变频器节能计算：风机水泵转速与功率的3次方关系

你所在的工厂打算给风机或水泵加装变频器（VFD），方案书里写着"功率能降一半"。日方资料把同一种设备叫 inverter（日语读作 inbata），节能数字后面还带着日元电价和 50 Hz 或 60 Hz 的前提。这些数字写进审批报告之前，你需要先弄清它们在什么条件下成立。

先说结论：理论上，风机转速降到 80%，轴功率降到额定值的 51.2%，因为轴功率与转速的三次方成正比。这个数字假设系统阻力全部来自管路摩擦。有静扬程的系统和恒转矩负载，节能量会小得多；一直按额定转速运行的设备，加了变频器反而可能多耗电。

本文依次讲：这种设备的几种叫法、相似定律、变频与风门（阀门）节流的对比、静扬程为什么会让三次方关系失效。然后给出三种节能计算方法、一份确认清单和一份对日方的提问清单。

目录

1. 变频器、VFD、inverter：一种设备，几种叫法
2. 相似定律：为什么功率随转速的三次方下降
3. 变频与风门、阀门节流的对比
4. 静扬程：三次方关系失效的地方
5. 变频器在哪里值得上，在哪里不值得
6. 变频器节能计算：三种方法
7. 读懂日方资料里的数字和规格
8. 安装变频器之前要确认什么
9. 可以直接使用的内容
10. 本文的局限
11. 常见问题
12. 参考资料

变频器、VFD、inverter：一种设备，几种叫法

国内工厂一般叫它变频器，英文资料里常写 VFD，也有 VSD（变速驱动）、AC drive 的说法。日本的图纸、样本和公开的节能资料则通常叫 inverter（inbata）。严格地说，VFD 是最常见的一类 VSD。

下文统一写"变频器"。日文资料里讲到电机时出现的 inverter，指的就是同一种设备。

为什么需要它，一个公式就能说明。同步转速（r/min）＝120×频率÷极数，4 极电机在 50 Hz 下约 1,500 r/min，在 60 Hz 下约 1,800 r/min。电源频率固定时，异步电机基本只能以一个转速运行。

变频器重新生成送给电机的电源，就去掉了这个限制，见图 1。

图1：变频器（inverter）如何改变电机转速

变频器先把工频交流变成直流，再生成所需频率的交流送给电机。

变频器内部先把交流整流成直流，用电容滤波，再由半导体开关生成新频率、新电压的交流。内容依据日本电机工业会的资料。

频率下降时，变频器按比例降低输出电压，这就是 V/f 恒定控制，转速改变时电机的磁通保持稳定。本文讨论工厂里最常见的组合：三相异步电机加变频器。

相似定律：为什么功率随转速的三次方下降

相似定律（国内也常叫比例定律，日文资料称相似則，sojisoku）描述风机或离心泵转速变化后性能如何变化。流量与转速成正比，压力（扬程）与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。功率正比于流量乘压力，一次方和二次方相乘，就成了三次方。

转速从 N1 变为 N2 时，三个量的变化如下：

• 流量：Q2 = Q1 × (N2/N1)
• 压力：P2 = P1 × (N2/N1)²
• 轴功率：L2 = L1 × (N2/N1)³

图 2 画出了这三条曲线。日本环境省的资料用的就是同一个 80% 的例子；美国能源部（DOE）的说法是，转速降低 20%，输入功率约降低 50%。

图2：转速与流量、压力、轴功率的关系（相似定律）

转速为 80% 时，流量为额定值的 80%，压力为 64%，轴功率为 51.2%。

流量（一次方）压力（二次方）轴功率（三次方）

相似定律的前提：同一个叶轮，流体密度不变，各工作点效率大致相同，系统阻力只来自管路或风道摩擦（流量为零时阻力也为零）。系统中存在固定的提升高度或固定背压时，压力降不下去，功率的下降会比三次方慢。

图 2 画的是理想曲线。实际的电表读数还包含电机和变频器自身的损耗，低速时效率也会下降，所以实测功率会比计算值略高。DOE 也指出，负载变小时变频器效率会下降，小功率变频器尤其明显。

