变频调速在风机水泵中可实现节能，但也不是所有设备是采用变频调速技术后都有节电效果的。节能也不一定非用变频调速不可，因为我们的目的是在的满足正常生产需求的同时，希望实现节约能源及减少费用支出，这是我们所有技改项目的共同目标。那么是什么原因制约采用变频调速技术所的节能效果呢

  一提到旋转设备的节能，人们便会想到变频调速的应用；但是，是否一定要采用变频调速才能实现节能呢？或采用变频调速就一定可实现节能？毕竟变频器作为控制设备是相对昂贵的。谁都知道，我们对设备节能改造的基础要求，一是设备性能要保障正常可靠的使用上的要求；二是设备的节能成效；三是技改项目的经济性；这三个条件缺一不可。有投入，将会企求有产出，否则便会失去实施技改的动力，尽管你将你的方案描述得多么富丽堂皇，用词多么的美妙动听，但领导们认可的是实实在在的东西。

  业内人士知道，电能每经过一次能量变换会有损失，即便是当前变换效率非常之高的开关式变换器也没办法实现100%的变换。而当今市场上成熟的的变频器大多是由AC―DC―AC这二个变换过程（如图一），即变频器的主电路中从电能输入至电能输出的效率损失将不会少于5%~8%不等（这与变频器制造商的开发技术水平及选用元器件质量有关），加上为保证实现主电路正常、可靠、有序工作而配套的辅助电路耗能；另外，变频器的输出电流/电压是富有丰富谐波成份的相似正弦波，这在电动机绕组内及电能传输线路中的电能损耗也将大于供电电源的真正正弦波{这也是为什么变频器至电动机的线路不宜过长或有的产品说明书里面会要求在精密电子设备环境中采用屏蔽电缆的原因（相当于发谢天线）}。也就是说一台变频器的额定变换效率能有92%~95%己是很高了。这里还没有计入变频器偏离额定工作频率的效率变化及当经变频器调速使电机转速低于30%时电动机需增加的强迫冷却装置（功率较大时是必须的）的耗能。

  尽管如此，由于变频器内设有各类自动补偿、调节、修正等智能辅助功能，启用这其中的某些针对性功能，可使由变频器组成的电气传动系统的整体效率接近或超过普通电气传动系统的效率。

  另外，现代变频器上大多设有可与计算机通讯的接口，利用现代信息技术（组态等软件）使变频器组成的电气传动系统工作效率可更好，也能使我们生产系统的设备管理预修方式更有效，质量更好、针对性更准确；可真正的完成自动化在线实时监测。

  由以上分析知道变频器自身己有一定的电能损（5%~8%），也就是说变频器应用于设备节能改造的节约能源的效果必须大于10%及以上时才有意义。

  从以上分析可知变频调速系统的节能是有条件的，并非所有设备是采用变频调速便可实现节能的。因此，我们在对某一设备制订节能技改方案时必须对该设备的工作状况做详细的分析研究；否则，非但实现不了节能，还有反而比改前更耗能的可能。那么设备处什么样的工作状况才可实现变频调速的节约能源改造呢？

  从许多实现变频节能改造的成功案例中可知，它们的一个共同点在于一是利用变频器修正原设备上电动机与设备的性能匹配（主要为配置功率），消除运转中因配置上的备用余量造成的“大马拉小车”现象；如本文下述应用实例二（异步电机Y/△接线在节能上的特殊应用）那样。二是利用变频器动态修正轻载时设备的匹配性能，消除设备在运行中因生产工艺需要而产生的动态不匹配给生产设备间带来的性能配套余量，如本文下述应用实例三中（冷冻水泵变频调速的节能原理）中那样。至此，我们可大至界定适用于变频调速节能需具备如下几个基本条件：

