淺析水泵電機變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

欒海彥

摘 要：目前在我國工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，水泵電機是廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)設(shè)備，同時也是功耗較大的設(shè)備，在當(dāng)前國家節(jié)能減排政策的大力提倡下，如何在提升水大泵電機工作效率的同時，使其實現(xiàn)節(jié)能已成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)廣泛關(guān)注的重要課題。水泵電機變頻調(diào)速技術(shù)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來并得到大家普遍歡迎，這對于工業(yè)企業(yè)改進生產(chǎn)也發(fā)揮了極其重要的作用。文章對水泵電機變頻調(diào)速技術(shù)的原理、優(yōu)越性及常用的變頻調(diào)速技術(shù)進行了分析，并進一步對影響水泵電機變頻調(diào)速節(jié)能效果主要原因進行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：水泵電機；變頻調(diào)速技術(shù)；節(jié)能效果

處于運行中的水泵電機，只有處于運行的高效區(qū)才能確保其實現(xiàn)節(jié)能的效果，但水泵電機在運行中會受到諸多因素的影響，如水量和壓力等，而且這些影響因素處于動態(tài)的狀態(tài)下，所以運行中也不可能維護單一的工況進行運行，要想使其始終處于高效區(qū)運行的可能性不大。所以需要針對工況點來對水泵電機的運行進行合理的調(diào)節(jié)，而且在長期的實際運行中發(fā)現(xiàn)，利用水泵特性貢線調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)良好的節(jié)能效果。所以利用變頻調(diào)速對水泵性能曲張具有連續(xù)的改變作用，可以使水泵工況點沿管路特性曲線變化來運行，而且可以實現(xiàn)良好的控制。

1 水泵電機變頻調(diào)速技術(shù)原理

長期以來所用的水泵電機都具有固定的轉(zhuǎn)速，利用這樣的電機來驅(qū)動水泵，同時利用控制閥來實現(xiàn)對管道流量變化的控制。這種控制方式在用水量大時，由于水泵會處到額定條件下運行，其運行效率則處到最高水平，而一旦用水量減少時，則會利用調(diào)節(jié)閥門來減小出水量，實現(xiàn)對流量的控制，但此時水泵運行及出水量之間具有較大的壓差，水泵仍處到額定的功率下運行，這樣勢必會導(dǎo)致大量的能量隨著水流被帶走，所以利用閥門來對流量進行控制，能量的損失十分大。而利用變頻調(diào)速來對水泵電機進行控制則會達到有效的節(jié)能目的。因為此時的水泵電機會處于一個可變速情況下，這時水泵的特性曲線則會與系統(tǒng)中任何流量條件下的需要相互匹配，這樣則會有效的避免能量的損失，實現(xiàn)良好的節(jié)能效果。利用變頻調(diào)速技術(shù)可以在壓力傳感性的幫助下將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后與壓力值在進行比較和運算，并將其運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號送至變頻器，從而實現(xiàn)對水泵電機電源頻率的調(diào)整，對水泵的轉(zhuǎn)速進行控制。

2 水泵電機變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性

目前在我國工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，水泵電機變頻調(diào)整技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，而且也取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，經(jīng)過多年的運行和使用，不僅積累了豐富的運行經(jīng)驗，而且也達到了節(jié)電的效果。目前水泵電機變頻調(diào)速技術(shù)不僅運行的穩(wěn)定性較好，而且在操作上更為簡單方便、易于管理，而且隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，目前水泵電機變頻調(diào)速系統(tǒng)已實現(xiàn)了微機的自動管理，這對于生產(chǎn)企業(yè)工作效率的提升起到了積極的作用，而且也有效的確保了生產(chǎn)服務(wù)的質(zhì)量，實現(xiàn)了節(jié)能增效的目標(biāo)。水泵變頻調(diào)速技術(shù)廣泛應(yīng)用后，有效的降低了生產(chǎn)企業(yè)的能耗，但由于應(yīng)用電機變頻調(diào)整速控制技術(shù)需要加強許多電力設(shè)備和設(shè)施，投入較大，但如果從長遠的經(jīng)濟效益和社會效益來講，其還具有非常好的經(jīng)濟性，是節(jié)能的最重要措施之一。

3 常用的水泵電機變頻調(diào)速技術(shù)

