风机、水泵变频器选型原则

1、风机、水泵变频器选型方法一、首先需要注意，1罗茨风机及潜水泵及齿轮泵等不是平方转矩的 风机水泵类负载，是恒转矩负载，平方转矩类风机水泵负载一般都是 针对于离心风机及水泵来的，这种负载在出口关闭情况下出口压力升 到额定压力后就不升高了，因为没有流量所以负荷降低。2.风机水泵类负载一般在设计时是按照最大需量设计的，存在富余功 率。对于这类负载使用变频器按需使用就有节能的空间。二、正确的把握变频器驱动的机械负载对象的转速 一一转矩特性，是选择电动机及变频器容量、决定其控制方式的基础。风机、泵类的负载为平方转矩负载。随着转速的降低，所需转矩以平方的比例下降，低频时负载电流小， 电机过热现象不会发生；但

2、有些负载的惯量大，必须设定长的加速时 间，或再启动时的大转矩引起的冲击，因此选型时需考虑裕量； 另：当电机以超出基频转速以上的转速运行时，负载所需的动力随转 速的提高而急剧增加，易超出电机与变频器的容量，将导致运行中断 或电机发热严重。对于恒转矩负载，要选用 G 型的变频器； P 型变频器适用于普通的 风机和离心式水泵等负载。 (罗茨风机、螺杆泵、泥浆泵、往复式柱 塞泵等则要用 G 型) 百度文库及工控网、 自动化网，总结的选型方法摘抄如下：1) 根 据 负 载 特 性 选 择 变 频 器 ，如 负 载 为 恒 转 矩 负 载 需 选变 频 器 ，如 负 载 为 风 机 、泵 类 负 载 应

3、选 择风机、泵类变 频 器。因为风机、水泵会随着转速增大力矩。而刚 启动时力矩较小。2) 选 择 变 频 器 时 应 以 实 际 电 机 电 流 值 作 为 变 频 器 选 择 的 依 据 ，电 机 的 额 定 功 率 只 能 作 为 参 考 。 另 外, 应 充 分 考 虑 变 频 器 的 输 出 含 有 丰 富 的 高 次 谐 波 ，会 使 电 动 机 的 功 率 因 数 和 效 率 变 坏 。因 此 用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比 较 ，电 动 机 的 电 流 会 增 加 10 而 温 升 会 增 加 20 左 右 。所 以 在 选 择 电 动 机 和 变 频 器 时 ，应 考

4、 虑 到 这 种 情 况，适 当 留 有 余 量 ，以 防 止 温 升 过 高 ，影 响 电动机的使用寿命。3) 变 频 器 若 要 长 电 缆 运 行 时 ，此 时 应 该 采 取 措 施 抑 制 长 电 缆 对 地 耦 合 电 容 的 影 响 ，避 免 变 频 器 出 力 不 够 。所 以 变 频 器 应 放 大 一 、两 档 选 择 或 在变频器的输出端安装输出电抗器。4) 对 于 一 些 特 殊 的 应 用 场 合 ， 如 高 环 境 温 度 、 高 开 关 频 率(尤其是在楼宇自控等对噪音限制较高的应用场所使 用时需注意) 、高 海 拔此 时 会 引 起 变 频 器 的 降 容 ，变

5、 频器需放大一档选择。5) 当 变 频 器 用 于 控 制 并 联 的 几 台 电 机 时 ，一 定 要 考 虑 变高 度 等 ，频 器 到 电 动 机 的 电 缆 的 长 度 总 和 在变频器 的容许范围内。如 果 超 过 规 定 值 ，要放 大一档或 两档来选择变 频 器 。另 外 在 此 种 情况 下，变频器 的控制方式只 能 为 V/F 控 制 方 式 ，并且 变频器无 法实现电动机 的 过 流 、过 载 保 护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。6) 使 用 变 频 器 控 制 高 速 电 机 时 ，由 于 高 速 电 动 机 的 电 抗 小 ，会 产 生 较 多 的 高 次

6、谐 波 。而 这 些 高 次 谐波会使 变频器 的输 出电 流 值 增 加。因 此 ， 选择 用于高速 电动机 的变 频器 时 ，应 比 普 通 电 动机的变频器稍大一些。7) 变频器用 于变极 电动 机时 ，应 充 分 注 意 选 择变 频器的容 量，使 其最 大额 定 电 流 在 变 频 器 的额 定 输 出 电 流 以 下。另 外 ，在 运 行 中 进 行 极 数 转 换 时 ，应 先 停 止 电 动 机 工 作 ，否 则 会 造 成 电 动 机 空 转 ，恶 劣 时 会 造 成 变 频 器 损 坏 。8) 驱 动 防 爆 电 动 机 时 ，变 频 器 没 有 防 爆 构 造 ，应将 变