  第一、设备本身配置存在所谓的“大马拉小车”现象，尽管运转工况稳定，电动机功率较大的，且连续运行时间又相对较长。

  第二、设备本身或与生产设备虽然性能匹配良好，或具节电功能，但运转中会因生产产品工艺变化，产生动态性能失配且长期连续运行的。

  第四、设备本身采用变频后具节电功能，如逆变弧焊机等。这类设备的节电主要将50Hz的交流电变换为高频交流电（500Hz~1kHz），以降低变压器本身的线损和铁损为主要节能目标（变压器的输入频率与其铁芯体积成反比，亦与绕组的用线量成反比）；运行中频率不变（运行中以调整脉冲宽度方式来进行）。此类不属本文讨论范围，略过。

  从这里可看出，设备具备以上三个条件之一的，采用变频器调速技术控制才可能有节约能源的效果(实际能否节能,还要看节能量的多少及经济性如何)；这从以下变频空调的实例介绍中可得到证实。

  在当前，许多商业宣传都说变频空调具节约能源的效果。那实际使用情况到底如何？好奇心使本人在工休时段对本公司内的部分员工做了随机口头查讯，几乎谁也不怀疑变频空调的节电性能；但问及怎样使用才能实现节电时，又时100%地知道给定温度调高些；进一步问及你家使用的空调是否是间断运转时，近50%的回答说“不”；30%的说不清楚；约18%的说应该有间断运转的；另有约2%的人没回答。那么这说明了至少有50%的空调用户的空调制冷容量配置不合理或没有正确使用。也就是说这50%的空调用户即便使用了变频空调也非但实现不了节能，还将承担变频器带来的额外能耗。

  这应该不是变频空调产品的质量上的问题，而是因为你家在配置变频空调时，制冷能力配小了。要使变频空调实现节能的首要条件是空调的制冷能力略大于房间需要能力，让空调能实现间断工作的可能便可，即将变频空调置于一个可实现变工况的工作环境中。这一现象在单位中更为突出（变频的多联中央空调则此现象要好许多）。

  那房间空调配多大合适呢？就此地提供一个本人经过多年多次的验证的估算值；一般民用房间空调的制冷能力按“50w/m3~60 w/m3”，办公室取“50w/m3~75 w/m3”，会议室取“120 w/m3”，以上取值可使室内维持在25℃左右；荫凉库取“165w/m3~180 w/m3（16℃左右）”计算便可。顶楼/朝阳面取大值（顶层若无吊顶的还应略为加大），中间/背阳面取小值。

  这个实例说明，并不是你买了变频空调就一定能为你省钱的；只有在适合它的工作条件之下才会有期望的效果，不然产生额外的电能消耗也说不定。

  提到风机水泵类设备的节能技改，人们便会想到采用变频调速技术。但设备工况相对来说比较稳定时，是否一定要采用变频调速技术要实现节能技改，答案是否定的。下面便是这样的一个实例。

  注：因电机铭牌未标明cos￠、η的值，因此按常规取值cos￠=0.85,η=0.85

  这四台罗茨风机分为二组，运行方式为一备一用，24小时常年连续轮运（即常年保持有二台连续运转）。它们分别为二组解决能力为120吨的分解槽中的好氧菌供气，现埸运行电流为AC395v、13A（实测）。由于公司生产设施尚且还没有取得GMP认证而没有全面展开，因此污水处理量明显不足。

  从上述实测运行数据可看出，一方面设备处稳定轻载状态；另一方面由于污水量的不足而很可能使分解槽中爆气量处超量供气（超量供气对好氧菌虽无害处，但白白消耗电能）。于是报经公司同意，着手对其进行节电改造。在方案制订阶段，请质检部门对污水站污水处理过程的耗氧量进行了详细测算后发现，就当时生产未开展的时刻污水池的爆气量仅需0.3m3/min（最小值），在生产展开后污水池的爆气量为3.7 m3/min，此数据远小于5.5 m3/min；可见就当前定值为5.5m3/min的供气设备对当时公司污水分解槽爆气供给量来讲，可大幅度减少。因此，重新适当配置小于5.5 m3/min的供气设备就可有效地降低电能消耗。但一方面在当时一套罗茨泵售价为1.8万元左右；另一方面在生产展开后的污水池的爆气量也接近5.5 m3/min（为确保好氧菌的活性，应有一定的超供能力）。因此决定保留设备并对其适当改造。

