淺談風機水泵自控系統變頻節能改造

蘇躍華

摘 要：對我國各領域中泵與風機耗電量做了詳細的闡述，引出了變頻技術的概念。對泵與風機在自控系統中的變閥調節和變頻調節進行了相關的描述和區分。通過分析風機水泵自控系統的變頻節能原理，實現對風機水泵自控系統的變頻節能改造。并列舉出變頻調節在風機水泵自控系統中的優點。

關鍵詞：風機水泵；控制系統；變頻節能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.072

0 引言

現如今的流量調節方式大部分依然是閥門調節，這種調節方式僅僅是改變了流通的阻力，對泵和風機的輸出功率并沒有太大的改變，即浪費了資源，又增加了工廠的運營成本。因此，泵與風機的節能研究越來越受到重視。變頻節能技術在泵與風機的節能改造中得到了廣泛應用，國內少數電廠也開始采用變頻器對風機水泵進行節能改造，取得了良好的節能效果。

1 變閥調節與變頻調節

1.1 變閥調節

變閥調節的基本原理是通過改變管道閥門的開度，進而調節泵和風機的流量。當變閥調節時，泵或風機的功率和性能曲線基本，但是管道阻力的特性曲線會發生變化，泵或風機的性能曲線與新的管道阻力特性曲線的交點處就是新的工作點。

工作中，根據工作的需求，會開不同的風量，一般現實中會采用機械的方法來調節檔風板和閥門的幵啟角度，這種機械的操作方法具有以下缺點：（1）電機及風機的轉速提高，負荷也增強，功率高會出現浪費電能的情況；（2）機械調節的方法，會出現調節不準確的情況，會出現調節不精確的情況，容易出現故障；（3）機械控制的方式，沒有緩沖作用，會導致剛剛啟動時電流急速上升，引起對電網的沖擊，同時對風機的電源容量要求比較高；（4）因為剛剛啟動時對電網風機沖擊十分大，會降低設備的使用壽命。

1.2 變頻調節

變頻調節是一種相對來說比較理想的調節方法，這種方法主要是通過改變性能曲線來進而改變工作點，這種方法所利用的原理是變速調節沒有附加阻力。這種變頻調節的方法主要是利用變頻器來改變電源的工作頻率，進而實現對交流電機的無級調速。當對泵和風機進行變速調節時，泵和風機的效率基本上不會出現變化，流量會根據轉速按照一次方的規律進行變化，而軸功率是按照三次方的規律發生變化的。工作中采用變頻調節，可以大大的減輕泵和風機的磨損，進而降低泵和風機的噪聲，延長設備的使用壽命。利用變頻器可以實現大功率電動機的軟停、軟啟，可以避免了啟動時的電網沖擊，減少電動機的一些故障，進而延長設備的使用壽命，同時也降低了對電網的容量要求和無功損耗。

2 變頻調節原理

變頻調速技術所原理是電機的轉速和電機工作電源的輸入功率是成正比的關系（n =60f（1-s）/p），（式中n是轉速，f是輸入功率，s是點擊轉差率，p是電機磁極對數）。變頻技術一般是利用電動機工作電源頻率的改變，來實現電機轉速的改變。根據流體力學的基本定律可知：泵和風機都是平方轉矩負載，他們的轉速n和流量Q是成正比關系的；壓力和轉速的平方是成正比關系；軸功率P與轉速的三次方是成正比關系。如圖1所示的H-Q流量特性曲線。

對風機水泵的自控系統采用變頻控制技術，這種變頻技術就是用變頻器控制泵或風機，減少泵或風機運行時的空氣阻力，這種方法和調節擋風板或調節閥門的開度相比，具有較好的節能效果。其節能原理如圖1所示。

曲線（1）是在功率不變的情況下風機達到的轉速n1，此時是風機的H-Q特性曲線。曲線（2）表示的是管道運行時的風阻特性。曲線（4）表示在風機上進行變頻改造后的運行特性。當風機的額定功率在A點時，對應的風壓為 H2，風量為 Q1。根據流體力學可知軸功率 N1 與 Q1、H2 的乘積成正比。如果風機運行狀態發生變化，假設從 Q1 減至 Q2，用閥門調節的方法就會增加管網阻力，使管網阻力特性變到曲線（3），整個運行系統的工況由A變到新的工況點B運行。這時從圖中的交叉曲線可以明顯看出，風壓隨著工況的變化發生了變化，風壓增加，而軸功率與面積成正比。所以軸功率下降不大。而采用變頻調節的方法，風機轉速由 n1 降到 n2，根據上述的風機變頻工作原理可得到轉速 n2 風量（Q- H）特性，如曲線（4）所示。這時明顯看出，相對于閥門調節的方法，變頻調節在達到同樣的風量下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少。顯然，節能的經濟效果是十分明顯的。

3 風機水泵變頻改造的優點

風機與水泵通過變頻技術達到節能的原理基本相同的。根據上述的變頻調節原理可知，改變泵或風機的轉速就可以改變其功率，從而實現節能的目的。對風機或水泵進行變頻改造的優點如下：（1）變頻器可以控制電機在啟動時的電流。利用變頻調速則可以將頻率和電壓相關聯，變頻器就會根據矢量控制的方式控制電機運行。所以用變頻調速的方法會在泵或風機啟動時降低電機的啟動電流大小，使得電機繞組產生的熱量降低，從而增加了電機的使用壽命。（2）變頻器可以降低線路中的電壓波動。在電機的啟動和運行過程中，電路中的電壓會隨著電機的功率發生波動。（3）采用變頻調節的改造方式使得所需功率下轉速降低。泵或風機在低速運行的情況下能夠減少磨損，降低噪音，減少運營成本。（4）能夠實現極佳的節能效果。因為最終的能耗和電機的轉速是成立方比關系的，所以一般情況下采用變頻后，可以節省了很多的電量，同時也降低了成本，提高了效率。

4 結語

隨著科技的發展，變頻技術在風機水泵自控系統的應用上已將越來越廣泛。變頻技術在節能、安全等方面比調節閥門開度的方法在性能上更優良，能夠增加泵和風機的使用壽命，節省用電成本。

參考文獻：

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