科学瞎想系列之五十九——变频调速与节能

节能是当今的热门话题之一,所谓节能就是达到同样的目的和效果,所消耗的能量尽量减少。节能的技术不胜枚举,变频调速就是最常见的一种。我们先看看变频调速是怎么节能的。

图1

风机、泵类负载是我们日常生活和生产中的耗电大户,也是电动机最为常见的负载,这类负载有一个共同的特点,就是它们都是对流体做功,驱动流体在管路或流场中流动,此时风机或泵相当于一个源,而管路相当于这个源的负载,其等效电路图如图1所示,管路中的流体流量相当于电路中的电流,管路进出口的压力差相当于电路中的电压。对于负载侧,当管路进出口有压力差时,流体就会沿管路流动,流量与压差之间符合欧姆定律关系,只不过管路的流阻不是个常数,而是与流量有关(近似与流量的平方成正比)如图所示。

管路的流阻不同则该特性曲线不同,图2中的曲线依次为R3>R2>R1;对于源侧,其外特性与电压源类似,进出口的压力差随流量增大而减小,因此其外特性为一下垂的曲线如图3 n1、n2所示,转速不同则外特性曲线也不同,如图3中n1>n2。

图4

当二者组成一个系统后,其稳态的工作点就是管路流阻曲线和风机或泵的外特性曲线的交点A(如图4),此时系统的功耗即为A点所反映的压差H1与流量Q1的乘积,即矩形O-Q1-A-H1所围成的面积。

图5

如果采用调速的方法来调节流量,就相当于保持管路的流阻特性曲线不变,改变风机或泵的外特性曲线,由曲线n1变为曲线n2,与原来的流阻曲线R1的交点由A变成C点,且C点的流量与B点相同,以保证流量达到与调节阀门同样的效果(如图5)。此时系统的功耗即为矩形O-Q2-C-H3所围成的面积。与调节阀门的办法相比,功耗减小了矩形H3--C-B-H2所围成的面积,这就是节约的功耗,由图5可见其节能效果十分显著。

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