7、 频器设 置 在危险 场所之 外。9) 使 用变频 器 驱动齿 轮减速 电 动机 时， 使 用 范围 受 到齿轮 转 动部分 润滑方 式 的制 约。润 滑 油润 滑 时，在 低 速 范 围 内 没 有 限制 ；在 超 过 额 定 转 速 以 上 的 高 速 范 围 内 ，有 可 能 发 生 润 滑 油 用 光 的 危 险 。因 此 ，不 要 超 过 最 高 转 速容许值。10) 变 频 器 驱 动 绕 线 转 子 异 步 电 动 机 时 ，大 多 是 利 用 已 有 的 电 动 机 。绕 线 电 动 机 与 普 通 的 鼠 笼 电 动 机 相 比 ，绕 线 电 动 机 绕 组 的 阻 抗 小

8、。因 此 ， 容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现 象 ，所 以 应 选 择 比 通 常 容 量 稍 大 的 变 频 器 。一 般 绕 线 电 动 机 多 用 于 飞 轮 力 矩 GD2 较 大 的 场 合 ，在 设定加减速时间时应多注意。11) 变 频 器 驱 动 同 步 电 动 机 时 ，与 工 频 电 源 相比，会降低输出容量10 %20 %，变频器的连续输 出 电流要大于同步电动机额定电流与 同 步 牵 入电 流的标幺值的乘积12) 对 于 压 缩 机、振 动 机 等 转 矩 波 动 大 的 负 载 和 油 压泵等有峰值负载情况下，如果按照 电 动 机 的额 定电流或功率值选择变频

9、器的话，有 可 能 发生 因峰值电流使过电流保护动作现象 。因 此 ，应 了 解 工 频 运 行 情 况 ，选 择 比 其 最 大 电 流 更 大 的 额定输出电流的变频器。13) 变 频 器 驱 动 潜 水 泵 电 动 机 时 ，因 为 潜 水 泵 电 动机的额定电流比通常电动机的额定电流大, 所 以 选 择 变 频 器 时 ，其 额 定 电 流 要 大 于 潜 水 泵 电动机的额定电流。14) 当 变 频 器 控 制 罗 茨 风 机 或 特 种 风 机 时 ，由 于 罗 茨 风 机 为 容 积 形 鼓 风 机 ，具 有 输 出 风 压 高 的 特 点 。从 电 机 特 性 来 看 ，其 转

10、 矩 特 性 近 似 为 恒 转 矩 特 性 ，其 起 动 电 流 很 大 ，所 以 选 择 变 频 器 时 一 定要注意变频器的容量是否足够大。15) 选 择 变 频 器 时，一 定 要 注 意 其 防 护 等 级 是 否 与 现 场 的 情 况 相 匹 配 。否 则 现 场 的 灰 尘 、水 会 影 响变频器的长久运行。16) 单 相 电 动 机 不 适 用 变 频 器 驱 动。17) 如 果 变 频 器 的 供 电 电 源 是 自 备 电 源 ，最 好 加 上进线电抗器。18) 电 机 负 载 非 常 轻 时 ，即 使 电 机 负 载 电 流 在 变 频 器 额 定 电 流 之 内 ，亦

11、 不 能 使 用 比 电 机 容 量 小 很 多 的 变 频 器。这 是 因 为 电 机 的 电 抗 随 电 机 的 容 量 而 不 同 ，即 使 电 机 负 载 相 同 ，电 机 容 量 越 大 其脉 动电 流 值 也 越 大，因 而 有 可 能 超 过 变 频 器 的 电 流容许值三、一、引言 在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛；其 电能消耗和诸如阀门、 挡板相关设备的节流损失以及维护、 维修费用 占到生产成本的 7%25% ，是一笔不小的生产费用开支。随着经济 改革的不断深入， 市场竞争的不断加剧； 节能降耗业已成为降低生产 成本、提高产品质量的重要手段之一。 而八

12、十年代初发展起来的变频调速技术， 正是顺应了工业生产自动化 发展的要求， 开创了一个全新的智能电机时代。 一改普通电动机只能 以定速方式运行的陈旧模式， 使得电动机及其拖动负载在无须任何改 动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出， 从而降低电机功 耗达到系统高效运行的目的。八十年代末， 该技术引入我国并得到推广。 现已在电力、 冶金、石油、 化工、造纸、食品、纺织等多种行业的电机传动设备中得到实际应用。 目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方 向。卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况， 提高系统的安全可靠性和设备利用率， 延长设备使用寿命等优点随着