電網(wǎng)所供應(yīng)的電流，利用變頻調(diào)速技術(shù)，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷汉皖l率均可以進行調(diào)節(jié)的交流電，將可調(diào)節(jié)的交流電供給電動機，使其實現(xiàn)在可變速的情況下進行運行。在實際運行中，利用變頻調(diào)速在調(diào)頻的同時，通過對定子電壓進行改變，這樣在保證轉(zhuǎn)矩不變的同時，也避免了鐵芯發(fā)熱情況的發(fā)生。因此實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓的電路通常有兩種：即交-直-交變頻器；交-交變頻器。

3.1 交-直-交變頻器

它是由三個環(huán)節(jié)組成：可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流電路變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電；可控硅逆變電路，其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調(diào)的交流電；濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和逆變電路之間，一般是利用無電源電容或電抗器對整流后的電壓或電流進行濾波。近年來，由于電力電予器件和微機控制技術(shù)的發(fā)展，脈沖寬度調(diào)制（簡稱PWM）變頻器技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。PWM變頻器也有電壓型和電流型兩種，目前以電壓為主，由不可控整流電路、濾波電容及逆變電路組成。它不僅可改變逆變器輸出電壓，而且具有抑制諧波功能，是一種比較理想的方式。

3.2 交-交變頻器

它是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流電通過變頻電路同時調(diào)節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可調(diào)的交流電輸出。交-交變頻器由于直接交換，減少換流電路，減少損耗，效率高，波型好，但調(diào)速范圍小，控制線路復(fù)雜，功率因數(shù)低，目前應(yīng)用的較少。

4 影響水泵變頻調(diào)速節(jié)能效果的主要原因

4.1 調(diào)速范圍對調(diào)速機組效率的影響

4.1.1 調(diào)速范圍過大影響水泵自身效率

從理論上講，水泵的最佳運行狀況是水泵運行工況點沿管路特性曲線變化，水泵效率高且管路壓力合適，供水系統(tǒng)則可以實現(xiàn)最大限度的節(jié)能。但在實際運行過程中，變頻調(diào)速卻無法保證這些工況點始終處于水泵調(diào)速的高效區(qū)內(nèi)運行。

4.1.2 調(diào)速范圍過大影響電機效率

若電機輸出功率過度偏移額定功率，或者工作頻率過度偏移工頻，都會使電機效率下降過快。同時，頻率過低，也會影響電機效率。電機效率的過低，導(dǎo)致整個水泵機組的效率不可能理想，也就不能實現(xiàn)節(jié)能目的。而且自冷電機連續(xù)低速運轉(zhuǎn)時，也會因風(fēng)量不足影響散熱，威脅電機安全運行。

4.2 調(diào)速對與之并列運行的定速泵效率的影響

供水系統(tǒng)往往是多臺水泵并聯(lián)供水，一般采用調(diào)速泵、定速泵聯(lián)合供水。但應(yīng)注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效段運行，并實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。由于并列運行的定速泵的協(xié)同影響，調(diào)速泵的調(diào)速范圍受到了很大的限制，隨著調(diào)速的進行，工頻泵的工況點最好位于水泵高效區(qū)的最左端，調(diào)速范圍最大；變頻泵的工況點最好位于水泵高效區(qū)的最右端，調(diào)速范圍最大。同型號水泵一調(diào)一定，其要求則完全相反，很難同時滿足。

4.3 不同調(diào)速供水方式對節(jié)能效果的影響

水泵電機變頻調(diào)速技術(shù)在應(yīng)用中，其通常會采用變頻恒壓變流理供水和變頻變壓變流量供水兩種方式，恒壓供水時水泵工況點處于一條水平直線上，而變壓供水會是工況點沿管線特性曲線進行移動。在這兩種供水方式中，恒壓供水方式?jīng)]有考慮到供水管路流量小時水頭損失小所造成的能量浪費情況，所以其經(jīng)濟性較之變頻變壓流量供水方式要差得多。

5 結(jié)束語

目前變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對于水泵電機進行調(diào)速已取得了非常好的運行效果，不僅其運行特性較為明顯，而且實現(xiàn)了明顯的節(jié)能，在工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中已成為較為常用的一項技術(shù)，對實現(xiàn)節(jié)能發(fā)揮了非常積極的作用。

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