这些损耗的影响没有看上去那么大。DOE 的一个例子：20 hp（约 15 kW）的排风机降到一半转速，电机效率 77.8%，变频器效率 86%，输入功率仍然只有 2.8 kW，而不是 16.4 kW。

平方转矩负载与恒转矩负载

风机、水泵、鼓风机属于平方转矩负载（日文资料称"2乘低减转矩负载"，nijo teigen toruku）：转矩随转速的平方下降，所以功率随转速的三次方下降。

恒转矩负载则不同。转速变化时转矩基本不变，功率只与转速成正比。输送带、挤出机、搅拌机、容积式泵和螺杆空压机都属于这一类，三次方关系对它们不成立。

变频与风门、阀门节流的对比

没有变频器时，一般靠关小风机出口的风门挡板，或水泵出口的阀门来减少流量。电机仍以接近满速运转，靠增加阻力把流量压下来。消耗在阀门上的能量，照样计入你付的电费。

变频器是把泵或风机本身的特性曲线降下来，不需要额外加阻力。DOE 等机构的变速泵指南写明，用调速来控制流量总是比用控制阀更高效。图 3 是同一台离心风机的差距。

图3：风门（阀门）控制与变频控制的区别

同样是 80% 风量，用风门节流时轴功率为 95%，降低转速时为 51%。

风门（阀门）控制电机保持满速。用风门或阀门增加阻力来减少流量。压力上升，节流损失变成热和噪声。风量 80% 时轴功率约为 95%

变频控制降低转速来减少流量。不增加阻力，压力也随之下降，功率按转速的三次方下降。风量 80% 时轴功率约为 51%（不含变频器损耗）

数值是日本环境省资料所设想的离心风机数据，依据日本节能中心（ECCJ）数据表中的图表。

风门节流也能省一点，是因为离心风机的轴功率会随流量略有下降。同一份数据表里还有进口风门、进口导叶、液力耦合器的曲线。现有的控制方式不同，节能量就不同，所以先弄清现状是哪一种。

下表汇总了两种方式的差别。

比较项目	风门（阀门）控制	变频控制
减少流量的方式	增加阻力	降低转速
电机转速	接近满速	随所需流量下降
压力	越节流越高	随转速的平方下降
风量 80% 时的轴功率（离心风机示例）	约 95%	约 51%
设备费用	低：只需风门或阀门	需要变频器和施工

在泵的特性曲线上看同样的对比

泵的工作点，在泵特性曲线与管路特性曲线的交点上。关小阀门，管路特性曲线变陡，工作点沿泵特性曲线向左上移动：流量减少，扬程反而升高。降低转速则是把泵特性曲线整体压低，所以同样的流量可以在低得多的扬程下输送。

图 4 使用 J-Net21（日本由政府支持的中小企业支援网站）的计算示例。该泵的关死扬程为额定扬程的 1.4 倍，静扬程为额定扬程的 0.3 倍，流量降到额定流量的一半。

图4：阀门节流与降低转速时的工作点

流量降到一半时，阀门控制的工作点扬程为 1.3，变频控制为 0.475（额定扬程＝1.0）。

泵特性曲线（额定转速）泵特性曲线（降速后）管路特性曲线管路特性曲线（阀门节流后）

示意图，条件与 J-Net21 的示例相同：关死扬程为额定扬程的 1.4 倍，静扬程为额定扬程的 0.3 倍，流量降到额定值的一半。

在这个示例中，阀门控制需要额定功率的 65%，调速控制需要 24%，J-Net21 给出的节能率是 63%。这个 63% 是与节流状态相比，不是与额定功率相比。看到日方资料里的节能百分比，一定要先确认它的比较基准。

静扬程：三次方关系失效的地方

泵的总扬程由两部分组成。静扬程（日语"实扬程"，jitsu-yotei）是液体必须被提升的高度，或终点处固定的背压；摩擦扬程则随流量的平方变化。只有摩擦扬程的闭式循环系统，正是三次方关系所假设的"只有摩擦阻力"的条件。

