变频泵控马达调速系统节能实验研究

    1　变频泵控马达调速系统节能原理

    1·1　变频泵控马达调速系统节能原理

　　对于图1所示的变频泵控马达调速系统,设电机的输入功率为N1,输出功率为N2,则电机环节的功率损失δN1=N1-N2.δN1包括电机的铜损、铁损及机械损耗等.设泵的容积效率为ηpv,则主液压泵的输出功率为

式中,pp为泵的出口压力, MPa;Dp为泵的排量, m³/rad;np为电机转速, r/min.

　　设泵的机械效率为ηpm,则泵的输入功率,也就是电机的输出功率为

　　泵环节的功率损失为

　　设马达的机械效率为ηmm,则马达输出的有功功率为

　　主液压回路的功率损失为

　　系统总的功率损失为

　　由上式知,变频泵控马达调速系统总的功率损失主要由2部分组成:①电机的功率损失,对于变频调速电机,这部分的功率损失主要包括电机铜损、铁损及机械损耗等;②液压系统的功率损失,这部分的功率损失不含节流损失和溢流损失,而只包括由于液压系统的泄漏所引起的容积损失和机械传动损失.因此变频液压调速系统总的功率损失是很小的,具有很好的节能效果.电机环节的效率为

　　系统的总效率为

　　液压系统的效率为

    η₂=η₃/η1.         (4)

　　为便于分析,以上公式中泵和马达的机械传动效率均取0·95.

    1·2　进口节流阀控系统的能耗

　　将图1中的电磁换向阀换为比例方向阀,电机切换到普通电机功能,系统压力pp由溢流阀调定,则图1所示的系统变成普通的进口阀控马达调速系统.它的总功率损失为

    ΔN≈ΔN₁+ΔN₂+ΔN₃+ΔN₄,          (5)

式中,ΔN1为电机环节的功率损失;ΔN2为泵和马达的泄漏损失;ΔN3为溢流损失;ΔN4为节流压差损失.

　　将式(5)和式(1)对比知,阀控马达调速系统比变频泵控马达调速系统多溢流损失和节流压差损失.电机环节的效率η1、液压系统的效率η2及系统的总效率η3的关系式同式(2)、式(4)和式(3).

    1·3　功率节省率

　　为方便说明变频泵控马达调速系统较阀控调速系统节省功率的大小,引入“功率节省率”的概念,定义ηN= (N_{valve_input}-N_{freq_input})/N_{valve_input},其中ηN为功率节省率; N_{valve_input}为阀控调速系统的输入总功率, kW;N_{freq_input}为变频泵控马达调速系统的输入总功率, kW.