变频调速节能量的计算方法Energy Saving Calculation for Variable Speed Control（希望森兰变频器制造公司，四川成都 610225）彭海宇 杜俊明摘 要:本文介绍了平方转矩负载、恒转矩负载、电磁调速器、液力耦合器和绕线式电机转子串电阻调速改用变频调速后的节能计算方法，系统功率因数和变频调速节能 的关系。Abstract: This paper introduces the ways of calculation of energy saving amount after squared-torque loads, constant-torque loads and other three speed control systems adopt the variable speed control method. And the impact of variable speed control on the power factor is also clarified.关键词:变频调速, 节能计算, 功率因数Key words: Variable speed control, Calculation of energy saving, power factor一、概述据统计，全世界的用电量中约有 60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载 、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行，采用变频器对交流异步电动机进 行调速控制，可使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能。生产机械中电 动机的负载种类千差万别，为便于分析研究，将负载分为平方转矩、恒转矩和恒功率等几类 机械特性，本文仅对平方转矩、恒转矩负载的节能进行估算。所谓估算，即在变频器投运前， 对使用了变频器后的节能效果进行的计算预测。变频器一旦投运后，用电工仪表测量系统的 节能量更为准确。现假定，电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，且变频 器的效率为 95%。在设计过程中过多考虑建设前，后长期工艺要求的差异，使裕量过大。如火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的鼓风机，引风机的风量裕度分别为5%和510%，风压裕度为10% 和 10%15%，设计过程中很难计算管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问 题，通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，但风机的系列是有限的，往往选 不到合适的风机型号就往上靠，大20%30%的比较常见。生产中实际操作时，对于离心风 机、泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节，则增加了管路系统的阻尼，造成电能的浪费； 对于恒转矩负载常用电磁调速器、液力耦合器进行调节，这两种调速方式效率较低，而且， 转速越低，效率也越低。由于电机的电流的大小随负载的轻重而改变,也即电机消耗的功率也是随负载的大小而改变，因此要想精确地计算系统的节能是困难的，在一定程度上影响了 变频调速节能的实施。本文介绍用以下的公式来进行节能的估算。二、节能的估算1、风机、泵类平方转矩负载的变频调速节能风机、泵类通用设备的用电占电动机用电的 50%左右,那就意味着占全国用电量的30%。采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板、阀 门之类来调节，可节电20%50%，如果平均按30%计算，节省的电量为全国总用电量的9%， 这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，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，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变频器对风机、 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。节能量可用GB12497三相异步电动机经济运行强制性 国家标准实施监督指南宣讲教材中的计算公式，即：对风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的关系(Q 丫0.45 + 0.55 -KP (kW)(1)IQ丿e、N y式中：Pe 额定流量时电机输入功率kWQn额定流量若流量的调节范围（0.51） Qn，则调节电率为:APKi 二-IPL-LeJ Qn 丿-I Qn丿(c2(2)0.45 + 0.55J Qn丿从式可见，节流调节时，QK 二 1 -二 1 - 0.64 二 0.36i 0.45 + 0.55(0.8)2节电率为 36%。三、变频调速节能与系统功率因数的关系前已假定电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，这样在计算节能时可 不考虑系统功率因数的影响。实际上，在变频器投入前后，其功率因数可能是不同的，因此， 计算的节能量是否考虑变频器调速前后的功率因数的变化呢？正弦电路中，功率因数是由电压 U 与电流 I 之间的相位角差决定的。在此情况下，功率因数常用COS 9表示。电路中的有功功率P就是其平均功率，即：P =UIcosp (15)用电度表进行计量检测实际的节能量时，电度表测量的就是电动机系统消耗的有功功 率。若原电动机系统的功率因数较低，在使用变频器后以50Hz频率恒速运行，这时功率因 数有所提高。功率因数提高后，电动机的运行状态并没有改变，电动机消耗的有功功率和无 功功率也没有改变。变频器中的滤波电容与电动机进行无功能量交换，因此变频器实际输入 电流减小，从而减小了电网与变频器之间的线损和供电变压器的铜耗，同时减小了无功电流 上串电网。因此计算节能时，应考虑提高功率因数后的节能。根据消耗的有功功率不变的原 则，即：P 二 P12v3U I COS9 二 I COS911 1 2 2 2式