不管把流量降到多低，静扬程都不会变，这一部分扬程降不下来。风机也一样：风道末端需要保持固定静压时，就会遇到同样的限制。

DOE 的指南把"在有静扬程的系统里套用相似定律估算节能"列为常见错误，可能造成很大误差。图 5 给出流量降到一半时的差距。

图5：降低流量时的所需功率（有无静扬程的对比）

流量为 50% 时，理想三次方关系下所需功率为 12.5%，静扬程为额定扬程 30% 的系统约为 24%，阀门控制为 65%。

阀门控制调速控制（静扬程 0.3）调速控制（静扬程 0，理想三次方关系）

示意图，采用 J-Net21 示例条件（关死扬程 1.4，静扬程 0.3），泵效率按恒定处理。实际上流量越小效率越低，功率会比图中更高。

调速依然比阀门节流省电，但曲线离三次方线很远。J-Net21 认为，调速控制在静扬程较小、流量比约 30%～80% 的范围内最有效。在它的示例里，节能量最大的点出现在流量 60% 附近。

最低转速：泵仍然要能顶过静扬程

关死扬程随转速的平方下降。一旦低于静扬程，泵就送不出流量了；没有止回阀的话，液体还可能倒流。这个下限的初步估算值是√（静扬程÷关死扬程）。

按上面关死扬程 1.4 的例子，静扬程为 0.3 时下限约为 46% 转速，静扬程为 0.6 时约为 65%。这是我们的计算值，实际最低转速还要更高。具体数值应由泵供应商根据降速后的特性曲线和最小连续流量来定。

另外，有静扬程时，流量下降得比转速快。在同一个模型里，流量降到一半，静扬程 0.3 时约需 64% 转速，静扬程 0.6 时约需 76%。所以这类系统不能假定流量比等于转速比。

对于需要很大总扬程的给水系统，日本环境省建议用台数控制（泵组联控，日语 daisu seigyo）调节流量，而不是调速，因为降速后扬程可能不够。先用台数控制粗调、再用变频器细调的组合，也值得评估。

变频器在哪里值得上，在哪里不值得

结果主要取决于三件事：负载类型、流量变化的幅度、阻力由什么构成。最合适的是平方转矩负载，长时间在节流状态下运行，而且阻力主要是摩擦损失。图 6 把常见设备分了类。

图6：变频器节能效果大的设备与小的设备

同样是风机和水泵，效果也取决于运行方式和阻力的构成。

节能效果大

空调和通风风机所需风量随季节和时段变化

闭式循环泵冷却水、冷冻水或热水。阻力大部分是管路摩擦

炉窑、锅炉的排烟风机风量可以跟随燃烧负荷变化

靠节流运行的设备风门或阀门长期开在一半以下

节能效果小

静扬程大的提升深井或向高层供水。用于提升高度的那部分扬程降不下来

始终按额定转速运行没有降速空间，只增加了变换损耗

恒转矩负载输送带、挤出机。功率只随转速成正比下降

要求固定压力例如要保持末端压力的供水。能降低的幅度很小

一直接近额定流量运行的设备，没有降速空间，变频器自身的变换损耗还会增加电费。因此日本环境省建议，水泵按额定流量运行时，切换到工频电源（日语"商用电源"，shoyo dengen）运行。这种做法一般叫工频旁路（变频器旁路），应由有资质的电气工程师设计。

变频器节能计算：三种方法

计算要从设备今天的实际用电量出发，而不是铭牌功率。电机经常在低于额定负载的状态下运行，所以把额定 kW 当作实际耗电，会高估节能量。J-Net21 为此取负载率 90%（日语 fukaritsu），能用电表实测的话更好。

