淺談變頻器在水泵上的應(yīng)用

摘 要：隨著技術(shù)的發(fā)展，交流電機的變頻調(diào)速技術(shù)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(jīng)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(jié)能和滿足負(fù)載要求，利用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制是一種有效節(jié)能手段。

關(guān)鍵詞：變頻器；調(diào)速節(jié)能；多泵并聯(lián)

1 變頻器調(diào)速節(jié)能原理

1.1 變頻調(diào)節(jié)的理論基礎(chǔ)

對同一臺水泵，根據(jù)流體力學(xué)相似理論，在轉(zhuǎn)速控制時，流量Q，揚程H，軸功率P，轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系可由下式表示：

由上式可知，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此電機的轉(zhuǎn)速控制與調(diào)節(jié)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(zhuǎn)速控制可以充分節(jié)能。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷下降時，變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而減少水量，減少電機耗電量。根據(jù)電工學(xué)知識，電機轉(zhuǎn)速與輸入頻率的關(guān)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(rèn)為n與f成正比關(guān)系，改變f就可以達(dá)到改變電機轉(zhuǎn)速n的目的。變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由變頻器、調(diào)節(jié)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(diào)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(diào)節(jié)與閥門調(diào)節(jié)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(guān)系曲線。泵的運行點是由特性曲線NN與管路阻力等構(gòu)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(diào)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Q_N減少到Q₁。控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)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(zhuǎn)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Q_N減到Q₁。泵軸功率可由下式描述：

即應(yīng)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(diào)速可以節(jié)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(shè)備，可將閥門擰到最大，然后安裝變頻器，通過調(diào)速控制可獲得大幅度的節(jié)能效果。

2 多泵并聯(lián)中變頻調(diào)速泵的應(yīng)用

我們知道，采用多泵并聯(lián)只能實現(xiàn)分階段變流量調(diào)節(jié)，沒有完全解決能量浪費的問題，最節(jié)能的運行方式是采用變流量系統(tǒng)，變頻調(diào)速水泵是實現(xiàn)變流量的理想方式。由于變頻泵，其余的是工頻泵。當(dāng)系統(tǒng)流量由零開始增加時，變頻泵啟動，轉(zhuǎn)速隨流量繼續(xù)增加，則某一臺工頻泵啟動并在額定狀況下運行，變頻泵負(fù)擔(dān)流量減少，又轉(zhuǎn)入變頻運行狀態(tài)。如此，便可以實現(xiàn)流量的無級調(diào)節(jié)，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(dāng)水泵轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速n₁運行的工頻泵并聯(lián)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(fù)荷工作，變頻泵發(fā)生空轉(zhuǎn)，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(xiàn)象。如果要實現(xiàn)真正的變流量系統(tǒng)，只有將所有的并聯(lián)水泵同時進(jìn)行變頻調(diào)速，即改變并聯(lián)后的水泵性能曲線，這樣才能真正達(dá)到節(jié)能的目的。

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