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中国矿业大学学报990 6 2 6 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG s 为滑差率；p 为极对数；n 为电机的转速. 变频器通过改变电机频率而达到无级调速的目的 . 对于水泵来说，变频调速供水， 就是通过压力变送器检测管网水压，并将水压信号转化为电流信号，反馈给变频器内 单片机，单片机根据水压情况调整水泵电机输入频率，从而使水泵转速改变. 例如，在 非高峰供水时，水泵减速运行，从而使水泵输入功率减少，达到节能的目的. 这就是变 频调速供水节能的基本原理. 2 . 2 变频调速器的自动控制 变频调速器可以手动控制也可以自动控制. 自动控制信号采用4～2 0 m A 电流信号 或0 ～5 V电压信号；采用闭环控制的方法可以更好地满足自动控制的要求 如图1 . 流 量仪表的气动信号经气电转换器变换为4～2 0 m A 的电流信号, 由变频调速器的控制端 进而来控制电动机的转速以改变流量. 如果采用的是电动仪表，变频调速器试用又证明 是可靠的，那么图中的气电转换器、三通气开关以及气动调节阀都可省去，从而控制 系统大为简化. 而且流量控制的精度比已往的气动调节阀控制高. 根据要求，变频调速器 也可采用温度控制、压力控制或各种信号的综合控制. 图1 变频调速器自动控制示意图 Fi g . 1 Sc h e m e o f VVVFI c o n t r o l 2 . 3 与阀门调节相比变频调速的节能分析 采用变频调速器后，将泵和管线的阀门全开，用改变电机电源频率的方法来改变 电机转速，进而改变流量. 图2 为水泵以阀门控制或调速控制时流量Q 与扬程H 的关系曲 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 6 . h t m （第 3／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 9 中国矿业大学学报990 6 2 6 线（假设管路末端压头为零）. 图2 变频调速器的节能原理图 Fi g . 2 T h e p r i n c i p l e d i a g r a m o f VVVFI f o r t h e s a v e o f e n e r g y 图2 中曲线1为泵在转速为n 1时的Q -H 性能曲线；曲线2 为管路阻力特性曲线; 曲线 3为关小阀门，流量为Q 2时的管路阻力特性曲线; 曲线4为泵在转速为n2时的Q -H 性能曲 线; A ，B，C为水泵的工况点. 泵消耗的轴功率为 P γQ H / η , 5 式中γ为流体容重；η为泵的效率. 由式（5）可知，轴功率与Q ，H 的乘积成正比. 因此在工况点A ，轴功率与Q 1，H1 的乘积面积A H 1O Q1成正比. 根据工艺要求，当流量从Q1减少到Q2时，如采用阀门调节 方法相当于增加管路阻力，使管路阻力特性变到曲线3，系统由原来的工况点A 变到新 的工况点B运行．从图2 中可以看出，压头反而增加为H 2，轴功率与面积BH2O Q2成正 比，显然减少不多. 如果采用转速调节，转速由n 1降到n2. 泵在转速为n2时的Q -H 性能曲 线如曲线4所示，可见在同样流量Q 2时，压头H3大幅度降低，功率（与面积CH3O Q2成 正比）明显减少，节省的功率与面积BH 2H3C成正比, 很显然节能效益显著. 即便考虑到 因转速的降低而引起效率的降低及附加控制装置的效率的影响等，但节电效果仍十分 明显. 此外，电机消耗的功率不仅决定于泵，还和调速的方法有关. 如果电动机的滑差损 耗很大，节电效果就大打折扣了. 变频调速器是一种高效调速装置，它与滑差调速、液 力偶合器调速不同，没有滑差损耗，本身的固有损失仅为1～2 ，因此变频器的输入 功率在任何速度下都近似等于泵的轴功率. 对泵、风机等流体机械，流量或风量是与转 速成正比的，而轴功率是与转速的立方成正比的，因此 P n / n e 3Pe Q / Q e 3Pe ， 6 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 6 . h t m （第 4／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 9 中国矿业大学学报990 6 2 6 式中n e ，Q e ，Pe分别为泵的额定转速、额定流量和额定轴功率. 由式（3）可知，采用变频调速时，变频器消耗功率为 P变频 P Q / Q e 3Pe . 7 如果采用阀门调节，电动机消耗功率近似为 P电 （0 . 4 0 . 6 Q / Q e ）Pe . 8 从式（7 ）和式（8 ）可见，当流量Q 变为额定流量的50 时，采用变频调速时消耗 功率为0 . 12 5Pe. 采用阀门调节流量时，电动机消耗功率0 . 7 Pe，节电率为8 2 . 1，节电效 果是很可观的. 2 . 4 在空调水系统中采用变频器的节电效果 在一大型商场的空调水系统中，采用一台37 k W 的水泵及一台变频器，经测试 后，变频调速消耗功率为9. 42 k W f 2 8 H z , 阀门调节控制消耗功率为36 . 42 k W , 节 电率为7 4. 1，年节电量为2 1. 6 万k W . h , 电价按0 . 5 元/ k W . h 计，则年节约资金为10 . 8 万元；若选用价格为3. 8 5 万元的VFA -0 50 -3型变频器，则静态投资回收期为4. 3个月. 3 结 论 理论和实践证明，在空调水系统中采用变频器具有显著的节能效果. 在空调风系统 中变频器控制空调风机的运行节电率可以达到39［2 , 3］. 除此以外，变频器还可用于锅 炉补水系统、供热外网以及制冷系统中，同样都可以起到比较显著的节能效果. 事实 上，变频器除了可以节电以外，还有许多优点. 由于变频器采用微机控制，具有16 种电 压-频率特征曲线可供选择，因而拖动各种不同性质的负荷均能进入最佳运行状态. 电机 的加速和减速时间能根据负荷的要求来调整，在启动运行过程中做到了软起动，避免 了泵的抽空现象. 变频调速又属于无级调速方式，在运行稳态过程和运行调节过程中能 起到显著的节能效果. 此外还可降低起动电流，提高功率因数，对电机有多种保护功能. 但变频器也有缺点，比如变频器对智能控制的电信号有干扰、价格较高等. 目前，变频 器的可靠性在不断提高，价格也有所降低，而且对于三相异步电动机加装变频器无需 改变电路结构，所以它在暖通空调系统中必将得到广泛应用. 作者简介吴延鹏，男，197 2 年生，工学硕士，助教 作者单位吴延鹏 中国矿业大学建筑工程学院 江苏徐州 2 2 10 0 8 参考文献 1 叶森林. 变频变压技术在日本高层建筑动力节电中的应用. 暖通空调，198 9， （3）2 4 2 于 洋，付丽君. 变频调速器在纺织厂空调系统中的应用. 节能，1998 ，（3）33 3 林 强. 化纤纺织厂中空调机组节能问题的系统分析. 节能，1998 ，（7 ）3～6 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 6 . h t m （第 5／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 9 中国矿业大学学报990 6 2 6 收稿日期1999-0 7 -13 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 6 . h t m （第 6 ／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 9
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