图 7 是整体步骤。第 3 步该用哪个公式，取决于现在的控制方式和有没有静扬程。

图7：估算变频器节能效果的五个步骤

把现场记录的数据，按合适的转速比或功率比和效率换算成 kWh，再乘以电价。

01记录现状风门或阀门的开度、流量和压力的波动、电流或电表读数

02确定运行时间每年运行天数×每天小时数。知道各流量下的运行小时数，就分别计算

03套用功率比使用下面的方法 A、B 或 C。流量比＝转速比只在没有静扬程时成立

04除以效率需要时除以电机效率，并除以变频器效率（公开示例取 90%～95%）

05乘以电价用 kWh 的差值乘以每 kWh 的电价

确认安装后实测在相同条件下比较电量，用差距改进下一次估算

有静扬程或固定背压时，节能量会比三次方关系预测的小。

方法 A：阀门全开，只有摩擦阻力

阀门或风门已经全开，静扬程接近零，而你只是想减少流量，就用这个方法。

新电量 kWh ＝ 现电量 kWh × （转速比）³ ÷ 变频器效率

J-Net21 的例子是一台 37 kW（约 50 hp）的冷却水泵，效率 92.5%（这里按电机效率理解），负载率 90%，每年运行 310 天、每天 24 小时。现在的耗电量约 267,800 kWh。转速 85%、变频器效率 95% 时，267,800 × 0.85³ ÷ 0.95 ≈ 173,100 kWh。

每年节省约 94,700 kWh，约 35%。按 22.0 日元/kWh，J-Net21 算出约 208 万日元。该例假设静扬程为 0 m，请当作最理想的情况。

方法 B：现在用风门或阀门节流

现在的读数已经包含了节流损失，所以不能直接乘转速的三次方。要用同一流量下两种控制方式的功率之比，数据取自风机特性曲线或数据表。

新电量 kWh ＝ 现电量 kWh × （变频控制轴功率比 ÷ 节流控制轴功率比）÷ 变频器效率

日本环境省的示例：一台 22 kW（约 30 hp）的排风机，风量 80%，每年运行 6,480 小时，电机效率 95%，变频器效率 90%，现在的耗电量算出来是 142,600 kWh。轴功率比分别为 51% 和 95%，结果是 142,600 × (51 ÷ 95) ÷ 0.90 ≈ 85,000 kWh。

每年节省约 57,600 kWh，约 40%。95% 和 51% 来自同一张离心风机风门的曲线图，别的控制方式有各自的曲线。

方法 C：有静扬程的系统

有静扬程时，要用流量和扬程来估算功率，而不是用转速。设 hs 为静扬程占额定扬程的比例，Q 为流量比，则管路特性曲线上的扬程为 hs + (1 − hs) × Q²。

功率比 ≈ Q × (hs + (1 − hs) × Q²)，再除以变频器效率。

下表按这个公式计算。流量 50% 时，阀门控制和 hs = 0.3 的值与 J-Net21 的示例一致（23.8% 在原文中取整为 24%），其余数值是我们用同一模型算的。

流量	阀门控制	变频，hs = 0（三次方关系）	变频，hs = 0.3	变频，hs = 0.6
90%	96.8%	72.9%	78.0%	83.2%
80%	91.5%	51.2%	59.8%	68.5%
70%	84.3%	34.3%	45.0%	55.7%
60%	75.4%	21.6%	33.1%	44.6%
50%	65.0%	12.5%	23.8%	35.0%

变频控制的几列偏乐观。DOE 的指南提醒：静扬程大的系统中，转速稍微降一点，流量和泵效率就会大幅下降。要拿一个能在审批中站得住的数字，请向供应商索取降速后带效率的泵特性曲线。

把 kWh 换算成你自己的货币

请以 kWh 作为主要结果，因为日方示例里的日元数字不能直接搬过来。环境省的风机示例用的是 22.76 日元/kWh。

下表把其他电价套用到同样的 57,600 kWh 上。这些电价只是占位数字，不是市场价格，请换成你自己电费单上的电价。

每 kWh 电价	57,600 kWh 的年节省额
22.76 日元（环境省示例）	约 131 万日元
0.60 元（占位）	34,560 元
0.80 元（占位）	46,080 元
1.00 元（占位）	57,600 元
你的电价：____	57,600 × 你的电价

