水泵節能
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水泵節能范文第1篇
水是我們的生命之源，水與我們的生活息息相關，這種相關性與提升生活質量沒有必然的聯系，水僅僅作為一種生理上的必要物質和生產過程中的必備材料為我們切實需要。因此我們必須完善生活和生產中的供水系統，以便于它們能即時滿足我們對水源的需要。而水泵作為一個簡單的調控裝置，對于供水系統卻有著重大的意義，它能夠調節供水系統的水源供給量，進而避免不必要的水資源的浪費，藉此來完成水資源的節約與水資源在傳輸過程中的能源節約。因此若想提升城市的整體節水能力，就必須對水泵的節能效應有一個全面的了解。
1 供水系統中水泵控制的現狀
1.1 受時令影響較大
水資源是我國寶貴的資源之一，具有流動性、呈地域性分布、易受時令影響、易污染以及能夠因流經地勢的差異而產生一定的水能勢能的特點，因此水資源易受外界干擾，對水資源的控制難度較大。并且我們對水資源的需求會因時令或需求性質的改變而改變，因時令的改變體現在四季的交替上。
這種交替產生的變化可以被分為兩種，第一，對水源的需求在四季的變化，春夏更迭、整個夏季、夏秋更迭期間的天氣相對較為炎熱，此時因太陽幾乎直射大地，所產生的熱量就要遠大于平時的3個季節，因此這份熱量會使我們身體中的水分迅速蒸發，從而我們就會出現缺水的征狀，此時我們對水的需求會直線增多。而這中需求最大化對徐供水系統的壓力也會隨之增大。第二，對水的供給也會因時令而變，冬季氣溫相對低，某些地方甚至會達到零度以下，因為水的凝結點在零度，一旦溫度低于零度，水就會凝固成冰，而這對于供水系統來說無疑是不利的，用水系統需要就此展開破冰取水等一系列復雜的工程項目，而這也就使得供水系統的壓力在無形之中增加了不少。但無論是哪種變化引起的供需波動都會對水泵控制程序造成巨大的壓力，水泵的調節引起的高水壓就會在一定程度上使得大量的能源被浪費。
1.2 易受突發狀況影響
人們對水的使用要以實際的生產和生活為主，相對而言，人們的生活用水較為固定，因此在人們的日常生活用水之中，不會出現太大的波動，即使出現洗衣做菜甚至因水管漏水、爆裂所引發的小幅度水源流失現象，也還在水泵的控制范圍之內，因此生活用水的波動化相對而言可以忽略不計。但是工業用水就不一樣了，因為工業工程量與工業項目的不同，在用水量上可能就會出現巨大的變化，因此這對于水泵操作人員就提出了較為細致的要求，工作人員必須無時無刻地依據人們在工業生產中用水的需求打開和關閉相應的水泵組合，從而保證這些生產過程中的水源供給能夠依照人們的需求有序調配。
但是這種人工化的工作方式難免缺少了智能化的控制優勢，因為人工與智能化機械在這一方面始終存在一定的差距，因此人工頻繁地開關水泵控制裝置勢必會對水泵的使用壽命造成一定的影響，而由此也會連帶到使水泵運作的電動能源的發動機和相應的資源傳遞管道上，這兩處水泵循環供水機制的關鍵部位在頻繁地開關下也會漸漸失去活力，進而導致設備老化、故障，從而拖慢水泵節能的相關進程。
2 改進方案的設計理念
本方案采用閉環變頻調速變恒水壓控制系統，以系統的安全性、靈活性及方便的操作性為性能指標，在經濟合理的前提下力求實現高效節能和高可靠性，同時減輕工作人員勞動強度，提高生產效率和綜合自動化控制水平。本方案采用可編程序控制器PIE作為檢測和控制核心，以變頻調速器為執行設備，根據供水經驗以相應時期和時段的壓力值為目標設定值，管網水壓為目標值的閉環控制方式對3臺（以一拖三為例）供水泵組進行自動化控制，變恒水壓供水，自動運行，手動后備，連鎖控制。本方案通過對3臺泵組進行變頻加工頻模式全自動控制，穩定管網水壓，達到恒水壓供水的目的。控制室人員通過控制屏可進行泵組的開停操作、恒水壓控制設定、水壓監控、水壓異常報警、泵組運行異常報警等對被控對象進行控制監視和事故處理。
