淺談變頻器在水泵上的應用
2007-01-01 00:00:00彭濤
現代商貿工業 2007年4期
摘 要：隨著技術的發展，交流電機的變頻調速技術日益完善，變頻器工作的可靠性也越來越高，新型變頻器已經解決了以前變頻器存在的再起動困難、易跳閘、瞬間過載能力差等問題。為了有效地節能和滿足負載要求，利用變頻器進行調速控制是一種有效節能手段。
關鍵詞：變頻器；調速節能；多泵并聯
1 變頻器調速節能原理
1.1 變頻調節的理論基礎
對同一臺水泵，根據流體力學相似理論，在轉速控制時，流量Q，揚程H，軸功率P，轉速N之間的關系可由下式表示：
由上式可知，流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比，因此電機的轉速控制與調節閥門流量控制相比，可以大幅度降低軸功率，因而利用變頻器對電機轉速控制可以充分節能。當系統負荷下降時，變頻器調節水泵轉速，從而減少水量，減少電機耗電量。根據電工學知識，電機轉速與輸入頻率的關系為：
一般來講s變化范圍不大，如果s的變化忽略不記，就可以認為n與f成正比關系，改變f就可以達到改變電機轉速n的目的。變頻調速閉環控制系統主要由變頻器、調節器、傳感器、電動機、泵組成。控制信號可采用0~5v的電壓信號(或4mA~20mA的電流)。變頻調速裝置的信號可采用溫度信號、壓力信號或幾種信號的綜合控制。
1.2 變頻調節與閥門調節的能耗比較
泵的流量特性隨泵的種類而異，一般來說泵的特性與其阻力矩的平方成正比。圖2是泵的流量Q與揚程H的關系曲線。泵的運行點是由特性曲線NN與管路阻力等構成的阻力曲線R1的交點D確定。過去采用恒速運行與閥門控制時，如果減少流量調整閥門，由于閥門摩擦阻力變大，阻力曲線從R1變到R′1，揚程則從H0上升到H1，流量從QN減少到Q1。控制轉速調節流量時，由于沒有閥門阻力，曲線原樣不變，泵的特性曲線取決于轉速，如果把速度nN降低到n1，特性曲線也會從NN移到N1，則運行點從D點移到C點，揚程從H0降到H2，流量從QN減到Q1。泵軸功率可由下式描述：
即應用閥門流量控制方式時，功率△P被浪費了，隨著閥門不斷的擰小，該損耗所占比例更大。由此可知，利用變頻調速可以節約很多能量，尤其是在大型水泵中，其效果更加明顯。對于已投入運行的閥門控制式設備，可將閥門擰到最大，然后安裝變頻器，通過調速控制可獲得大幅度的節能效果。
2 多泵并聯中變頻調速泵的應用
我們知道，采用多泵并聯只能實現分階段變流量調節，沒有完全解決能量浪費的問題，最節能的運行方式是采用變流量系統，變頻調速水泵是實現變流量的理想方式。由于變頻泵，其余的是工頻泵。當系統流量由零開始增加時，變頻泵啟動，轉速隨流量繼續增加，則某一臺工頻泵啟動并在額定狀況下運行，變頻泵負擔流量減少，又轉入變頻運行狀態。如此，便可以實現流量的無級調節，同時變頻器容量最小，造價最低。而實際上，由圖2可以看出，當水泵轉速低至一定值，水泵性能曲線在A-A以下，它是無法和以額定轉速n1運行的工頻泵并聯運行的，因為此時工頻泵的揚程H1大于變頻泵的揚程H2，這時有工頻泵超負荷工作，變頻泵發生空轉，不輸出流體，在那兒空耗能量，如果兩泵的揚程差相差很大，甚至有可能燒壞電機，這就是“大吃小”現象。如果要實現真正的變流量系統，只有將所有的并聯水泵同時進行變頻調速，即改變并聯后的水泵性能曲線，這樣才能真正達到節能的目的。
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