用哪一个电价，请先问财务部门。J-Net21 用的是含基本电费的综合单价，而国内工业用电常有分时电价和基本电费，这些固定费用不一定随 kWh 同比例减少。

简单回收期的算法是：安装总成本除以年节省额。总成本要包括变频器、安装施工、电抗器或滤波器、可能的电机更换，这些费用要以报价为准。

安装后，在相同条件下比较实测电量。估算值与实测值的差距，会让下一次估算更准。

读懂日方资料里的数字和规格

日本有两种电网频率：东部（包括东京）是 50 Hz，西部（包括大阪）是 60 Hz。所以日本制造的设备可能按其中任何一种设计，它的"本国频率"不一定和你的工厂一致。中国大陆电网是 50 Hz，搬迁来的设备、二手设备、从日本西部工厂调拨的设备，尤其要注意。

三次方关系让这个问题变得很实际。按 50 Hz 设计的离心式设备在 60 Hz 下运行，转速高 20%，轴功率要增加约 73%（1.2³ = 1.73）。按 60 Hz 设计的设备在 50 Hz 下运行，转速约低 17%，功率约为 58%，压力约为 69%。

比较任何数字之前，先确认额定频率。这些比例是我们用相似定律算出来的。设备和电机能不能在你的频率下运行，请直接问供应商。

下表可作为各国差异的起点。

地区	电网频率	谐波方面的参考依据
日本	50 Hz（东部）、60 Hz（西部）	1994 年的高压用户指南，以及技术指南 JEAG 9702
中国大陆	50 Hz	GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》；具体接入要求以供电部门为准
美国	60 Hz	IEEE 519-2022；向供电公司确认其要求
泰国、越南、印度尼西亚、马来西亚	50 Hz	向供电部门确认
菲律宾	60 Hz	向供电部门确认

日方的节能资料和规格书里，这几个词出现得很频繁。

日语（含汉字写法）	罗马音	中文
省能源的略称	sho-ene	节能
軸動力	jiku-doryoku	轴功率
回転数制御	kaitensu seigyo	调速（转速控制）
実揚程 / 全揚程	jitsu-yotei / zen-yotei	静扬程 / 总扬程
風量	furyo	风量
商用電源	shoyo dengen	工频电源
高調波	kochoha	谐波

领跑者电机与频率设定

日本自 2015 年 4 月起，要求大部分工业用三相异步电机达到"领跑者"（Top Runner）标准，国际能源署（IEA）将其描述为 IE3 水平。中国方面，GB 18613-2020《电动机能效限定值及能效等级》自 2021 年 6 月 1 日起实施，IE3 是三相异步电机的 3 级能效（最低限定值），IE4 对应 2 级，IE5 对应 1 级。两者水平相近，但请以铭牌和数据表上的效率为准，不要把名称当作完全等同。

日本半导体制造装置协会指出，这类高效电机转差率更小，转速略高，建议在配套变频器时检查或修改设定。因为功率随转速的三次方上升，只要同时更换电机又加装变频器，就请供应商或有资质的工程师重新核对频率设定。

安装变频器之前要确认什么

变频器不是装了就一定划算。装在不合适的设备上，可能造成流量不足、电机过热或振动。建议按顺序检查：运行数据、工艺限制、电机和机械限制，最后是电气系统。

运行数据与工艺限制

记录风门或阀门的开度、流量和压力的波动，以及运行小时数，时间一周到一个月。开度一直接近全开的设备，节能空间很小。DOE 的指南建议画持续时间图（duration diagram），显示一年中在各个流量下的运行小时数，这样可以分工况计算再相加。

然后确认工艺所需的最小流量和最低压力。压力随转速的平方下降：日本环境省指出，流量降到 90% 时，出口压力会降低 19%。管路末端需要的压力，决定了转速能降到多低。

最低转速、冷却与振动

多数异步电机靠轴上的风扇自冷，所以长时间低速运行时冷却风量会减少。请向电机厂商确认允许的连续运行转速范围，以及是否要加独立冷却风机。

变速运行也会增加在运行范围内碰到结构共振的可能。很多变频器可以设置跳过某个频带，试运转时请检查振动和噪声。

风机在某些转速范围还有喘振等不稳定运行的风险。

电机绝缘与变频器的安装位置

按 DOE 指南，变频器可以配用大多数 400 V 电网上的现有电机；在美国等 440 V 以上的地区一般不行，往往需要加强绝缘的"变频专用"电机。电缆很长时，电机端子上的电压会升高；功率较大的电机还可能因轴电压损坏轴承。国内常见的 380 V 与 400 V 级接近，但现有电机能否配用，仍应向电机厂确认。

