變頻水泵控制系統節能估算

程紅苓（天津市天鐵軋二制鋼有限公司，天津300400）

變頻水泵控制系統節能估算

程紅苓（天津市天鐵軋二制鋼有限公司，天津300400）

[摘要]為了節約電能，在滿足生產要求的前提下，利用變頻器控制水泵調節流量的方法來代替傳統的閥門控制。通過繪制揚程-流量特性曲線，選取兩點計算電機軸的輸出功率并進行比對，經計算，可節約電能20% ~30%。變頻器節能實現了調速無級化，能夠滿足生產的需要，保證了產品質量。

[關鍵詞]變頻器；水泵；節能

1　引言

經濟的發展對能源的需求不斷增加，從而導致能源稀缺和環境惡化，這已成為當今社會的兩大難題，所以節能減排十分必要。變頻器在一定情況下可以節能，在滿足生產要求的前提下降低頻率，在一定范圍內，下降值越大，節能越多。本文將對變頻水泵控制系統進行節能估算。

2　變頻器———水泵系統節能估算

2.1節電與負載率的關系

變頻器節電的原理是將原需通過其他消耗能源的方式達到的工藝要求通過變頻調速的方式實現同樣的工藝要求。節電多少與負載類型及負載率有關，若同一臺電機負載變化大，負載率低，節電率相應高一些。負載類型包括：恒轉矩負載、恒功率負載、二次方律轉矩負載等。據試驗顯示，二次方律轉矩負載使用變頻器時實現的節電效果最顯著。下面以本單位水泵為例對變頻器的節電情況進行估算。

2.2水泵及用水量概況

本單位水處理濁環井供穿水冷卻水，現采用上海凱泉泵業有限公司的單級雙吸離心泵供水，揚程為78 m，電機功率250 kW，工頻，三角型直接啟動。經多年觀察，發現供穿水冷卻水根據軋制產品性能的不同，所需水流量及壓力不同，所需流量不同：550~820 m3/h，壓力0.73~0.83 MPa。由于其流量變化大，在保證工藝要求壓力的情況下，將其改為變頻器控制，可節省電能，計算過程如下。

2.3針對某一工作點計算節電情況

2.3.1根據實際運行數據繪制揚程-流量特性曲線

這里僅估算流量在600 m3/h時，使用變頻器與不使用變頻器兩種情況電能消耗情況。水泵的額定流量719 m3/h，即轉速為額定1 480 r/min時，水的流量為719 m3/h。由實際運行數據（見表1）可畫出水泵的實際揚程（壓力）-流量特性曲線，見圖1。

由圖1可知：假設原工作點在額定運行點A，A點的流量為719 m3/h，壓力為0.75 MPa，非變頻控制時若想減小流量，應當關小閥門，此時工作點由A點轉移到C點，流量下降為600 m3/h，壓力上升為0.80 MPa。變頻控制時，若想獲得C點的流量，應當降低頻率，從而降低轉速，工作點由A點變成B點，流量與C點流量相等，壓力比A、C兩點降低了。

表1　實際運行數據表

圖1　水泵的實際揚程（壓力）-流量特性曲線

2.3.2計算非變頻控制時C點電機軸的輸出功率

查表1可知，流量為600 m3/h，壓力為0.8 MPa，電流為356 A，則電機軸輸出功率為：

2.3.3計算變頻控制時B點電機軸的輸出功率

（1）流量：600 m3/h不變。

（2）壓力：大于0.55 MPa（根據圖1可知）。

生產要求大于0.5 MPa即可，這里壓力大于0.55 MPa，符合生產要求。

（3）電流：269 A。

①先計算600 m3/h時電機的轉速為1 235r/min。

②由轉速可知頻率為41.6 Hz。

③假設變頻器在此階段調節時的V/F比為定值，計算41.6 Hz下的電壓為316 V。

④已知水泵屬二次方律轉矩負載，即電流與轉速的二次方成正比。

由以上可知，

2.3.4比較B、C兩點的節能情況

這里計算的是P2，若計算P1，則加上定子銅損，機械損耗，附加損耗，電磁功率，不再詳細計算，故以P2估算電費。一年按249天連續運轉，電費按0.68元/kW·h計算。若選用西門子變頻器6SE7036-0EK60（590 A），本身耗電量8.2 kW，效率95%以上。

非變頻控制時用電量：

變頻控制時用電量：

節電：

節約成本：

由以上可知：對于水泵來講，變頻器節能的前提是降低了某個工況參數，即壓力，降低以后的數值仍然滿足生產要求，一年可節約電費24.7萬元左右。

3　實際應用效果

為了確保本改造項目的成功，我們先將一臺恒壓供水系統的水泵改為變頻控制，電動機功率為55 kW。運行一段時間后，根據長期記錄的數據可知：用水量最少時，改造前的電流為70 A，計算出的電機軸輸出功率約37 kW，改造后電流為30 A，計算出的電機軸輸出功率約8 kW，顯然可節約電能30%以上，試驗取得了很好的節電效果。以后我們會將穿水冷卻水泵也改為變頻器控制。

4　結束語

變頻器的出現為我們節約了很多電能，使調速無級化，更能滿足生產的需要，保證了產品質量。但變頻器的污染問題也是一個不可回避的現實。目前治理變頻器污染的主要措施是在其輸入端加裝輸入電抗器、無線電噪聲濾波器、輸入濾波器，輸出端加輸出濾波器，采用屏蔽電纜等，從而提高功率因數，減少諧波，減少干擾，減少噪聲，使用電質量符合國家規定標準。變頻器可與PLC聯網，為實現工業自動化提供保證，還可以節能，在風機、水泵類負載中節能效果更加顯著，為國家的節能事業做出了突出的貢獻。

參考文獻

[1]劉玉敏，王菁華.變頻器應用問答[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]劉美俊.變頻器應用與維護技術[M].2版.北京：中國電力出版社，2008.

[3]許曉峰.電機及拖動[M].2版.北京：高等教育出版社，2001.

Estim ation on Energy Saving ofVariable Frequency W ater Pum p ControlSystem

CHENG Hong-ling
(Tianjin Tiantie Zha'erSteelCo.,Ltd.,Tianjin 300400,China)

AbstractUnderthe precondition thatproduction requirements were met,the method thatfrequency con原verterwasutilized to controlwaterpump to adjustwaterflow substituted traditionalvalve controlin orderto save electric energy.Afterlift-flow characteristic curve wasplotted and two pointswere selected,motorshaft outputpowerswere calculated and compared.Resultsshowed thatthismethod could save electric energy by 20% ~30% .Energy saving by frequency converterachieved stepless speed adjustment.The production re原quirementsweremetand productqualitywasensured.

Key wordsfrequencyconverter;waterpump;energysaving

作者簡介：程紅苓（1981—），女，本科，主要從事棒線材生產線電器維護、管理與技術支持工作。

收稿日期：2014-09-02修回日期：2014-09-20