在流体传送系统中，造成电能浪费的主要原因是富裕扬程或富裕流量，也就是供大于求，其次原因是流体传送系统中设备运行效率低。对于流体传送系统实施调速方案正是为了调节供需关系。换句话说，如果原来恒速的流体传送系统供需关系相等，再加调速装置就没有节能空间了。况且任何调速装置都有能量损耗。定性的分析可知：流体传送系统施加调速装置的节能量等于减少富裕扬程（或富裕流量）的能耗减去调速装置的能耗。

先看一个实例，某学生综合宿舍楼的供水系统如图5-2所示。宿舍楼的各层均有洗衣间。宿舍楼的高度H=31m。设计时要满足早、中、晚用水高峰时的供水量。用水高峰时流量需求为50m³/h，用水低峰时流量需求为40m³/h。

水泵为离心泵，额定转速为2900r/min，额定转速时的流量50.3m³/h，水泵在额定转速时轴功率为5.85kW。水泵流量满足用水高峰时的流量要求。由于水泵的位置离宿舍楼比较远，结合输水管的管网特性，确定水泵有效扬程60m。水泵额定效率为79.17%。

电动机的额定功率为7.5kW，额定转速为2900r/min，额定效率为87.0%。

电动机没有采用调速装置，转速不变，水泵的流量不变，当实际用水量减少时，扬程增高，也就是水管中的压力增高。此时打开水龙头就会听到水管中的嗡嗡地振动声。这时电动机的输入功率几乎不变，这就造成了电能的浪费。如果电动机采用调速系统，当用水低峰时，将电动机的转速降低，水泵的流量减小，在保证供水压力不变的情况下，扬程不变，使电动机输入功率减少。

图5-2 楼宇供水系统示意图

1—电动机 2—水泵 3—止回阀

下面以常用的离心泵为例讨论水泵轴功率与转速的关系。

水泵流量与转速成正比

式中 Q——水泵流量（m³/h）；

n——水泵转速；

Q_N——水泵额定转速时的流量（m³/h）；

n_N——水泵额定转速（r/min）。

Q_N和n_N为常数。

水泵扬程与转速平方成正比

式中 H——水泵扬程（m）；

H_N——水泵额定转速时扬程（m），H_N为常数。

水泵的轴功率

式中 P_sb——水泵轴功率（kW）；

η_N——水泵额定效率；(www.daowen.com)

k_p——常数。

将式（5-3）和式（5-4）代入式（5-5），可得水泵的轴功率

式中 k和n_N——均为常数。

水泵额定效率与转速的变化有关，在额定转速附近变化不大，可以先忽略水泵额定效率随转速的变化，因此水泵的轴功率与转速的立方成正比。

由此可见，当需求流量下降时，转速应以正比关系下降，而水泵轴功率则以转速的立方关系下降。如果电动机不能调速，水泵的轴功率不变，电动机的输出功率不变，因此电动机输入功率不变。这就是供水系统中电动机恒速运行造成电能浪费的原因。这种情况下电动机和水泵产能过剩，造成管网压力升高。通常解决的办法是加装节流阀或者是打回流，实际上是富裕流量的浪费。

在流体传送系统中，当需求小于供给时，如果电动机恒速运行，比如三相异步电动机在工频下运行，对电动机来说是产能过剩，而不是“大马拉小车”。解决这类问题不能利用解决“大马拉小车”的方法。应该采用电动机调速的方法。下面以图5-2为例，分析用水低峰时富裕流量造成的能量损失，以及采用变频调速的节电率。

1.电动机恒速运行时的功率消耗

在图5-2中，电动机不加变频调速装置，开关在①位置。这时电动机和水泵基本上都是额定运行。水泵输入功率为5.85kW，亦是电动机的输出功率。电动机的额定效率为0.87，电动机输入功率为6.724kW。

2.电动机变频调速运行时的功率消耗

在图5-2中，在电动机前加上变频调速装置，即开关合到②位置。当用水低峰时，用水流量减少到40m³/h时。流量下降20%，调节变频器的输出频率，使电动机转速也下降20%，水泵轴功率与转速立方成正比，即下降48.8%。转速下降20%，水泵的效率基本不变。水泵轴功率为2.995kW，电动机的输出功率亦为2.995kW。电动机的效率基本不变，因此电动机的输入功率为3.443kW。所选变频器的效率为90%，变频器的输入功率为3.825kW。变频器自身消耗功率为0.383kW。

用水低峰时富裕流量为20%，水泵轴功率与转速立方成正比，富裕流量消耗的功率ΔP′等于电动机恒速时输入功率P₁的48.8%，即

ΔP′=P₁×（1-0.8³）=6.724×0.488=3.281kW

电动机调速节约功率ΔP等于富裕流量消耗功率ΔP′减去调速装置自身的损耗ΔP_BF，即

ΔP=ΔP′-ΔP_BF=3.281-0.383=2.898kW

电动机调速节约功率ΔP也可以利用恒速时电动机输入功率P₁减去调速时变频器输入功率P′₁，即

ΔP=P₁-P′₁=6.724-3.825=2.899kW

3.采用变频调速的节电率ΔE

变频调速节电率等于电动机输入功率的减少量ΔP与原输入功率P₁之比，即

可见当用水需求量下降时，利用变频调速使转速下降，节能潜力很大。但并非水泵的轴功率下降多少就节能多少，还要考虑变频器自身损耗。严格地讲，还应考虑转速下降引起的水泵效率的下降。

在供水系统中，电动机的功率、水泵功率及其额定转速是按最大流量和扬程选择的。在系统运行过程中，当用水量减小时，通过调节电动机转速，消除富裕流量造成的能量损失，这就是电动机转速配合的节能原理。电动机变频调速（或其他调速）节能是相对于恒速运行而言的。恒速运行时产生的富裕流量是多少，节能的潜力就大约是多少，还要考虑调速装置的能耗。如果电动机恒速运行时没有富裕流量，就没有节能潜力。如再加装变频器，只能是多耗能。

除节能需要之外，在流体传送系统中，采用电动机变频调速，或其他调速方式，实时调节转速，跟踪终端需求的变化，这也是生产工艺的基本要求。