向供应商询问这类问题时，有两个标准可以点名：变频电机的 NEMA MG 1 第 31 部分，和变频供电电机的指导性文件 IEC TS 60034-25:2022。另外要检查变频器的安装位置：电子元件不耐腐蚀和潮湿环境，DOE 指南也说，变频器通常不能在可能有爆炸性气体的环境中运行。

谐波与供配电系统

变频器对内部的滤波电容充电，会使输入电流畸变，产生电网频率整数倍的谐波。在美国，IEEE 519-2022 是常用的参考，它的限值定在公共连接点（PCC，供电方与用户的交界处），而不是每台变频器上。

一篇介绍 2022 版的公开文章给出的电压总谐波畸变率限值是：1 kV 及以下为 8%，1 kV 以上至 69 kV 为 5%。电流限值则取决于短路电流与负载电流之比。请以标准原文核对这些数值。

在中国大陆，可参照 GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》，它规定公用电网谐波的允许值，适用于 50 Hz、标称电压 110 kV 及以下的公用电网；你们工厂的具体接入要求，请向供电部门确认。在日本，适用的是 1994 年的高压和特高压用户指南以及 JEAG 9702，日本的变频器样本中会给出计算用的换算系数。常见对策有交流电抗器、直流电抗器和 PWM 变流器。

请让电气工程师和供电部门一起评审这些问题，因为谐波还会影响功率因数补偿电容器。

可以直接使用的内容

确认清单：提交数字之前

无论是你自己的方案，还是供应商的方案，都可以用这份清单审一遍。

• 负载类型：是平方转矩负载的风机或离心泵，而不是恒转矩机械
• 现有控制方式：出口风门、进口风门、导叶、阀门，还是已经全开
• 比较基准：实测的 kW 或 kWh，不是铭牌 kW
• 流量分布：根据记录数据得出的各流量下全年运行小时数
• 静扬程：占额定扬程的比例，以及与之匹配的计算方法（A、B 或 C）
• 工艺限制：最小流量、最低压力、末端所需扬程
• 效率：变频器和电机在实际部分负载下的效率，不只是满载效率
• 额定频率：设备、电机和你们工厂的频率是 50 Hz 还是 60 Hz
• 电机：是否适用于变频运行、低速时的冷却、较大功率电机的轴承保护
• 电气方面：谐波评审、电容器、电缆长度、变频器安装位置
• 费用：你自己的每 kWh 电价、完整的安装成本、简单回收期
• 验证：对比改造前后实测 kWh 的计划

向日方供应商提问的清单

设备或节能数字来自日本时，请尽早把下面这些问题发给对方。它们可以直接贴进邮件，必要时请翻译成日文或英文。

• 设备和电机的额定频率是多少？请提供 50 Hz 和 60 Hz 下的性能曲线。
• 请提供降速后的性能曲线，并标明效率和最小连续流量。
• 允许的连续运行转速范围是多少？低速时是否需要给电机另加冷却？
• 电机是否适用于变频运行？依据哪个标准（例如 NEMA MG 1 第 31 部分、IEC TS 60034-25）？
• 变频器在部分负载下的效率是多少？是否内置交流或直流电抗器？能提供哪些谐波数据？
• 因共振或不稳定运行，应避开哪些转速范围？
• 你们给出的节能数字，所依据的现有控制方式、静扬程、变频器效率、运行小时数和电价分别是多少？
• 对这台设备加装变频器，会影响质保吗？

本文的局限

• 文中的计算示例来自日本的公开资料，使用的是假设值，不是实测结果，也不是保证值。
• 方法 C 假设泵效率恒定。流量小时效率下降，实际节能量会更低。
• 最低转速的计算只是初步估算，以供应商的曲线为准。
• 容积式泵、压缩机等恒转矩机械需要另行分析。
• 谐波限值和电机标准是根据二手资料整理的，请对照现行标准和供电部门的规定确认。
• 电价、电费结构和补贴政策因国家和工厂而异，本文不涉及。

