淺析水泵電機變頻調速技術的應用

欒海彥

摘 要：目前在我國工業生產企業中，水泵電機是廣泛應用的生產設備，同時也是功耗較大的設備，在當前國家節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，使其實現節能已成為當前工業生產企業廣泛關注的重要課題。水泵電機變頻調速技術就是在此基礎上發展起來并得到大家普遍歡迎，這對于工業企業改進生產也發揮了極其重要的作用。文章對水泵電機變頻調速技術的原理、優越性及常用的變頻調速技術進行了分析，并進一步對影響水泵電機變頻調速節能效果主要原因進行了具體的闡述。

關鍵詞：水泵電機；變頻調速技術；節能效果

處于運行中的水泵電機，只有處于運行的高效區才能確保其實現節能的效果，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的狀態下，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節，而且在長期的實際運行中發現，利用水泵特性貢線調節可以實現良好的節能效果。所以利用變頻調速對水泵性能曲張具有連續的改變作用，可以使水泵工況點沿管路特性曲線變化來運行，而且可以實現良好的控制。

1 水泵電機變頻調速技術原理

長期以來所用的水泵電機都具有固定的轉速，利用這樣的電機來驅動水泵，同時利用控制閥來實現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，則會利用調節閥門來減小出水量，實現對流量的控制，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。而利用變頻調速來對水泵電機進行控制則會達到有效的節能目的。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，實現良好的節能效果。利用變頻調速技術可以在壓力傳感性的幫助下將壓力信號轉換為電信號，然后與壓力值在進行比較和運算，并將其運算結果轉換為頻率調節信號送至變頻器，從而實現對水泵電機電源頻率的調整，對水泵的轉速進行控制。

2 水泵電機變頻調速技術的優越性

目前在我國工業生產企業中，水泵電機變頻調整技術得到廣泛的應用，而且也取得了良好的社會效益和經濟效益，經過多年的運行和使用，不僅積累了豐富的運行經驗，而且也達到了節電的效果。目前水泵電機變頻調速技術不僅運行的穩定性較好，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的發展，目前水泵電機變頻調速系統已實現了微機的自動管理，這對于生產企業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服務的質量，實現了節能增效的目標。水泵變頻調速技術廣泛應用后，有效的降低了生產企業的能耗，但由于應用電機變頻調整速控制技術需要加強許多電力設備和設施，投入較大，但如果從長遠的經濟效益和社會效益來講，其還具有非常好的經濟性，是節能的最重要措施之一。

3 常用的水泵電機變頻調速技術

電網所供應的電流，利用變頻調速技術，將交流電轉變為電壓和頻率均可以進行調節的交流電，將可調節的交流電供給電動機，使其實現在可變速的情況下進行運行。在實際運行中，利用變頻調速在調頻的同時，通過對定子電壓進行改變，這樣在保證轉矩不變的同時，也避免了鐵芯發熱情況的發生。因此實現調頻調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

它是由三個環節組成：可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流電路變為電壓可調的直流電；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的交流電；濾波環節，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的發展，脈沖寬度調制（簡稱PWM）變頻器技術獲得了飛速的發展。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

它是由兩組反并聯的整流電路組成，直接將電網的交流電通過變頻電路同時調節電壓和頻率，變成電壓和頻率可調的交流電輸出。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，但調速范圍小，控制線路復雜，功率因數低，目前應用的較少。

4 影響水泵變頻調速節能效果的主要原因

4.1 調速范圍對調速機組效率的影響

4.1.1 調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，供水系統則可以實現最大限度的節能。但在實際運行過程中，變頻調速卻無法保證這些工況點始終處于水泵調速的高效區內運行。

4.1.2 調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，導致整個水泵機組的效率不可能理想，也就不能實現節能目的。而且自冷電機連續低速運轉時，也會因風量不足影響散熱，威脅電機安全運行。

4.2 調速對與之并列運行的定速泵效率的影響

供水系統往往是多臺水泵并聯供水，一般采用調速泵、定速泵聯合供水。但應注意確保調速泵與定速泵都能在高效段運行，并實現系統最優。由于并列運行的定速泵的協同影響，調速泵的調速范圍受到了很大的限制，隨著調速的進行，工頻泵的工況點最好位于水泵高效區的最左端，調速范圍最大；變頻泵的工況點最好位于水泵高效區的最右端，調速范圍最大。同型號水泵一調一定，其要求則完全相反，很難同時滿足。

4.3 不同調速供水方式對節能效果的影響

水泵電機變頻調速技術在應用中，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，恒壓供水方式沒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，所以其經濟性較之變頻變壓流量供水方式要差得多。

5 結束語

目前變頻調速技術的廣泛應用，對于水泵電機進行調速已取得了非常好的運行效果，不僅其運行特性較為明顯，而且實現了明顯的節能，在工業生產企業中已成為較為常用的一項技術，對實現節能發揮了非常積極的作用。

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