淺談變頻器在風機水泵中的應用分析

李輝 趙夢詩

摘要：隨著工業生產對風機水泵調速性能要求的不斷提高，傳統風機水泵主要采用三相交流電固定轉速，從啟動到正常運轉后一直是保持一個轉速，不能根據不同需求而改變轉速，極大的浪費了電能，本文則主要介紹現代交流變頻器應用于風機水泵的知識與問題，從而解決了不同場合根據不同需求改變轉速，從而節約了能源。

關鍵字：變頻器 風機水泵 節能

一、變頻器工作原理

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現在使用的變頻器主要采用交一直一交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩、沖無功功率。

二、變頻器調速原理

我們知道，交流電動機的同步轉速表達式為：n=60 f（1-s）/p （1）

式中

n---異步電動機的轉速;

f---異步電動機的頻率;

s---一電動機轉差率;

p---電動機極對數。

由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

三、變頻器在風機水泵中的節能計算

當負荷變化時，調節帶動風機水泵的電動機，轉速隨之變化，可降低功耗，節約電能。由流體力學理論可知，風機風量Q與轉速n的一次方成正比，風壓H與轉速的平方成正比，軸功率N與轉速的三次方成正比，即

因此，當系統工藝流程需調節時，調節轉速下降可使功率降低很多。例如，當調節量與轉速均下降到80%時，功率將降低到額定功率的51%;當調節量與轉速均下降到60%時，功率將降低到額定功率的21%。

四、風機水泵變頻調速的節電原理

如圖示為離心風機水泵的風壓、（水壓）H -風量流量）Q曲線特性圖。

nl-代表風機水泵在額定轉速運行時的特性;

n2 -代表風機水泵降速運行在n2轉速時的特性;

R1-代表風機水泵管路阻力最小時的阻力特性;

R2 -代表風機水泵管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。

1、風機水泵在管路特性曲R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1. H1，此時風機水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AHIOQ1的面積。由于工藝要求需減小風量（流量）到Q2，實際上通過增加管網管阻，使風機水泵.的工作點移到R2上的B點，風壓（水壓）增大到H2，這時風機水泵所需的功率正比H2Q2的面積，即近比于BH2OQ2的面積。顯然風機水泵所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節能，是以高運行成本換取簡單控制方式。

若采用變頻調速，風機水泵轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓.力由H1降到H3，這時變頻調速后風機（水泵）所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少明顯的。

2、風機水泵節能的計算

風機水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調速是節電之有效的措施。根據B- 12497對電機經濟濟運行管理的規定有如下的計算公式。

采用檔板調節流量對應電動機輸入功率PIV與流量Q的關系為：

PIV≈0. 45 +0 55（Q/QN）2）Ple （1）

式中： Ple-額定流量時電動機輸入功率（kW ）。

QN-額定流量

3應用實例

2#水泵1250KW，電機4極、實際用為0.6～0.7，為變頻器驅動，估算節電率。

所需的軸功率為803kW，變頻器調速器調節電率為0. 6。年節電量，每年按365天計算。

24 *365 *803 *60% = 4223196kW h

≈422萬kW h）

年節電費（電價取0.3元/kWh） 0. 3 *4223196 =126萬元

通過以上分析可以看出，風機水泵采用變頻器調速后，節電效果是明顯的，此外，機械的轉速降低后，機械的磨損減少，使用壽命延長了，間接經濟效益也很可觀。

五、結束語

變頻器控制技術用于風機水泵控制可以達到顯著的節電效果，變頻器應用于風機水泵控制已經成為當今節能控制的主流產品。使用變頻技術既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。變頻器控制系統卓越的調速性能，不僅改善了現有設備的運行工況，提高系統的安全可靠性和設備利用率，延長了設備使用壽命，在節能方面也取得了顯著的效果，通過變頻改進后每年節約電費金額十分可觀。

參考文獻：

（1）變頻器原理及應用 作者：徐海、施利春、孫佃升清華大學出版社出版

（2）高職高專機電-體化專業規劃教材 編者：王照清出版社：中國勞動社會保障出版社出版

李輝 1984.05 男 甘肅蘭州 本科 電氣自動化

趙夢詩 1994.02 女 漢 甘肅蘭州 本科 電氣自動化