節能降耗、增加效益是全社會(huì )應為之努力的方向。我國的電動(dòng)機用電量占全國發(fā)電量的60％～70％，風(fēng)機、水泵設備年耗電量占全國電力消耗的1/3。應用于風(fēng)機、水泵等設備的傳統方法是通過(guò)調節出口或入口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制給風(fēng)量和給水量，其輸出功率大量消耗在擋板、閥門(mén)地截流過(guò)程中。另外，由于在通常的設計中為了滿(mǎn)足峰值需求，水泵選型的裕量往往過(guò)大，也造成了不應有的浪費。根據風(fēng)機、水泵類(lèi)的轉矩特性，采用變頻調速器來(lái)調節流量、風(fēng)量，將大大節約電能。下面就分析一下在風(fēng)機水泵類(lèi)負載中使用變頻器所能達到的效果。
一，通過(guò)變頻調速達到的一次節能。
下面以水泵為例來(lái)說(shuō)明，由圖1可以看到：
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流量Q正比于轉速n
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壓力H正比于n2
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轉矩T正比于n2
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功率P正比于n3
圖1 水泵流量、壓力、功率曲線(xiàn) …
在普通的水泵流量控制中使用閥門(mén)來(lái)調節，如圖2所示：
圖2 閥門(mén)控制水泵流量
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管道阻力h與流量Q的關(guān)系為h正比于RQ2，其中R為阻力系數
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電機在恒速運行時(shí)，流量為100%情況下（工作點(diǎn)為 A），水泵軸功率相當于Q1AH1O所包容的面積。
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電機在恒速運行時(shí)，采取調節閥門(mén)的辦法獲得70%的流量（工作點(diǎn)為 B），將導致管阻增大，水泵軸功率相當于Q2BH2O所包容的面積，所以軸功率下降不大。
采用變頻調速控制流量時(shí)，由于管道特性沒(méi)有改變，水泵特性發(fā)生變化（工作點(diǎn)為 C），軸功率與Q2CH3O所包容的面積成正比。故其節能量與CBH2H3所包容的面積成正比，輸入功率大大減小。 如圖3所示：
圖3 變頻調節水泵流量
正如前面提到的，軸功率P與轉速n的三次方成正比。采用變頻器進(jìn)行調速，當流量下降到80%時(shí)，轉速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%,如果流量下降到60%,軸功率N可下降到額定功率的21.6%,當然還需要考慮由于轉速降低會(huì )引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等.即使這樣,這個(gè)節能數字也是很可觀(guān)的,因此在裝有風(fēng)機水泵的機械中,采用轉速控制方式來(lái)調節風(fēng)量或流量,在節能上是個(gè)有效的方法。
二，變頻調速所實(shí)現的二次節能
變頻調速自動(dòng)根據負載情況調整輸出電壓，通過(guò)對電機的最佳勵磁，有效地降低了無(wú)功損耗，提高系統功率因數，降低電機工作噪音, 延長(cháng)電機使用壽命。
Ø 電動(dòng)機的總電流(IS)為電機勵磁電流(IM)與電機力矩電流(IT)的矢量和, IS和IM夾角的余弦值即為電動(dòng)機的功率因數;
Ø 電機勵磁電流決定于加在電機線(xiàn)圈上的電壓, 在工頻狀態(tài)下, 交流電壓為380V恒定不變, 因此勵磁電流也不會(huì )改變;
Ø 在變頻狀態(tài)下, 變頻器自動(dòng)檢測負載力矩, 根據實(shí)際負載決定輸出電壓, 因此在負載較低的時(shí)候自動(dòng)降低輸出電壓, 以維持最高的功率因數.
Ø 由于變頻器自動(dòng)降低了電機勵磁電流, 使得輸出總電流明顯低于工頻工作的總電流, 節約了線(xiàn)路中的損耗和無(wú)功功率的損失;
Ø 這個(gè)功能在丹佛斯VLT系列變頻器中稱(chēng)為AEO功能(Automatic Energy Optimization, 自動(dòng)節能功能).
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