水泵變頻節能控制設備發展與研究

【摘 要】水泵是一種輸送液體或使液體增壓的機械，被廣泛應用于供水、土木、建筑、水利、化工、石油、冶金等多個領域，是現代生產與生活必不可少的機械。在水泵中應用變頻節能技術，具有極高的經濟價值與社會價值。本文就水泵變頻節能控制設備發展現狀進行了探討，有利于理清水泵變頻節能控制設備發展的不足，更好的把握水泵變頻節能控制設備研發方向。

【關鍵詞】變頻節能；水泵變頻；控制設備；發展研究

0 引言

水泵是輸送液體或使液體增壓的機械，被廣泛應用于生產生活的各個領域，包括城市供水、污水系統、土木建筑、農田水利、石油化工、礦山冶金、輕工業等，在國民經濟生產與人民生活中起著極為重要的作用。水泵的性能參數有流量、吸程、揚程、軸功率、水功率、效率等，不同的應用場所對水泵的要求不同。同時，由于液體輸送或液體增壓需求呈現出一定的隨機性，在傳統應用中往往取最大液體輸送量或最大液體增加量來選擇水泵，造成水泵長期存在較大余量，不僅使得水泵效率低下且造成大量能源浪費。水泵變頻節能控制設備即是均勻改變水泵工作頻率，根據實際需求調節水泵能力以降低能源消耗的一類設備。

1 水泵變頻節能控制設備發展現狀

1.1 早期水泵變頻節能控制設備

在早期，水泵變頻節能控制設備主要采用交變頻技術，應用交變頻節能控制設備，水泵主電路開關器一直處于自然斷開狀態不存在換流問題，因此通常采用晶閘管來實現變頻節能功能。目前，交變頻節能控制設備的技術較為成熟，在國內還在很多領域廣泛應用。采用這類技術，水泵變頻節能控制設備需要大量晶閘管，系統結構復雜、維護較為困難，同時這類系統采用移相控制，功率因數較低，往往還需要進行無功補償和加設濾波裝置，性價比不高，正漸漸退出實踐應用領域。

1.2 中壓變頻節能控制

中壓變頻節能控制設備也是較早出現的一種控制技術，這種技術采用交—直—交變頻模式，雖然實質上還是一種低壓變頻技術，但在電網和水泵兩端則是高壓，僅只在中間環節采用低壓的方式，不過這種方式依然存在結構復雜、電流大、可靠性差的問題，不過技術較為成熟，在一定程度上替代了早期的交變頻節能控制設備，還在被廣泛使用。近年來，隨著直接中壓變頻技術的發展，消除了傳統交直中壓變頻節能技術的低壓環節，成為當前變頻節能控制設備發展的主流，正逐步取代傳統變頻節能控制設備。

1.3 逆變器控制技術

在早期水泵變頻節能控制設備中，多采用MOSET、GTR、GTO等自關斷元件作為逆變器元件，其中以GTR應用較為普遍。不過，GTR在成本、輸出諧波、變頻節能策略等方面，越來越不能適應水泵變頻節能的需要，一種新型晶體管——IGBT被研發出來并迅速推廣，IGBT全稱為絕緣柵雙極晶體管，是電壓型雙極復合元器件，具有MOSET和GRT的優點，在變頻損耗、變頻速度、輸入阻抗、電流容量、穩定性方面都具有極高的水平，是一種低想的變頻節能控制元器件，能廣泛應用于大、中、小功率范圍的變頻器之中，正迅速取代傳統變頻節能控制設備，成為變頻節能控制設備應用的主流。

2 水泵變頻節能控制設備發展方向

2.1 模塊化

模塊化是未來水泵變頻節能控制設備發展的主要方向。目前水泵變頻節能控制設備模塊化水平還遠遠不足，僅有一些企業推出了模塊化變頻節能控制器，而且模塊化程度還不高。變頻節能控制設備模塊化，有利于降低變頻節能控制設備生產成本，提高產品適應能力，提高產品的功能拓展能力。當前，水泵變頻節能控制設備已經有了模塊化發展的趨勢，并有了相應的研究成果，在未來還將不斷提升水泵變頻節能控制設備的模塊化水平，構建起主控模塊、擴展模塊、功率模塊等為一體的變頻節能控制設備模塊化體系，根據用戶需求靈活的選擇主控模塊、功能模塊、擴展模塊進行組合，并且滿足用戶在生產過程中需求發生變化時的適應能力，這既能有效降低水泵變頻節能設備的生產成本，也能有效降低期使用成本。

2.2 集成化

目前，水泵變頻節能控制設備容量越來越大，體積越來越小，性能越來越高，尤其隨著微電子技術與半導體技術的發展，變頻節能控制設備正向多功能化、集成化方向發展，不斷突破傳統變頻節能控制設備的領域。尤其是AISC的應用技術和應用水平的不斷提升，變頻節能控制設備的控制算法更為先進，能進行更多的性能擴充。此外，在實踐應用中，用戶的需求也在不斷變化，這也將推動變頻節能控制設備集成化發展，與信息技術、通訊技術、微電子技術等緊密結合，發展出功能更為豐富的變頻節能控制設備。如西門子公司在近年就提出了全集成自動化平臺概念，將通訊、設計、數據管理集成為一體，在變頻節能控制設備中集成變頻器、伺服裝置、控制器、通訊裝置，并嵌入全集成自動化系統模式構建起驅動系統、通訊系統、數據管理系統為一體，內置多種應用軟件的集成化變頻節能控制設備。

2.3 智能化

當前，變頻節能控制設備已經有了智能化的傾向，出現了可利用PC機完成頻率設定、參數設定、狀態給定、在線監測、遠程診斷的變頻節能控制設備。不過整體來說，當前變頻控制設備智能化水平還有所不足，需要大量人工干預。在工業自動化發展的需求下，客戶對變頻節能控制設備智能化程度的要求將不斷提高，這必將推動計算機技術與變頻節能控制設備的深度結合，促進變頻節能控制的智能化控制和智能化保護。如根據調制策略智能輸出電壓、根據編碼實現不同傳動調速需求、根據自我診斷保護方案完成相關檢測保護動作等等，這幾個方面都將成為變頻節能控制設備智能化發展的主要內容。

3 結束語

水泵變頻節能控制設備對降低能源消耗，提高生產效能有著極為重要的意義，能帶來巨大的經濟效益與社會效益。當前，水泵變頻節能控制設備已經有了較為成熟的發展，但還有很多不足的地方，不能滿足用戶全方位的需求。在未來，水泵變頻節能控制設備將不斷向模塊化、集成化、智能化方向發展，以獲得更高的應用價值。

【參考文獻】

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[責任編輯：丁艷]