸出到到需要調調速的電電動機上上

3、。由電電工原理理可知電電機的轉轉速與電電源頻率率成正比比, 通通過變頻頻器可任任意改變變電源輸輸出頻率率從而任任意調節節電機轉轉速,實實現平滑滑的無級級調速。2.2 電動機機調速與與節能的的關系 風機和水水泵都是是流體機機械，流流體機械械的轉速速變化與與其流量量、壓力力和功率率之間的的變化有有如下的的關系：Q1/QQ2=n1/n2H1/HH2=(nn1/n2)2P1/PP2=(nn1/n2)3上述式子子中Q11、H11、P11分別代代表轉運運n1時時的流量量、壓力力、功率率。Q22、H2、P2、分別別代表轉轉速n22時的流流量、壓壓力、功功率。即即流量與與轉速的的一次方方成正比比：壓力力與轉速

4、速的平方方成正比比；功率率與轉速速的三次次方成正正比。 由此可見見，當通通過降低低轉速以以減少流流量來達達到節流流目的時時，所消消耗的功功率將降降低很多多。例如如：當轉轉速降到到80%時，流流量減少少到800%，而而軸功率率卻下降降到額定定功率的的(800%)33511%；若若流量需需減少到到40%，則轉轉速相應應減少到到40%，此時時軸功率率下降到到額定功功率的(40%)36.4%。 風機(水水泵)調調節流量量，可行行的方式式有兩種種： 第一種方方式是保保持電機機轉速不不變，通通過調節節風閥來來調節流流量。此此時風機機的對HH-Q特特性曲線線不變。而風閥閥開度發發生變化化，即管管路的阻阻力特

5、性性發生了了變化，即管路路阻力增增加。 第二種方方式是管管路的阻阻力特性性保持不不變(即即風門不不變)，通過調調節電機機的轉速速來調節節流量。 這種種方法所所消耗的的功率相相對于第第一種要要小得多多。調速速是控制制風機、水泵節節能的相相當有效效的措施施。 風機、水水泵一方方面由于于在生產產中具有有面廣、量大、耗電多多的特點點，另一一方面由由于節能能潛力大大的特點點，故此此類電機機的節能能具有廣廣闊的前前景，且且意義重重大。2.3 電機在在不同頻頻率下運運行的節節電效果果：P=N3 ( 僅僅供參考考) 1頻率率下降110%情情況下的的節電率率：1-(1-10%)3=277.1%； 2頻率率下降1

6、15%情情況下的的節電率率：1-(1-15%)3=388.6%； 3頻率率下降220%情情況下的的節電率率：1-(1-20%)3=488.8%； 4頻率率下降225%情情況下的的節電率率：1-(1-25%)3=577.8%； 5頻率率下降330%情情況下的的節電率率：1-(1-30%)3=655.7%；如果電機機運行頻頻率長期期穩定在在30%以下，且遠期期負載無無擴展趨趨勢，建建議更換換電機拖拖動系統統，經濟濟上更合合算。 3.變頻頻調速技技術節省省能源：3.1 傳統的的控制流流量的辦辦法是用用閥門控控制，而而用閥門門控制流流量從1100流量減減到700流量量時能量量只減少少2。而用變變頻調速

7、速控制以以后，同同樣的降降到700流量量，能量量下降了了52，從而而使系統統的效率率大為提提高。國國外資料料表明：當工作作點位于于最大流流量的880%時時，使用用風閥將將消耗電電機能量量的933%，導導流葉片片消耗為為70%，渦流流聯軸器器消耗667%，而變頻頻器消耗耗51%，差不不多是風風閥的一一半；當當氣流量量降至550%時時，變頻頻器只消消耗155%，而而聯軸器器消耗為為29%，導流流葉片消消耗為449%，風閥為為73%。這顯顯示出在在輸送相相同氣流流量情況況下，風風閥消耗耗的能量量幾乎是是變頻器器的4倍倍。3.2 應用變變頻器調調速的其其它好處處：(1)、減少噪噪音，對對風機來來說降低

