变频恒压供水的变频节能原理

图1

图1为水泵调速时的全扬程特性(H-Q)曲线。横坐标为水泵流量Q，恒压纵坐标为水泵扬程H。供水泵的变频扬程和出水压力是线形关系，因此也可近似表示为出水压力P。恒压H1A是供水恒压线，n是变频不同转速下的H-Q特性。可见，恒压在n1转速下，供水如果通过控制阀门开度使流量从Qa减小到Qc时，变频压力将沿n曲线升高到D点。恒压很显然，供水在减少流量同时，变频提高了压力(DC段是恒压压力升高值)。如果将转速由n1减小到n，供水则流量沿着恒压线从Qa减小到Qc时，而压力没变。

据水泵的特性曲线公式：

PL=QρH/ηb·η10-3-------------------------(1)

式中：PL─水泵使用工况轴功率(kW);

Q─泵每秒排出的流量;

ρ─液体的比重(N/m3/)，水的比重ρ=9810N/m3

H─泵的扬程;

ηb─泵的效率;

η─传动机构的效率;

可以求出运行在D点和运行在C点的水泵工况轴功率分别为：

PD=QCPH2/ηb·η10-3----------------(2)

PC=QCPH1/ηb·η10-3----------------(3)

两者之差为：

△P=PD-PC=QCP(H2-H1)/ηb·η10-3------(4)

也就是说，用阀门控制流量时，△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P和转速N之间的关系，有：

Q2/Q1=N2/N1

H2/H1=(N2/N1)2----------------(5)

P2/P1=(N2/N1)3

由(5)式可知，流量Q与转速N的一次方成正比;扬程H与转速N的平方成正比;轴功率P与转速N的立方成正比，即功率与转速成3次方的关系下降。如果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，从而获得图1中H2-H1-C-D矩形区域大小的节能效果，这就是水泵调速节能原理。

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：

N=60f(1-s)/p----------------(6)

由(6)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