水泵中對變頻器控制的實際應用與有效節(jié)能措施

常振濤馬華明/.寧夏水投六盤山水務有限公司 .寧夏水利電力工程學校

水泵中對變頻器控制的實際應用與有效節(jié)能措施

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變頻節(jié)能技術日益發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應用于社會的生產(chǎn)領域中，其中尤以工業(yè)供水領域應用最為廣泛，這種技術具有自動化程度高、節(jié)能省電等優(yōu)點，但是在實際應用過程中，應該做好節(jié)能變頻器的選型及控制工作，真正地達到節(jié)能目的，為實際生產(chǎn)及應用提供良好的技術工具支持。本文重點探討分析水泵中變頻器控制的實際應用與有效節(jié)能措施，總結概括出有效節(jié)能措施與方法。

水泵；變頻器；實際應用；節(jié)能措施

隨著人們生活質量的日益提高及科技的進步，人們對于供水質量提出了更高更新的要求，而供水質量又與供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性關系密切，現(xiàn)在使用的變頻恒壓控制方式已經(jīng)廣泛地應用在人們的生活消防用水及工業(yè)生產(chǎn)用水等領域中，與傳統(tǒng)供水方式相比有著巨大的優(yōu)越性，但是還需要進一步完善與改進在實際應用中，并給出有效的節(jié)能措施。

一、變頻器控制水泵的實際應用分析

（一）變頻器控制水泵運行的工作原理

水泵運行主要依靠的是變頻器，它控制著水泵的運轉速度，變頻器控制水泵運行的工作原理如下：水泵工作中的管道系統(tǒng)由泵、閥、管路組成，水泵會克服這個系統(tǒng)壓力，將水或者是其他介質輸出，如果管道系統(tǒng)缺少了無變頻器控制，水泵流量被出口閥調節(jié)控制，而且水泵必須克服閥門及管路兩部分的阻力[1]。如果系統(tǒng)中有變頻器控制，水泵只需要克服管路阻力，閥門對其并不造成影響，揚程需求也隨之降低，改變水泵流量需要調整水泵轉速，協(xié)調好水泵揚程與管道系統(tǒng)阻力的關系。

（二）變頻器控制水泵節(jié)能技術的實際應用

變頻器控制水泵節(jié)能技術在實際中的應用涉及到兩方面內容，硬件設計與控制要求，我們將其應用在空調生產(chǎn)線商檢房溫度自動控制節(jié)能設計上，首先是做好硬件設計工作，對電力線通信及變頻器選型，依據(jù)設計系統(tǒng)的控制功能、I/O點數(shù)等，選擇相應型號的主控元件，然后是做好I/O接線及電氣控制原理工作。空調生產(chǎn)、開發(fā)過程中的一個關鍵性環(huán)節(jié)與程序是生產(chǎn)商檢房，環(huán)境額定溫度應設置為（27±2）℃，這個地方溫度不宜過高或過低，溫度上限被設置為29℃，下限被設置為25℃，中央空調的開停基數(shù)是27℃，而且通常情況下只有一臺機組工作，避免出現(xiàn)實驗室溫度波動過大的問題。循環(huán)水泵及風機增減開停需要依據(jù)循環(huán)風的進出溫差，控制機器是變頻器與溫度控制器等等。接著要設置系統(tǒng)運行中的冷煤排氣壓力，其應該≤28Mpa，而且吸氣壓力不能夠大于或等于3Mpa，這樣能減少機組的故障診斷[2]。最后是為控制系統(tǒng)配備相應的設備，每臺主要設備都要配設相應的自動或手動檢修方法，調試或者是檢修時用手動，而且兩臺壓縮機不能夠同時啟動，防止出現(xiàn)沖擊電網(wǎng)現(xiàn)象。

二、變頻器控制水泵的有效節(jié)能措施

（一）了解認識變頻調速節(jié)能原理

將變頻器控制水泵技術應用在實際生產(chǎn)工作中，首先應該了解變頻器的調速節(jié)能原理，這個原理可以這樣解釋：從流體力學基本定律能夠知道：水泵或者風機都屬于平方轉矩負載設備，機器設備的轉速n與流量Q、揚程H及軸功率P間有這種關系：