8、低轉速的的同時，噪音大大幅度降降低。風機噪聲聲抑制公公式：(dB)5511og(速度度1/速速度2),速度度從1000降降到500的噪噪聲降低低量為：551ogg(15500/7500)=55500.300=166.5ddB噪音音電平降降低了116.55分貝,這是一一個很顯顯著效果果。(2)、設備軟軟啟動，消除了了起動沖沖擊。感應交流流電動機機的啟動動電流可可以達到到滿載電電流的77倍多，即便是是采用YY-起起動也會會達到44.5倍倍。所有有啟動方方式都必必需考慮慮到接通通電源瞬瞬間對電電網的沖沖擊，電電機越大大沖擊越越大，這這就不得得不加大大相應供供電設備備的供電電能力來來承受沖沖擊。而而使

9、用了了變頻器器后則不不然，它它沒有了了啟動沖沖擊，起起動電流流由零開開始隨著著負荷增增加而逐逐步上升升，不管管什么時時候它都都不會超超過滿載載電流，而且起起動時間間還可人人為設置置，平穩穩地達到到預設速速度。(3)、高功率率因數：供電局對對用戶功功率因數數有嚴格格要求。當低于于90時用戶戶必需采采取補償償措施，否則將將罰款，反之則則可受獎獎。而使使用變頻頻器后功功率因數數可接近近1，免免除了功功率因數數的補償償。(4)、改善機機械性能能：減小機械械磨損。起動時時間和停停車時間間均可設設置，使使運行平平穩。消消除了啟啟動時的的皮帶打打滑尖叫叫損壞皮皮帶。延延長了機機械的使使用壽命命。(5)、變頻

10、器器有完善善的保護護：由于變頻頻器普遍遍使用了了智能控控制，所所以保護護十分完完善。電電氣上的的常規保保護全都都包括，而且還還有許多多例如：電機/電源缺缺相；相相間短路路；接地地故障；過/欠欠電壓；變頻器器/電機機過熱；過速/低速報報警；過過載/空空載報警警等等保保護。(6)、操作簡簡捷直觀觀：變頻器設設有顯示示屏，可可迅速而而簡單地地進行所所需要的的調試，編程及及查詢工工作，顯顯示器能能提供有有關變頻頻器，電電機和操操作狀態態的信息息。其中中包括轉轉速、頻頻率、負負載、千千瓦小時時、運行行時間、報警狀狀態等等等。(7)、變頻器器具有通通訊功能能：現在不少少變頻器器都具有有工業網網絡通訊訊功能

11、。例如標標準的RRS-4855通訊。這就可可方便地地納入BBAS等等網絡的的集散控控制系統統。4.實驗驗4.1 實驗裝裝置及儀儀表本實驗的的基礎是是大流量量空氣分分布器動動力性能能試驗臺臺，其可可測風量量為90000mm3/h。系統空空氣流量量測量段段按國家家標準設設計：(1)流流量測量量裝置由由接收室室和排放放室組成成，兩室室之間由由帶噴嘴嘴的隔板板分開。(2)噴嘴之之間的中中心距離離大于較較大噴嘴嘴喉部直直徑的33倍，排排放室或或接受室室側壁到到最近任任一噴嘴嘴喉部直直徑的中中心距離離大于噴噴嘴喉部部直徑的的1.55倍。(3)在在接收室室和排放放室中安安放均流流器，其其均勻的的孔眼面面積占

12、流流通面積積的400%。(4)由由于噴嘴嘴裝置及及其設備備的連接接部分處處于密封封狀態，檢漏實實驗證明明空氣的的滲漏量量不超過過被測空空氣流量量的1%。以上上幾條保保證本實實驗精度度，其測測量數據據具有很很高的研研究價值值。本實實驗風機機選用了了4-772型NNe-55A離心心通風機機1臺，標牌名名義風量量和風壓壓分別為為84880-1127220m33/h及及11338-7785PPa,風風機的電電機功率率為4kkw，電電機型號號為Y1112MM-4，為了能能任意調調節風量量，實現現無級調調速，采采用了SSVF1113-3800A(日日產)變變頻器。本實驗測測量儀表表采用了了DT662344

