變頻技術應用于水泵電機中的節(jié)能分析

李柏強

摘要：隨著國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，科學技術的持續(xù)進步，作為電機控制的主導—變頻技術越來越廣泛應用于電機技術領域。本文闡述了變頻技術、水泵電機變頻技術的應用原理和節(jié)能優(yōu)勢，著重提出了水泵電機的節(jié)能策略，以期達到節(jié)約資源、保護環(huán)境、保持電機的性能，延長電機的使用壽命的目的。

關鍵詞：變頻技術;水泵電機;節(jié)能

前言

近年來，我國國民經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，工業(yè)用水、城鎮(zhèn)供水以及農業(yè)灌溉都離不開水利建設，水利建設在城鎮(zhèn)化建設進程中起著舉足輕重的作用。電機水泵作為基礎設備，在水利建設中的作用顯得越來越重要。但是，由于傳統(tǒng)定頻電機的技術缺陷以及電機使用的不合理，導致水泵電機能耗日益增高，其工作壽命也日益縮短，與當前所提倡的碳中和、碳達峰的節(jié)能環(huán)保理念相悖。變頻技術的節(jié)能效果是眾所周知的，因此，本文將探討變頻技術應用于電機水泵中，分析變頻技術的節(jié)能優(yōu)勢，并提出變頻水泵電機的節(jié)能策略，以期達到節(jié)約資源、保護環(huán)境、保持電機的性能，延長電機的使用壽命的目的。

1.變頻技術

變頻技術就是先使用變換技術把交流電轉變成為直流電，然后再使用逆變器，輸出各種頻率的交換電。這種技術是利用變頻調速的方式將輸出功率改變，實現(xiàn)了降低輸入的電功率、節(jié)約電能的目的，感應異步電動機中使用變頻技術同樣也可實現(xiàn)節(jié)能的目的。在變頻器技術中，變頻器的主要工作參數(shù)有開關電源頻數(shù)、電磁極對數(shù)和轉差率等，而自動化變頻器則主要是由開關電源板、主板、電容、電阻等元器件組成。而變頻技術在泵類電機領域的應用最為常見，變頻電機技術可以降低耗能，減少不必要的浪費，能夠降低生產(chǎn)成本。所以，變頻技術對于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)來說，其重要作用是顯而易見的。

2.水泵電機變頻技術的應用原理和技術優(yōu)勢

2.1水泵電機變頻技術的應用原理

一般情況下，傳統(tǒng)的水泵電機的工作轉速是恒定的，利用這種轉速恒定的電機作為水泵的驅動源，控制閥的作用是控制管道內液體的流量的大小。當液體流量達到高位值的情況下，電機其工作運行效率在這種情況下容易達到最佳值。倘若管道的液體流量降低，控制閥利用轉速的調整達到壓力的降低目的，最終達到水流量的調節(jié)控制。此時，由于水泵與管道流量兩者之間存在相當大的壓力差距，致使流動的液體將大量的能量帶走。為減小能量損失，先穩(wěn)定轉速，再利用閥門來改變流量是行之有效的調節(jié)方式。

變頻調速技術在水泵電機上的使用，也正是針對性地降低了上述電能消耗的問題。當水泵電動機處在一種可變速的工況環(huán)境條件下，由于水泵形成的電流特性曲線可以和控制系統(tǒng)中不同流速的水流量進行壓力相匹配，從而有效地解決了傳統(tǒng)電動機在工作過程中的電能消耗浪費問題，實現(xiàn)降低能耗的目的。

2.2水泵電機變頻節(jié)能優(yōu)勢

眾所周知，變頻電機技術具有良好的節(jié)能效果。研究表明，在某些工作情況下，變頻技術相對于傳統(tǒng)技術可以降低能耗40%以上，下面是變頻技術的節(jié)能原理介紹：

（1）變頻電機節(jié)電。根據(jù)流體力學知識，P（功率）=Q（流速）×H（壓強），其中Q和速度N的次方數(shù)成正比，H和速度N二成反比例，P和N三也成反比例。假定泵的輸出效率P為定值，若要求調節(jié)Q而降低的情形下，速度N可成等比地減小，水泵電機的消耗功率和速度N相互之間存在立方比的函數(shù)關系。比如，某臺水泵電機功率P是50千瓦時，當轉速N的轉速降低20%，此時其電機的耗電量為25.6千瓦時，節(jié)約電能約49%。當轉速N的轉速降低50%，其耗電量為6.25千瓦時，節(jié)約電能88%。