  首先，以此需量为前提，对电动机的经济运行功率值按GB12497《三相异步电机经济运行》强制性国家标准实施监督指南要求做配置校验，其推算如下：

  由电机功率计算式(轴功率)p=UICos￠得P/=UICos￠，而UICos￠即电能提供的有功功率，据此可推算出电动机的电能消耗，现演算如下：

  从这演算至少说明了三个问题：一是说明厂商对该供气设备的动力配置情况基本合理,但与现埸工艺状况配套设备偏大,因而使设备负载偏轻；二是从这里佐证了当初该爆气系统设备无需更换(换小)的结论是正确的。事实上无论现在还是将来生产全面展开后的污水处理量均在最大量以内。三是对其改造确有节电潜力可挖。二台供气设备年运转小时数为2台*24小时*365天时，节电量应该是非常可观，效益自不必说了。

  当然，为了爆气系统有一个较宽的适合使用的范围，避免供气不足或频繁改装，工作点不能设在最小处理量上，因而实际节电量会少于以上计算值。

  该方法是在现有设备上加装变频器，可使电动机实现随罗茨风机负载变化而变的功率输出，加装流量变送器后可实现精确跟踪，适应范围宽；国内外己有许多成功的例子可参照，改装前几乎无需测试，技改成功率高，节电效果也最为理想。但改装、维护复杂，改装技术方面的要求高，改装资金也最多；购置7.5kw四台变频器约需13000多元（国产），整个技改成本约需2万多元（含人工费）。资金投入大，且回收周长（约一年才可收回技改成本）。

  从罗茨风机工作原理及爆气需量的介绍中可知，该泵的出口流量可大幅度减少，而该泵的出口流量与它的转速及泵输入轴功率与单位排气流量成正比，属容积式风泵。因此，从以上数据可推出该风机的每转供气量为：

  将电机改为△启动,Y运行后，从△/Y降压启动方式的原理中知道，电机功率也将下降许多，是不是适合罗茨风机转速1614r/min时的运行要求？

  对配用电机来讲，虽然在△启动,Y运行后它的轴输出功率要小许多，但它的铁芯可提供的电磁功率乃可达7.5kw，也就是说我们可将电机置于需要的功率点上工作，前提是电机相电流不大于8.8A。如果可行，电机运行方式己不是标准的△启动,Y运行方式了，而是△启动,Y降压调速的运行方式了（如图二示意）；因而它的运行转速也将略小于1480r/min。即电机运行方式改为△启动,Y运行的特殊运行方式时，在Y接线方式下它的轴输出功率应能附合要求，相电流不大于8.8A、转速满足罗茨风机要求的1614r/min且稳定、绕组不过热等等，否则异常运转。

  在此(3.2-11)式中[(兀入D2L/12240ηη)ΔP]是这种泵型制造常数，对于在用同一泵来说，约是个不变量（由于转速变化，ΔP所以会有一些稍微不同），因此可变量仅为N及n二项，故在此令[(兀入D2L/12240ηη)ΔP]= g，算式(3.2-11)可表达为：

  对于拖动电机的额定功率一般应大于机械负载需求功率加上安全系数。因此，如前述得技改后的配用电机功率为：

  由于罗茨风机转速仅为1614r/min，因采用皮带传动，通过适当的变速比选择后（＜1480r/min）仍可用，但电动机绕组将会过载（实测为13A），因而不可用。好在此校验量是在污水最大处理量了，电机等可恢复原来的运行方式了，因此原电机仍可接着使用。同理可算出污水最小量时的相关量了。

  为此借调了相应的变频器实测在电机绕组Y接线A时罗茨风机的转速，根椐水槽内实际供气效果，兼顾罗茨风机在低速时内部间隙的流量损失后，确定罗茨风机转速为1200r/min。改装完成后实测电机电流为8.7A，接近绕组额定电流，因而Cos￠也较前相当(实测为0.89)。从而成功地将7.5kw的△接法运转的电机转换为Y接法运转，使电机功率大幅度降低，以此来实现了节电目的。