13、光電轉轉速表測測風機的的轉速，ZBYY2155-844空盒氣氣壓表測測大氣壓壓力，二二等標準準水銀溫溫度計測測空氣溫溫度，YYYT-2000B斜管管壓力計計測噴嘴嘴前后的的靜壓差差，DTT8622-4型型功率表表測風機機的功率率。為了了更好的的利用數數據，本本實驗記記錄了當當時測量量時的大大氣壓強強、環境境溫度、進氣口口及出氣氣口的溫溫度。4.2 計算公公式為測量大大風量，采用了了多個流流量噴嘴嘴組合的的風量測測量裝置置。本實實驗共用用了1個個700mm的的噴嘴，2個1000mm的的噴嘴，2個1500mm的的噴嘴。采用壓壓差法進進行流量量的計算算，計算算公式為為：Qn =CnAn(2P/n)1

14、1/2 (1)從(1)式中：Qn為通過過流量噴噴嘴的體體積流量量，(mm3/s)；系統統總送風風量等于于通過各各流量噴噴嘴的風風量之和和；Ann為噴嘴嘴的喉部部面積，(m 2)；P為為噴嘴前前后靜壓壓差，(Pa)；nn 為通通過噴嘴嘴的空氣氣密度，(kgg/m33)；CCn為噴嘴嘴流量系系數。從(1)式可知知，為使使流量QQn與壓差差P成成一一對對應關系系，必須須使Cnn、An、nn等為確確定的值值，特別別流量系系數Cnn是一個個受影響響因素較較多、變變化范圍圍較大的的量，本本實驗臺臺選用了了符合國國際標準準、由建建研院空空調所生生產的長長頸噴嘴嘴節流裝裝置，其其喉部長長度L=0.55d，dd

15、為喉部部直徑(mm)。在此此條件下下，流量量系數可可按下式式計算：Cn=00.9886-77.0006/RRe+1134.5/RRe (2)式中雷諾諾數值可可用下式式算出： Re=Wnd/vv (33)式中Wnn是通過過噴嘴喉喉部的速速度，mm/s，可按下下式計算算 WWn= (2P/n)11/2 (44)為保證測測量精度度，按標標準規定定，155 m/sWWn335 mm/s。v為噴噴嘴入口口處空氣氣的運動動粘滯系系數，可可通過查查表或計計算求得得。具體分析析如下：從圖中44-1可可以發現現功率于于頻率不不成線性性關系，隨著頻頻率的增增大，功功率也隨隨之增大大。實驗驗中頻率率從411Hz46

16、HHz范圍圍中，增增加趨勢勢相對穩穩定，而而此前此此后范圍圍內，變變化較大大，表現現為圖中中曲線斜斜率突增增。從圖4-2中可可知，頻頻率與風風量不成成線性關關系。隨隨著頻率率的增大大，風量量也隨之之增大。在頻率率為0.2066200.22229HHz和00.277590.330000Hz范范圍內，上升幅幅度較大大，從00.22229HHz以后后，上升升幅度趨趨于平緩緩，達到到0.223799Hz以以后，上上升幅度度突然增增大，至至0.223799Hz以以后，上上升幅度度突然增增大，至至0.225799Hz以以后上升升幅度再再次恢復復相對平平緩。從圖4-3中可可以發現現功率與與流量不不成線性性關