3 經過改進的控制系統結構和功能
3.1 系統構成
系統框圖如圖1所示。在泵站設一中規模PLC控制器，用于控制交流變頻調速器恒水壓供水系統和負責泵站各種電氣、水壓等參數的監控，也可進一步與上位監控站聯網通訊，實現智能控制。
在恒水壓供水時，先人工設定PLC控制器壓力目標值，PLC控制器根據壓力傳感器反饋信號與設定值比較來決定調節變頻器的頻率、電壓輸出。若水壓仍未達到設定值時，PLC通過變頻、工頻運行切換（如切斷K1，接通K4、K2）使原泵組轉為工頻運行，同時使另一泵組處于變頻調節狀態，進行閉環調節直至壓力平衡，反之亦然。
3.2 能夠實現的功能
（1）通過調節開、停工頻泵組數量和變頻調速泵的轉速，達到調節并穩定管網水壓的目的；（2）以管網水壓參數為控制目標，達到節能供水；（3）3臺泵組均為軟起動工作，減少了起動電流沖擊和機械磨損，延長了設備的使用壽命；（4）以“先人先出”原則對3臺水泵進行優化組合，循環投入或切換，使各泵高效工作并磨損均勻；（5）泵組的變頻、工頻運行實現無擾動切換；（6）每臺泵組的后備手動現場控制功能確保了在故障情況下能不間斷供水；（7）具有水壓異常和泵組異常報警功能。
結束語
總而言之，水泵節能控制在供水系統之中起著至關重要的作用，水泵節能控制體系可以說是供水系統的核心，對于供水系統的節能化改革有著十分重要的推動作用，而這份推動有利于我國水源調配機制的合理化革新，有利于維持人們的生活以及工業生產的有序化進行，同時還有利于我國水資源節約體系的建立與完善。因此相關部門要重視水泵節能機制的巨大作用，并以此來推進我國供水體系的整體革新與全面發展。
參考文獻
[1]葛勝升.恒壓供水中水泵調速控制的節能分析[J].瓊州學院學報，2012.
[2]李治國.供水系統中水泵的節能控制[J].流體機械，2005.
水泵節能范文第2篇
【關鍵詞】離心水泵 變頻調速 節能
1 現狀
目前對于高能耗企業來說如何節能降耗是企業發展的當務之急。供水車間的職能是為生活區居民和前方生產廠提供水源，車間運行水泵必須全年連續運轉，離心水泵節能措施不到位必定會造成能耗高，而車間10臺離心水泵生產年代比較早，都是sh型號，在當今能源日趨緊張的情況下，如何正確地進行水泵選型，及時調節水泵工況點，使水泵運行在較高效率區，認真做好水泵維護，提高設備檢修質量，提高變頻泵供水效率、優化水泵對于節約電耗，降低成本，提高企業經濟效益具有很大的經濟意義。很多企業目前大多數采取的調節方式是通過調節進出水閥門滿足水量需求，這是高消耗能源的做法。目前供水車間運行機組有3臺高壓變頻機組，1臺低壓變頻機組，如何更大效率的提高水泵運行狀態，節能降耗，從以下幾個方面進行分析。
2 提高水泵運行效率
2.1造成離心泵效率低的原因：
2.1.1離心泵的運行工況點偏離了設計工況點，造成的離心泵的運行效率低。而要提高離心泵的運行效率必須降低水泵內損失。在相同供水量下，電機和水泵的效率越高，電機輸入功率越小，電耗就越小。
2.1.2管路效率低。當被輸送液體或流量發生變化時，經常見到的調節方法是通過閥門開度的調整，雖然這樣可以保證設備的運行，但是卻造成了管路的阻力大，能源消耗過多，造成了離心水泵效率低。而大部分企業采取的都是采用恒速泵調整調整泵出口閥門開度實現水量控制。
2.1.3某些選擇的離心水泵型號本身效率比較低，沒有來考慮清楚本身需求的最大流量和揚程，而很多情況是由于檢修安裝不當，導致離心泵內損失過大，使得離心泵沒有發揮應有的作用，在低效率下運行。
2.2提高離心水泵運行效率的措施
2.2.1提高水泵的機械效率
2.2.1.1降低軸承摩擦損失：同一種軸承，如果安裝質量不同，運行維護不同，其功率損失也不同，車間按照公司TPM辦公室制定的《油管理規范》對離心泵進行按時準確的加換油（脂），這樣能有效的保證降低軸承摩擦損失。