  该技改项目是08年3月改装完成，历时10天，整个改装仅花了二千多元（才500多元一套），是采用变频器的十分之一。投运至今己有四年半，当初确定的排气量的选择使今天生产基本正常后还能胜任污水处理需要的供气量。就维护维修来讲，非但没增加工作量和费用，反而节约了四套轴承（每机一套），即从原来约二年换一套，到四年半乃不需更换。

  这个实例说明了并非只有变频调速才能节能这一招，假如使用变频调速，是可实现节能，但由于设备工况的相对来说比较稳定，又是长年连续运转，则节电效果及经济性会打一个很大折扣。因此说，在对设备确定节能技改方案时一定要充分了解分析设备当前的实时运转状况，应尽量选用经济的且简单有效的方案，并留出一定的变化空间，以避免效果不佳或频繁改动。

  许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而实际生产中的风、水流量要求往往不在量产定型离心泵铭义参数给定的工况下工作，甚至处于变工况状态下运行；况且还有许多设备在进行系统配置设计时，设备选型时为降低配套成本，往往总是选择市场量产定型产品做配置，为保证设备的给定的铭义出率，大多容量选择得偏大采用，系统匹配留有储备余量，这往往在实际生产中会“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此，搞好这方面节能工作，对企业效益具锦上添花之意义。

  本系统由二台10kw陶瓷离心泵作为生产的基本工艺设备的冷却水循环驱动泵分别为二个管路系统闭路循环供水，运转方式为互为备用（设联络管阀），将-30℃的冷冻水送往各个设备降温用。由于生产的基本工艺各不相同，需冷却要求也不同，因而水泵循环流量经常处于最大量与最小量之间的不同工况下工作。在以往的工作中常常是采用阀门节流或傍路来控制流量（如图三所示），这使循环泵流量很大或很小的不确定状态（根据物料温度随时需要调节）；时常还有零流量的情况出现，为避免闷泵现象，在管路系统中设有一维持一定流量的傍路回路（约额定量的15%），这个回路使泵电动机产生了许多空循环耗电。这一运转特点，即便使用开环的变频调速也不能够实现既节电又满足生产的基本工艺要求；因此一直让其在自然状态下运转。针对这一情况，用近半年跟踪、记录、研究并向公司提交了以冷冻水循环总管的压力为主要目标的闭环变频调速技改节电方案，于10年7月就设备大修时机对其中一台着手改造并投运，从材料采购到调试投运，历时近20天，取消了管路系统中维持量回流傍路管路（关闭阀门），泵也不象原来那样满载运转了。虽然没有实测节电效果（因恢复生产规格要求摧促），但就取消维持量回流傍路管路一项，相信该有成效。具体构成如（图四）所示。

  当离心泵安装在既定的管路系统中工作时，实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关，还与管路特性有关，即在输送液体的过程中，泵和管路是互相制约的。所以，在讨论泵的工作情况之前，应先了解与之相联系的管路状况。

  在（图五）所示的输送系统中，为完成从低能位p1处向高能位p2处输送，单位重量流体所需要的能量为He，则由柏努利方程可得：

  其数值由管路特性所决定。当管内流动已进入阻力平方区，系数K是一个与管内流量无关的常数。将式3.3-17代入式3.3-15，得

  在特定的管路系统中，于某一时刻固定的条件下操作时，ΔZ与Δp/ρg均为定值，上式可写成

  由式3.3-19看出在特定管路中输送液体时，管路所需压头He随液体流量Qe的平方而变化。据此关系可获管路特性曲线如(图六)示意。它与管路布置及操作条件有关，而与泵的性能无关。

