變頻器控制在水泵中的應(yīng)用與節(jié)能分析

蔡祝奇

（紹興市雪花機(jī)電有限公司，浙江 紹興 312000）

變頻器控制是當(dāng)前最有效且最具發(fā)展前景的調(diào)速模式，在各行各業(yè)中獲得普遍運(yùn)用。本文簡要分析變頻器控制在水泵中的應(yīng)用與節(jié)能問題。

1 變頻器控制水泵運(yùn)行的原理

變頻器主要控制水泵的工作轉(zhuǎn)速，主要原理和節(jié)能模式為：在水泵、閥門和管道構(gòu)成的管道體系內(nèi)，水泵克服管道阻力，泵送出水。在未利用變頻器的管道系統(tǒng)中，水泵泵送水的流量利用出水閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，水泵需克服出水閥與管道的阻力。在利用了變頻器的管道系統(tǒng)中，出水閥無須控制，水泵僅克服管道阻力即可，管道對水泵揚(yáng)程要求標(biāo)準(zhǔn)更低。這時(shí)候，若要更改水泵流量，直接調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，確保水泵揚(yáng)程和管道阻力彼此匹配。

管道阻力和泵送流量相關(guān)。如下圖1為水泵調(diào)速過程中性能改變的原理，水泵進(jìn)水閥和出水閥均開啟，水泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速為n1，水泵工作位置A(流量Qa和揚(yáng)程Ha)，管路產(chǎn)生阻力曲線為HR1；如果系統(tǒng)所需流量Qb，無變頻器的系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式為關(guān)小水泵出水閥門，水泵工作位置移動(dòng)到B，管道阻力曲線HR2，水泵揚(yáng)程提升至Hb；若應(yīng)用變頻器進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，那么管路阻力曲線不會發(fā)生改變，水泵工作部位移動(dòng)到C，水泵轉(zhuǎn)速為n2，揚(yáng)程為Hc。不難看出，Hb＞Ha＞Hc，在忽略效率作用的基礎(chǔ)上，水泵功率P=γQH/η存在差異，應(yīng)用變頻器的功率最低，節(jié)能△P=γQ（Ha-Hc）/η［1］。

圖1 水泵調(diào)速過程中性能改變原理

2 變頻器控制的優(yōu)劣性以及保養(yǎng)工作

許多人因變頻器控制和傳統(tǒng)控制方式相比更加耗電，否決了變頻器控制水泵的優(yōu)越性，此類觀點(diǎn)并不正確。變頻供水與傳統(tǒng)高位水箱供水比較情況如下：

2.1 變頻器控制水泵供水的優(yōu)劣性

其優(yōu)點(diǎn)為：①健康環(huán)保、防止水體二次污染；②節(jié)約成本，降低占地，具有更好的社會效益；③水壓恒定，防止對閥門和水表的損害；④降低對電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊；⑤高自動(dòng)化水平，降低人力資源成本，保護(hù)性能較佳；⑥切實(shí)降低水錘效應(yīng)；⑦延長裝置使用年限，高位水箱不會滲漏水。其劣勢為：①長時(shí)間工作耗電量大；②專業(yè)水平要求嚴(yán)格，需高技能人員進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.2 高位水箱供水的優(yōu)劣性分析

其優(yōu)勢為：①維修簡便；②節(jié)約能源；其劣勢為：①較大的二次污染，極易使蚊蟲與老鼠鉆入；②成本投入大，占用面積大；③較高水壓，較大的水錘效應(yīng)，對出水閥門和水表損害較大；④與高壓水箱距離較近的樓層水壓小且不穩(wěn)；⑤啟動(dòng)功率較大，對電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊嚴(yán)重，容易破壞電機(jī)和水泵；⑥水箱容易發(fā)生滲漏水；⑦清洗工作繁雜，水資源浪費(fèi)；⑧管理不便。

2.3 變頻器的保養(yǎng)工作

當(dāng)前，變頻器的更新?lián)Q代速度更快，性能也持續(xù)提升，更多新式產(chǎn)品問世，且功能全面。盡管變頻器類型較多，可其應(yīng)用和保養(yǎng)以及故障維修方式基本沒有明顯差別。在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用階段，由于腐蝕氣體、溫濕度、震動(dòng)以及顆粒的不良作用，變頻器的性能會出現(xiàn)改變。若養(yǎng)護(hù)和應(yīng)用科學(xué)合理，就可以降低突發(fā)性故障導(dǎo)致的損失，提升使用年限。若應(yīng)用和養(yǎng)護(hù)不合理，則會發(fā)生各類故障，造成其無法正常運(yùn)行，所以，變頻器的日常養(yǎng)護(hù)和定期檢測非常關(guān)鍵。日常養(yǎng)護(hù)和檢測工作主要為：①檢測變頻器工作的環(huán)境溫度，通常大約25℃最佳，一般要求為-10℃～40℃之間；②觀察變頻器的顯示界面上反映出的輸出電壓電流以及頻率等各類數(shù)據(jù)有無異常。顯示界面的顯示清晰與否，有無缺失；③應(yīng)用測溫工具檢查變頻器溫度正常與否，有無異味情況，風(fēng)扇工作是否異常，散熱暢通與否，在其工作階段有無故障告警。檢測輸入電壓的最大值，若輸入電壓高出最大值，就算變頻器未工作，同樣會對其線路板產(chǎn)生損害。進(jìn)行定期檢測的時(shí)候，檢測之前需斷開電源，變頻器停止工作，顯示界面指示燈熄滅，待變頻器電容器充分放電之后，應(yīng)用萬用表進(jìn)行確認(rèn)無誤，方可繼續(xù)進(jìn)行。