13、应用领域的不断扩大而得到充分的体现。二、综述通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧 系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛 压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运 行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、 挡板开度的大小来调整 受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行 工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过 程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损 耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费 用高居不下。泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间， 提水泵

14、站、水池储罐 给排系统、工业水（油）循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流 泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产需求往往采用调 整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控 制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏； 还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危 及产品质量。风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行， 存在启动 电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命， 而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备， 时常出现泵损坏 同时电机也被烧毁的现象。近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高

15、的要求， 加 之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并 可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代 风门、挡板、阀门的控制方案。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n =60 f （1-s） /p,（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源 频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交 -直- 交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气 产品。三、节能分析 通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载， 其转速n与流量Q,压力H以

16、及轴功率P具有如下关系：Qxn , Hx n2 , P x n3 ;即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比， 轴功率与转速的立方成正比。在现场控制中，通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量。 当流量从Q1 减小 50%至 Q2 时，阀门开度减小使管网阻力特性由 r0 变为 r1， 系统工作点沿方向 I 由原来的 A 点移至 B 点;受其节流作用压力 H1 变为H2。水泵轴功率实际值（kW）可由公式：P =Q-H/（ n c - n b X10-3得出。其中，P、Q、H、n c、n b分别表示功率、流量、 压力、水泵效率、传动装置效率，直接传动为 1。假设总效率（n cn b）为1，则水泵由

17、A点移至B点工作时，电机节省的功耗为AQ1OH1 和 BQ2OH2 的面积差。如果采用调速手段改变水泵的转速 n ，当流 量从Q1减小50%至Q2时，那么管网阻力特性为同一曲线r0,系统 工作点将沿方向 II 由原来的 A 点移至 C 点，水泵的运行也更趋合理。 在阀门全开，只有管网阻力的情况下，系统满足现场的流量要求，能 耗势必降低。此时，电机节省的功耗为 AQ1OH1 和 CQ2OH3 的面 积差。比较采用阀门开度调节和水泵转速控制， 显然使用水泵转速控 制更为有效合理，具有显著的节能效果。四、节能计算对于风机、 泵类设备采用变频调速后的节能效果， 通常采用以下两种 方式进行计算：1 、根

18、据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量负载关系曲 线和现场运行的负荷变化情况进行计算。以一台 IS150-125-400 型离心泵为例，额定流量 200.16m3/h ， 扬程50m ;配备Y225M-4型电动机，额定功率45kW。泵在阀门调 节和转速调节时的流量负载曲线如下图示。 根据运行要求， 水泵连 续 24 小时运行，其中每天 11 小时运行在 90%负荷， 13 小时运行在 50% 负荷;全年运行时间在 300 天。则每年的节电量为： W仁45< 11X( 100% 69%)X300=46035kW- hW2=4X 13X (95% 20% ) X300 =131625kW-

19、hW = W1 + W2=46035 + 131625=177660kW h每度电按 0.5 元计算，则每年可节约电费 8.883 万元。2、根据风机、泵类平方转矩负载关系式： P / P0=(n / n0)3 计算，式中为 P0 额定转速 n0 时的功率； P 为转速 n 时的功率。以一台工业锅炉使用的 22 kW 鼓风机为例。运行工况仍以 24 小时连续运行，其中每天 11 小时运行在 90% 负荷(频率按 46Hz 计 算，挡板调节时电机功耗按 98%计算)，13 小时运行在 50%负荷(频 率按 20Hz 计算，挡板调节时电机功耗按 70% 计算)；全年运行时间 在 300 天为计算依

20、据。则变频调速时每年的节电量为：W仁22< 11人1 (46/50 )3 >300=16067kW- hW2=22< 13X1( 20/50 ) 3 >300=80309kW hWb = W1 + W2=16067 + 80309=96376 kW- h挡板开度时的节电量为： W1=22<(198%)xi1X300=1452kW- hW2=2<(1 70%) <1X300=21780kW hWd = W1 + W2=1452 + 21780=23232 kW- h相比较节电量为： W= Wb Wd=96376 23232=73144 kW- h每度电按 0.5 元计算，则采用变频调速每年可节约电费 3.657 万 元。某工厂离心式水泵参数为：离心泵型号6SA-8，额定流量53.