  如果工作点的流量大于或小于所需要的输送量，应设法改变工作点的位置，即进行流量调节。具体方法有以下几种。

  改变离心泵出口管线上的阀门开关，其实质就是改变管路特性曲线。当阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，如(图七)中曲线所示，工作点由M移至M1，流量由Q减小到Q1。当阀门开大时，管路阻力减小，管路特性曲线变得平坦一些，如图中曲线所示，工作点移至M2，流量加大到Q2。用阀门调节流量迅速方便，且流量可以连续变化，适合连续变化生产的特点。所以应用十分广泛。缺点是阀门关小时，阻力损失加大，管路能量消耗增多，不很经济，这是可实现经济节能的主要因素。

  改变泵的转速实质上是改变泵的特性曲线。泵原来转数为n，工作点为M，如(图八)所示，若把泵的转速提高到n1，泵的特性曲线H－Q往上移，工作点由M移至M1，流量由QM加大到QM1。若把泵的转速降至n2，工作点移至M2，流量降至QM2。这种调节方法能保持管路特性曲线不变。当流量随转速下降而减小时，阻力损失也相应降低，看来是合理的。但需要变速装置或价格昂贵的变速原动机而复杂，维护维修工作要求也很高，故实际生产设备中很少采用。从上分析可知，在半导体变频器问世前要通过改变泵叶轮转速实现泵与管道系统的特性匹配来达到节能是较困难而复杂的。由于阀门节流简单而赚价，采用调节阀门开度来实现流量调节几乎已约定成俗，被大量采用。因此风机、水泵类设备的节能大多局限于制造时提高风机、水泵本身的效率上。在当前半导体变频器大量应用的今天，在技术上已无障碍，而且安装使用维护都较简单，况且单从经济角度来讲已有足够理由了。

  另外尽可能使管路系统合理的安排，采用管阻小的复合材料等方法也可降低管路损耗，但仍然采用节流流量控制的话，由上面分析可知，其节流操作所产生的损耗还是无法避免。

  m1，由图八可知，其阻力点不变，即管路系统特性不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从N100降到N80，运行工况点则从M点移到M2点，扬程从H0下降到H2，流量QM下降到QM2。根据离心泵的特性曲线公式：

  QHr／102η（3.3-20）式中：P——水泵使用工况轴功率（kw）

  PB－PC＝（3.3-23）也就是说，用阀门控制流量时，有△P功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，根据流量Q、扬程H、功率

  的平方成正比；轴功率P与转速N的三次方成正比，即功率与转速成3次方的关系下降。若不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，从而获得节约能源的效果，这就是水泵调速节能原理。变频调速的基础原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：N=

  式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率f，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。3.3.5

  .小结.该实例再次说明了变频调速在水泵运转中为什么能节电的原因及原理。介绍说明了节能潜力在于通过优化操作方式及改造设备，使泵运转特性匹配于工艺设备。在满足生产的基本工艺的前提下，使设备间的良好匹配是我们从始至终为之追求的目标，而事实上很难做到，变频调速技术的应用就是实现现场人工没办法实现的跟踪即时调节的手段。试想如果生产系统不具变工况条件时，显然无能可节。

  比例调节器，变频器内部设置参数达十几项，因此需参照相应的变频器用户手册反复修正其值才能使输出稳定，应避免使设备处超调和振荡状态下工作。4.后记

  通过三个不一样的实例分别说明了一：虽然具节电功能的设备，如不加以科学应用，乃达不到节电的效果。二：是说明了节能措施并非一定要用变频调速技术，只要设备运转状态相对来说比较稳定且确实具节电潜力，则经济实用的方案应该是我们的首选。三：节能技改方案的制定，一定要通过详细的调查研究，认真分析的前提下，在满足生产的基本工艺使用为前提时，再根据设备实际运转状况来制订，这样方可实现我们的目的。

  变频调速在大部分设备上应用是有一定的节能作用，也取得了一定的成效。通过它可实现如提高功率因数，改善生产设系统的性能匹配，智能跟踪变工况的现场生产的基本工艺，保护设备等，进而达到节能的目标。但变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。另外变频器的另一个软起动功能也可助我们实现节电，特别是应用在大惯量的、大功率的电力拖动中，可有效地降低设备的启动能耗，另一方面该功能还能降低机械设备的故障率，延长设备寿命的作用。