3 變頻器控制在水泵中的應(yīng)用和節(jié)能分析

3.1 PID控制、PLC控制以及模糊控制

①PID控制器即屬于比例、積分以及微分控制系統(tǒng)，YTZ電阻遠(yuǎn)傳壓力表傳輸?shù)纳祲盒盘栐诖颂幫ㄟ^對應(yīng)的處置即可管控變頻器的輸出頻率。水中壓強(qiáng)的細(xì)微改變均會導(dǎo)致泵多次進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，造成水泵和電機(jī)相連的橡膠部位發(fā)生破損，形成振蕩和超調(diào)情況，同樣使一些電功率產(chǎn)生無謂消耗；②PLC屬于運(yùn)用廣泛的工業(yè)用微型計(jì)算機(jī)，而其實(shí)際是繼電器和CPU的整合產(chǎn)物。基于客戶現(xiàn)實(shí)用水需求量設(shè)置的數(shù)學(xué)模型和程序，利用編程系統(tǒng)，滿足了PLC控制要求，和變頻器、水泵以及遠(yuǎn)傳壓力表構(gòu)成閉環(huán)電路，其具備自動(dòng)化、軟啟動(dòng)方式、高穩(wěn)定水壓強(qiáng)、高可靠、使用年限長、節(jié)約電力、低成本投入和便于維護(hù)的優(yōu)勢；③模糊控制就是應(yīng)用邏輯推理的方式消除模糊量化，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)之后研發(fā)出的新式技術(shù)。模糊控制的供水方式屬于一類高性價(jià)比的方案，具備推廣價(jià)值［2］。

3.2 變頻器控制在水泵中的應(yīng)用節(jié)能

變頻器控制在水泵中應(yīng)用，能夠?qū)ο到y(tǒng)實(shí)行閉環(huán)控制。在出水管中安裝流量傳感系統(tǒng)，采集壓力或者流量數(shù)據(jù)，傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)，將其和額定參數(shù)進(jìn)行對比，對比計(jì)算之后對變頻系統(tǒng)下達(dá)命令，變頻系統(tǒng)則調(diào)節(jié)水泵工作頻率，控制泵轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)而控制水泵的工作狀態(tài)。若水泵控制應(yīng)用閥門方式，其揚(yáng)程還需克服閥的阻力，就會消耗部分功率，出水閥的開度更小，產(chǎn)生的阻力更大，功率的消耗就更大。運(yùn)用變頻器可以消除閥門阻力，切實(shí)提高水泵工作效率。

3.3 水泵并聯(lián)中變頻調(diào)速泵的運(yùn)用

現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用過程中，多個(gè)泵并聯(lián)，對其實(shí)行變頻調(diào)速，以滿足流量管控要求。可變頻系統(tǒng)的成本投入大，多水泵應(yīng)用一一對應(yīng)的控制成本太高，所以，僅需增加一個(gè)泵的變頻調(diào)速功能，并聯(lián)在系統(tǒng)中，其他水泵保持之前的運(yùn)行狀態(tài)，就可以達(dá)到系統(tǒng)的節(jié)能要求。該系統(tǒng)的運(yùn)行原理：在泵并聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，需優(yōu)先啟動(dòng)變頻調(diào)速水泵，流量自0逐漸提升，持續(xù)提升到額定的流量。如果額定流量高于變頻調(diào)速水泵能承受的最高流量，則開啟其他的普通水泵，變頻調(diào)速水泵獲得信號回饋之后降低轉(zhuǎn)動(dòng)速度，確保輸出流量總量下降至額定需求；同樣，如果單一變頻調(diào)速水泵與單一普通水泵無法達(dá)到系統(tǒng)需求的情況下，開啟第二個(gè)普通水泵，若依然無法滿足，開啟第三個(gè)普通水泵，依次下去，直到滿足要求為止。此外，基于流量需求的不同范圍，也能夠選取對應(yīng)的額定流量水平泵匹配運(yùn)作，確保運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

4 總結(jié)

如上述，變頻器控制在水泵中的應(yīng)用效果顯著，能充分發(fā)揮變頻器的節(jié)能性，針對任何規(guī)格的水泵，均能進(jìn)行節(jié)能化處置，降低水泵的工作成本。具備非常廣闊的發(fā)展前景。

［1］吳昌斌.變頻器控制在水泵中的應(yīng)用與節(jié)能分析［J］.包裝與食品機(jī)械，2014（3）：60-62.

［2］劉剛.變頻器在水泵改造中的應(yīng)用及節(jié)能分析［J］.特鋼技術(shù)，2014（3）：57-59.