摘要：本文通過變頻調速在風機、水幫浦類裝置上的應用，闡述了風機、水幫浦變頻調速的節能原理。介紹了風機、水幫浦負載對變頻器的效能要求。
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1. 前言
我國的電動機用電量佔全國發電量的60％～70％，風機、水幫浦裝置年耗電量佔全國電力消耗的1/3。造成這種狀況的主要原因是：風機、水幫浦等裝置傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸出功率大量的能源消耗在擋板、閥門地截流過程中。
由於風機、水幫浦類大多為平方轉矩負載，軸功率與轉速成立方關係，所以當風機、水幫浦轉速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節能潛力非常大，最有效的節能措施就是採用變頻調速器來調節流量、風量，應用變頻器節電率為20％～50％，而且通常在設計中，使用者水幫浦電機設計的容量比實際需要高出很多，存在「大馬拉小車」的現象，效率低下，造成電能的大量浪費。因此推廣交流變頻調速裝置效益顯著。
2. 變頻調速節能原理
1.1變頻節能
由流體力學可知，p（功率）=q（流量）× h（壓力），流量q與轉速n的一次方成正比，壓力h與轉速n的平方成正比，功率p與轉速n的立方成正比，如果風機、水幫浦的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速n可成比例的下降，而此時軸輸出功率p成立方關係下降。即水幫浦電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關係。例如：
一台水幫浦電機功率為55kw，當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為28.16kw，省電48.8％，當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為6.
875kw，省電87.5％。
2.2 功率因數補償節能
無功功率不但增加線損和裝置的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗**路當中，裝置使用效率低下，浪費嚴重，由公式p=s×cosф，q=s×sinф，其中s－視在功率，p－有功功率，q－無功功率，cosф－功率因數，可知cosф越大，有功功率p越大，普通水幫浦電機的功率因數在0.6-0.7之間，使用變頻調速裝置後，由於變頻器內部濾波電容的作用，cosф≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。
3、軟啟動節能
由於電機為直接啟動，啟動電流等於(４-7)倍額定電流，這樣會對機電裝置和供電電網造成嚴重的衝擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對裝置、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置後，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的衝擊和對供電容量的要求，延長了裝置和閥門的使用壽命。節省了裝置的維護費用。
2.1效能要求
對於風機水幫浦機械只要求節能運轉，故從投資方面考慮希望**便宜。另一方面，某些風機水幫浦又是企業的重要裝置，希望它們能高可靠性地連續運轉。故需要有從工頻電源到變頻器及從變頻器到工頻電源的自動切換功能。
當發生瞬時停電時能有自動再啟動功能等。
風機水幫浦負載為減轉矩負載，即隨著轉速降低，負載轉速大體與轉速的平方成正比例地減小。故變頻器最好選用減轉矩負載的模式。由於該模式電壓補償值大，使電動機輸入電流減小，與恆轉矩負載的模式相比，可以提高電動機和變頻器的效率。
2.2 容量選擇
變頻器的容量選擇至關重要，合理的容量選擇本身就是一種節能降耗措施，根據資料和經驗，可以得出比較簡便的方法。
設變頻器的容量，則變頻器輸出功率為
式中，為變頻器的輸出效率，一般取0.65～0.75。
變頻器輸出功率應比(為電機負載功率)大乙個等級，至少應等於，這樣可方便的推算出變頻器的容量，按變頻器產品目錄可選出符合具體規格的變頻器。
變頻器容量選定過程實際上是乙個變頻器與電機的最佳匹配過程，最常見也比較安全的是使變頻器的容量大於或等於電機的額定功率，但實際匹配中要考慮電機的實際功率與額定功率相差多少。通常都是裝置所選能力偏大，而實際需要的能力小。因此按電機的實際功率選擇變頻器是合理的，避免選用的變頻器過大，使投資增大。
中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在中國電力消耗中，60—70％為動力電，而在總容量為5．8億千瓦的電動機總容量中，只有不到2000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據分析，在中國，帶變動負載、具有節能潛力的電機至少有1．8億千瓦。
因此國家大力提倡節能措施，並著重推薦了變頻調速技術。作為節能目的，變頻器廣泛應用於各行業。因此變頻器行業有著巨大的發展潛力。
參考文獻
[1]馮垛生,等.變頻器的應用與維護[m].廣州:華南大學出版社,2023年.
[2]黃立培,等.變頻器應用技術及電動機調速[m].北京:人民郵電出版社,2023年.
作者簡介：
車成立，女，2023年生，助理工程師，現從事機電裝置管理工作。
風機幫浦類變頻節能工作原理簡要介紹
我國的電動機用電量佔全國發電量的60 70 風機 水幫浦裝置年耗電量佔全國電力消耗的1 3。造成這種狀況的主要原因是 風機 水幫浦等裝置傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板 閥門開度來調節給風量和給水量，其輸出功率大量的能源消耗在擋板 閥門地截流過程中。由於風機 水幫浦類大多為平方轉矩負載，軸功...
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