（2）功率因數(shù)cosφ補償節(jié)能。無功電能不但會造成設備過熱，而且還會增加對電線的消耗，更關鍵的是功率因數(shù)cosφ的下降會對電網(wǎng)有功功率產(chǎn)生很大負面影響。無功電能在電線線路產(chǎn)生非常大的損耗，嚴重降低了設備的使用效果，造成嚴重電能浪費。內部濾波電容的存在令變頻或調速設備無功損失減小，電網(wǎng)的有功功率也得以增加。

（3）軟啟動節(jié)能。定頻電機的起動方法通常是以直接或Y/D方式起動，這種啟動方法的最大額定電流所產(chǎn)生的能量約為4～7倍于額定容量。過大的起動電流會給儀器設備和電網(wǎng)造成相當嚴重的沖擊，而且起動時過程中的振動給擋板和閥門等的設備帶來危害也很大，不利于儀器設備、管路的良好使用，甚至會縮短其使用壽命。變頻器軟啟動功能可以讓使起動的電壓從零開始，逐漸到達電流最大值，但是不高于額定電流。這種軟啟動電流控制能夠減少儀器設備對電網(wǎng)所產(chǎn)生的沖擊及其對于電源容量的需求，可以延長裝置與閥門的使用壽命的目的，也因此降低了對儀器設備的保養(yǎng)修理費用。

3.變頻技術應用于水泵電機的節(jié)能策略

3.1根據(jù)需要選擇合適的變頻技術

采用變頻技術對水泵進行改造，以達到節(jié)能的目的，這種技術改造有助于泵站穩(wěn)定地工作運行、節(jié)能降耗。不過，也不能單純注重水泵的節(jié)能性能，而忽略了因為改造過程所形成的各種成本。如果單純追求水泵電機的節(jié)能性，導致了其自身的使用成本過高，這也勢必會影響后期的設備維修、管線鋪設、其他相關儀器與設備等各方面的費用成本。因此，應用變頻技術或對水泵進行改裝必須充分考慮其經(jīng)濟適用性，以選擇最合適的變頻調速技術。另外，如果水泵與工作的電網(wǎng)電壓電流不平衡，也可以通過變頻調壓技術對水泵進行技術改造，令水泵的使用壽命得到充分的保障。這是因為，第一，可實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，電網(wǎng)電源質量得到保障和改善。第二，也可充分的設備工作條件也得到了充分的保障，避免電壓電流的不穩(wěn)定沖擊水泵電機核心組件，防止儀器設備損毀，特別是外部的電路保護措施失效的情況下，增加安全保護措施對水泵電機來說顯得格外重要。

3.2及時反饋指標重視實際檢測情況

變頻技術不同，其應用的領域也有所不同。而在水泵電機中，其主要采用變頻器的方法完成了其作用原理和功能。變頻器技術由于在其工作中會形成諧波量，這些諧波量會水泵電動機的壽命形成很大的負面影響。所以，規(guī)范控制負載和輸入輸出諧波量在變頻器技術的進一步優(yōu)化和改進等工作中已經(jīng)變得十分關鍵，也應該成為水泵電機的核心目標所在。若要進行變頻技術進一步優(yōu)化和改進，在實際工作中對電器的實際工作溫度、過熱現(xiàn)象和負載電流等加以記錄和觀察，采取行之有效的措施加以控制。另外，工作人員還應仔細觀察水泵電機表面發(fā)熱的狀況，以判斷其實際諧波濃度。在水泵電機中使用了變頻技術，可以減少水泵損毀的機率，并采用了自動保護裝置，以增加的安全性，并減少了諧波量威脅的正常工作。

3.3完善變頻技術提升水泵電機工作效率

水泵電動機在實施變頻技術改造后，必須對其振動情況進行監(jiān)測設計并進行記錄。通過記錄實際參數(shù)的變化情況，在發(fā)現(xiàn)超過一定標準范圍的情況下可以適時做出調節(jié)，從而保證了水泵電動機的正常工作與運轉。變頻技術在水泵電動機的良好應用下能夠調整輸出功率和負荷，從而實現(xiàn)了降低能耗30%以上，提高工作效率的，減少了發(fā)電機組負荷的目的，在工作中形成自我保護，進而延長了電動機水泵的壽命。

4.結束語

綜上所述，在實際應用中，水泵電機可采用變頻調速技術來實現(xiàn)節(jié)能，通過多方面的節(jié)能措施，變頻技術應用在水泵電機中，可以節(jié)約資源、保護環(huán)境，能夠保持電機的性能，延長電機的使用壽命，在電機水泵中的應用具有較高的應用價值和推廣意義。

參考文獻：

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