常见问题

风机或水泵加变频器，能省多少电？

没有一个通用的百分比。日本的公开示例中，一台 22 kW 的风机在同样 80% 风量下，从风门控制改成变频约省 40%；一台 37 kW 的泵降到 85% 转速约省 35%。你的结果取决于现有的控制方式、流量分布和静扬程。

泵有静扬程时，相似定律还适用吗？

用来估算系统节能时不适用。它仍然能说明泵特性曲线随转速如何移动，但管路特性曲线不再从零点出发，流量就不会和转速同步下降。在 J-Net21 的示例中，流量 50% 时功率约为额定值的 24%，而不是三次方关系预测的 12.5%。

一直满速运行的风机，加变频器能省电吗？

不能。没有降速空间，变频器自身的变换损耗反而会增加电耗。日本环境省建议，泵在额定流量下运行时改用工频电源，这种切换请交给电气工程师设计。

变频器本身会损耗多少功率？

日本公开示例中的变频器效率假设为 90%～95%。DOE 指出负载变小时效率会下降，小功率变频器尤其明显，所以请向供应商索取部分负载下的数值。

该选变频器还是台数控制？

静扬程低、阻力以摩擦为主的系统，适合用变频器。需要很大总扬程的系统，例如向高处供水，日本环境省建议用台数控制。先用台数控制粗调、再用变频器细调，也是一种选择。

参考资料

• 风机相似定律、与风门的对比、22 kW 风机示例：日本环境省《排气量可变排气风机的导入》（日文），依据 ECCJ 数据表
• 泵的流量、压力与功率、静扬程、台数控制、额定流量时切换工频：日本环境省《给排水泵流量和压力的适当化》（日文）
• 阀门控制的对比、37 kW 冷却水泵示例：J-Net21《泵和风机的转速调节节能（其二）》（日文）
• 有静扬程的泵、数值示例和有效范围：J-Net21《静扬程大的泵加装变频器节能效果为什么小》（日文）
• 静扬程与摩擦扬程、相似定律的误用、共振、电机绝缘、持续时间图：美国 DOE、Hydraulic Institute 与 Europump《Variable Speed Pumping: A Guide to Successful Applications, Executive Summary》
• 变转矩与恒转矩负载、部分负载下的变频器效率、20 hp 示例：美国 DOE Motor Systems Tip Sheet #11《Adjustable Speed Drive Part-Load Efficiency》
• 变转矩负载：三菱电机 FREQROL-F800 系列（日文）
• 领跑者电机与变频器设定：日本半导体制造装置协会《电机效率》（日文）
• 日本的 IE3 要求：国际能源署《Minimum Energy Efficiency of Motors》
• NEMA Premium 与 IE3：WEG《Energy Efficiency Directives Around the World》
• 日本的谐波指南、JEAG 9702 与电抗器：日本电机工业会《通用变频器及伺服放大器的谐波抑制对策》，2022 年 4 月（日文）
• IEEE 519-2022 的限值与 PCC：Comsys《Power Quality: IEEE 519-2022》；IEEE Xplore，IEEE 519-2022
• NEMA MG 1 第 30、31 部分：dV/dt Filter《NEMA MG 1-2016 Standard for Voltage Stress in Motors and Drives》
• IEC TS 60034-25:2022：IEC Webstore
• 各国电网频率：Miki Pulley《Power Supply Situations Around the World》；越南：LawNet《Standards for Voltage and Frequency for Electricity Use in Vietnam》
• 最低转速与静扬程：Pump Industry Magazine《Pump Curves 16: How Low Can You Go?》
• 日本的 50/60 Hz 分界：KEK《Japanese Electricity》
• 中国电动机能效标准：GB 18613-2020《电动机能效限定值及能效等级》（国家标准全文公开系统）
• 中国公用电网谐波标准：GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》（国家数字标准馆）
• 中国风机、泵类变频调速的应用标准：GB/T 21056-2007《风机、泵类负载变频调速节电传动系统及其应用技术条件》（国家标准信息公共服务平台）