上式中的Q1、H1、P1分別代表的是風機或者是水泵處于轉速n1時的流量、揚程及軸功率；相對應的是，Q2、H2、P2分別代表風機或水泵在轉速n2及相似工況條件下流量、揚程及軸功率。從公式（2）、（3）、（4）可以得知：水泵流量與其轉速是成正比的，而揚程與轉速平方成正比，相應的軸功率與轉速為正比關系。從公式（4）中，我們也可以知道：電機運行速度下調，而其他運行條件保持不變，那么變頻器節(jié)電效果與轉速的下降是立方關系，能夠起到非常明顯的節(jié)電效果，也就是說，當工況只需要50％風量或水量時，電機轉速能夠調節(jié)為額定一半，那么電機消耗功率僅僅是額定功率的12.5％，能夠達到87.5％的節(jié)能效果。

（二）做好變頻器控制水泵的節(jié)能計算

變頻器水泵控制的調速節(jié)能還需要用計算來控制好，下面我們先將水泵效率的近似計算公式給列出來：

上述式子中的nP、Q?、n?分別代表的是效率、流量及轉速

其中的C1、C2是常數(shù)，這兩個常數(shù)由水泵廠家提供，而且C1—C2=1

根據(jù)水泵運轉效率，我們能夠分析其節(jié)能效果，如果采用閥門調節(jié)時，因為轉速不變，當流量減小時，水泵工作效率隨之降低；當調節(jié)轉速時，保持閥門開度不變，那么流量Q?與轉速n?正比關系，保持這個比值不變，水泵工作效率將總會處在最佳的狀態(tài)。供水系統(tǒng)設計時，設計人員往往對用戶管路情況是沒有辦法進行預測的，也難以精確地計算管阻特性，因此也不能很好地給用戶需求留下較為充足的余地，額定揚程及流量確定時，常常是富余量較大[3]。水泵運行及電動機實際運行過程中，通常情況是水流處在高峰期時。電動機還處在輕載狀態(tài)，這種狀態(tài)下的功率及功率因數(shù)都是較低的，調節(jié)轉速后，電動機如果處于低頻運行時，這時可以依據(jù)負載輕重對輸入電壓功能進行調整，進而提高電動機的工作效率。

（三）調整好變頻器的控制方式

離心式的水泵下的變頻器采用的是分別驅動方式，這樣可以在供水總管接近末端三分之一處，或者是在系統(tǒng)最不利點安設水壓力傳感器。由PLC構成的系統(tǒng)控制器可以根據(jù)水壓力傳感器及設置好的偏差，經(jīng)過PID調節(jié)方式，變動水泵轉速及運行中的水泵數(shù)量，使水壓力傳感器讀數(shù)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，確保整個運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這就需要做好變頻器調速的控制，常用的控制方式有以下幾種，下面我們將具體分析下：1、系統(tǒng)用水量增多時，主水泵頻率增加到50赫茲，并保持一段時間后，將備泵投入運行使用中，2臺水泵的運行頻率是相同的，都增加到50赫茲。2、當運行系統(tǒng)用水量減少時，2臺水泵頻率同時下降，并保持一段時間后，主泵退出運行，備用泵頻率升高且略微低于50赫茲，還要再結合水壓力進行減速。3、2臺水泵磨損最好是一致，應該定期或者是依照每臺水泵累計運行時間切換主水泵與備用泵。4、如果是多臺水泵進行切換時，應該采取無主次切換方式，按照“先開先停”原則進行接入與退出，PLC程序運行過程中，變頻水泵工作號及臺數(shù)等要設置好，根據(jù)給定頻率是否已達到上限或下限頻率依次采用增泵或者是減泵操作。

三、結語

水泵運行過程中離不開變頻器的工作，現(xiàn)在使用的變頻器技術更高，更加具有節(jié)能效果與目的，在實際生產(chǎn)領域中已經(jīng)得到了廣泛地應用，變頻調速的前提條件是變量恒壓，以此將最大限度節(jié)能發(fā)揮出來，變頻控制系統(tǒng)下，水流量的不同，輸出頻率也不同，這就能夠改變水泵轉速，使變頻器具有“因需而供”的良好特性，起到了很好的節(jié)能效果。

[1]黃鵬程.空調生產(chǎn)線商檢房溫度自動控制節(jié)能設計[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版）,2009,27(6):50-52.

[2]趙小國,孫偉,閻曉妹等.基于時間優(yōu)先級的變頻恒壓供水系統(tǒng)的泵組控制方式研究[J].電機與控制應用,2011,38(10):8-11.

[3]孫東輝,王宏宇,趙秀芬等.變頻技術在中央空調冷卻水壓差控制中的應用[J].低壓電器,2009,(6):27-29.