17、系，并且隨隨著流量量的增大大，功率率也隨之之增大，又Q=A*vv，在通通風斷面面面積一一定情況況下，流流量Q隨隨v的增增大而增增大。實實驗中，所消耗耗的電能能絕大部部分轉化化為空氣氣動能，還有一一部分由由于克服服沿程阻阻力和局局部阻力力轉化為為內能，使通風風管壁溫溫度升高高。5節能能分析 5.1 節能計計算 對于風機機、泵類類設備采采用變頻頻調速后后的節能能效果，通常采采用以下下兩種方方式進行行計算：1、根據據已知風風機、泵泵類在不不同控制制方式下下的流量量負載載關系曲曲線和現現場運行行的負荷荷變化情情況進行行計算。 以一臺IIS1550-1125-4000型離心心泵為例例，額定定流量2200

18、.16mm3/hh，揚程程50mm；配備備Y2225M-4型電電動機，額定功功率455kW。根據運運行要求求，水泵泵連續224小時時運行，其中每每天111小時運運行在990%負負荷，113小時時運行在在50%負荷；全年運運行時間間在3000天。則每年的的節電量量為：WW1=445111(1000%669%)3000=4460335kWWh W2=445113(95%200%)3000 =11316625kkWhh W = W1W2=46003513116255=17776660kWWh 每度電按按0.55元計算算，則每每年可節節約電費費8.8883萬萬元。 2、根據據風機、泵類平平方轉矩矩負載

19、關關系式：P / P00=(nn / n0)3計算算，式中中為P00額定轉轉速n00時的功功率；PP為轉速速n時的的功率。 以一臺工工業鍋爐爐使用的的22 kW鼓鼓風機為為例。運運行工況況仍以 24小小時連續續運行，其中每每天111小時運運行在990%負負荷(頻頻率按446Hzz計算,擋板調調節時電電機功耗耗按988%計算算)，113小時時運行在在50%負荷(頻率按按20HHz計算算，擋板板調節時時電機功功耗按770%計計算)；全年運運行時間間在3000天為為計算依依據。 則變頻調調速時每每年的節節電量為為：W1=2221111(46/50)33000=1660677kWh W2=222113

20、1(20/50)33000=8003099kWh Wb = W11W22=16606778003099=9663766 kWWh 擋板開度度時的節節電量為為：W1=222(1998%)1113000=114522kWh W2=222(1770%)1113000=2217880kWWh Wd = W11W22232232 kWh 相比較節節電量為為：W= WbbWdd=96637662332322=7331444 kWWh 每度電電按0.5元計計算，則則采用變變頻調速速每年可可節約電電費3.6577萬元。 5.2 實例分分析某工廠離離心式水水泵參數數為：離離心泵型型號6

21、SSA-88，額定定流量553. 5 LL/s，揚程550m；所配電電機Y2200LL2-22型377 kWW。對水水泵進行行閥門節節流控制制和電機機調速控控制情況況下的實實測數據據記錄如如下： 流 量時 間消耗電網網輸出的的電能(kWh)L/s(h)閥門節流流調節電機變頻頻調速47233.222=66.428.33922=566.84083088=244021.11688=1669.333042744=100813.88844=555.5201023.99100=23399.677100=966.7合計24653.4378.3相比之下下，在一一天內變變頻調速速可比閥閥門節流流控制節節省277

22、5.11 kWWh的的電量，節電率率達422.1%。 6、結束束語由以上分分析可知知使用變變頻調速速技術可可以大幅幅度提高高效率節節約能源源，具有有十分可可觀的經經濟效益益。風機、泵泵類等設設備采用用變頻調調速技術術實現節節能運行行是我國國節能的的一項重重點推廣廣技術，受到國國家政府府的普遍遍重視。實踐證證明，變變頻器用用于風機機、泵類類設備驅驅動控制制場合取取得了顯顯著的節節電效果果，是一一種理想想的調速速控制方方式。既既提高了了設備效效率，又又滿足了了生產工工藝要求求，并且且因此而而大大減減少了設設備維護護、維修修費用，還降低低了停產產周期。直接和和間接經經濟效益益十分明明顯，設設備一次次性投資資通常可可以在99個月到到16個個月的生生產中全全部收回回。附實驗數數據記錄錄