变频器节能效率计算

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1、-概述在许多情况下,使用变频器的目的是调速,尤其是对于在工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说,设计选型往往以最大工况来选。与实际的工况存在较大的可调整空间。在运行中根据实际运行需要,按照流量、杨程等调节电动机的转速,从而改变电动机的输出转矩和输出功率,以代替传统上利用挡板和阀门进行的流量和扬程的控制,节能效果非常明显。同时分析变频器在选型、应用中的注意事项。1变频调速原理三相异步电动机转速公式为:60????=??(1-??)式中:n-电动机转速,r/min;f-电源频率,Hz;p-电动机对数s-转差率,从上式可见交流电动机的调速可以概括为改变极对数,控制电源频率以及通过改变

2、参数如定子电压、转子电压等使电机转差率发生变化等几种方式。变频器效率维持在94%~96%,变频调速是一种高效率、高效能的调速方式,使异步电动机在整个工作范围内保持正常的小转差率下运转,实现无极平滑调速。1.1变频工作原理异步电动机的额定频率称为基频,即电网的频率,在我国为50Hz。电机定子绕组内部感应电动势为??1≈??1=4.44??1????11式中??-定子绕组感应电动势,V;1?1-气隙磁通,Wb;??-定子每相绕组匝数;--??1-基波绕组系数。在变频调速时,如果只降低定子频率??,而定子每相电压保持不变,则必然1会造成?增大。由于电机制造时,为提高效率减少损耗,通常在?

3、?=??,??=??时,11??1电动机主磁路接近饱和,增大?1势必使主磁路过饱和,将导致励磁电流急剧增大,铁损增加,功率因素降低。若在降低频率的同时降低电压使??1??1保持不变则可保持?1不变从而避免了主磁路过饱和现象的发生。这种方式称为恒磁通控制方式。此时电动机转矩为??1????1??12T=22??12??????2π??+??2式中T-电动机转矩,N.m;??1—电源极对数;??—磁极对数;??—转差率;—转子电阻;??2??—转子电抗;2由于转差率??较小,??22则有2?????2??1????1??12T≈????1=????1??2π??2??????211其中

4、??=2π????21由此可知:若频率??保持不变则T∝s;若转矩T不变则s∝1??;11????????--电动机临界转差率??≈22??其中C=2????=2π???=2π??21212??????1??2电动机最大转矩????=111=常数4π2π1???2??1最大转速降???=????=??60??1=60=常数????1??????1由此可知:保持????=常数,最大转矩和最大转矩处的转速降落均等于常数,11与频率无关。因此不同频率的各条机械特性曲线是平行的,硬度相同。--1.2风机、泵负载特性以风机、泵类为代表的二次方减转矩负载即转矩与转速平方成正比。如图所示,在低转

5、速下负载转矩非常小。风机、水泵的负载特性如下??1??2=??1??2--????122=????=????1212--??1??23=??1??2式中????—风量、流量,??3??;12??1??2—风压,Pa;????—轴功率,kW;12????—负载转矩,N.m;12??1??2—转速,????????。从上式可知,风机风量、泵的流量与转速成正比;风机风压、泵的杨程与转速的二次方成正比;风机、泵的轴功率与转速、风机风量、泵流量的三次方程正比;风机、泵的轴功率在速度不变时与风机风压、泵杨程成正比。按离心式泵功率选择电动机P=kγQ(H+?H)/ηη×10-3??式中P—离

6、心式泵电动机功率,kW;γ—液体密度,kg/??3;--Q—泵的出水量,??3??;--H—水头,m;?H—主管损失的水头,m;η—水泵效率,约为0.6~0.84;η—传动效率,与电动机直连时取η=1;????K—裕量系数,与功率有关。当管道长、流速高、弯头与阀门数量多时,裕量系数适当增大。由于风机、泵的容量是按最大风量及风压、流量及杨程确定的,与实际需要存在较大的可调整空间,按照风量、风压、流量、杨程等调节电动机的转速,从而改变电动机的输出功率和输出转矩达到节能效果。如下图,曲线1是阀门全部打开时供水系统的阻力特性,曲线2是额定转速时泵的杨程特性;此时供水系统的工作点位A,流量为

7、????,杨程为????;电动机的轴功率与O-??-A-??-O面积成正比。如果要将流量减少为主要的调节方式有两????种:1)传统的方法是保持电动机转速不变,将阀门关小,此时阻力特性曲线如图3所示,工作点移至B点,流量为??,杨程为??;电动机的轴功率与面积????O-??-B-??-O成正比。????2)阀门的开度不变,降低电动机的转速,此时杨程特性如曲线4所示,工作点移至C点,流量仍为??,但杨程为??;电动机的轴功率为O-??-C-??-O成正????????

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