2.2.1.2降低軸封裝置摩擦損失：以前車間離心水泵采用的都是填料密封，而現在大力推廣的為機械密封，摩擦損失降低，維護量也相對減少，截止到2009年車間10臺離心水泵由填料密封全部更換為機械密封。
2.2.2提高水泵的水力效率
離心水泵材質基本都是鑄鐵，不進行機械加工，從而增加了流體的流動損失。一般可采取以下方式來減少流動損失：①在泵體內比表面涂刷涂料或涂漆使得表面光滑減少損失。此方法實施率不高。②流道不宜過長，否則使得流動損失增加。車間10臺泵都是分別分布在兩個泵房，老泵房7臺，新泵房3臺，泵房前后都是集水池，管道長度適中，流動損失不會增加。
3 葉輪車削
葉輪車削是一種既簡單又省錢的水泵節能措施，隨著葉輪的直徑減小，流量，揚程，功率也在減少，功率也會減少很多。切割葉輪或者把原來的葉輪去掉換成同等直徑的較小的葉輪是很好的節能提效方法。這個也是目前車間針對離心泵采取最廣泛和有效的一種節能措施。
4 變速調節
離心水泵一般都是根據最大負荷選用的，而當泵的揚程變化幅度較大，那么就要采取變速調節，也就是改變水泵的工況點。離心水泵的工況點是由水泵的特性曲線和管路系統特性曲線來決定的，因此改變任何一個特性曲線都能達到調節的作用，目前水泵的流量調節方式有調節閥門控制，變速控制和泵的串并聯調節。對于目前的水泵流量調節方式來說，變速控制比調節閥門控制節約的成本大很多，通過變速調節，原來消耗在閥門的功率可以完全避免，取得良好的節能效果。而且通過泵變速調節流量還有利于降低水泵發生氣蝕的可能性。目前企業對生產單耗要求越來越高，車間生產廣泛運用變頻技術達到節能降耗。
幾年來供水運行的幾種機泵匹配方式：
兩臺（或以上）恒速泵匹配運行（2000年前）
變頻機組與恒速泵匹配運行（2000年-2008年）
變頻機組單機組運行（2008年至今）
三種運行方式的生產單耗比較（歷史數據）
第一種2200千瓦時/萬噸左右 第二種2000千瓦時/萬噸左右
第三種1650千瓦時/萬噸以下
班組生產單耗計算方法：
單耗=本班運行機組電量÷本班總供水量 電量=電度表度數×倍率
車間不同運行機組倍率為：
由水泵工作原理可知：水泵流量與水泵（電機）轉速成正比，水泵揚程與水泵（電機）轉速平方成正比，水泵軸功率等于流量與揚程乘積，故水泵軸功率與水泵轉速三次方成正比（既水泵軸功率與供電頻率三次方成正比）。 即水泵轉速下降時，水泵的軸功率將成三次方下降，因此，變頻機組節能效果明顯。
車間機組匹配方式
2#變頻機組 3200 - 2000 m?/h
1#變頻機組 2500 - 1000 m?/h
9#變頻機組 1200 - 600 m?/h
當用水量短時間超過變頻機組供水上限值時，匹配一臺恒速泵，盡量不選用同時運行兩臺恒速泵運行方式，目前車間采取的是單臺運行2#變頻機組的方式，節能效果最理想。
采用變頻器對電動機進行調速調節水泵流量的辦法，在節約能源和提高效率有非常好的效果，離心水泵在實際使用中降低能耗是一項系統的工作，應該從多方面入手，使得水泵能運行在高效工況點附近，就能完全降低水泵能耗，達到節能的目的。
水泵節能范文第3篇
關鍵詞：學校供水；變頻節能
1變頻調速恒壓供水系統的組成及工作原理
變頻調速恒壓供水系統主要包括：控制器（PID，PLC）、變頻器、微機控制、電氣控制和水泵機組等部分組成（見圖1）。由此構成一個壓力負反饋閉環控制系統（見圖2）。該系統通過安裝在水泵出水管上的壓力傳感器，把出口壓力變成0- 5v的模擬信號，經前置放大、多路切換、A/ D變換成數字信號，送入單片機，經單片機運算與給定參量進行比較，得出一調節參量，經由D/ A變換把這一調節參量送給變頻器，控制其輸出頻率變化[1-2]。用戶需水量與頻率的變化有關：用水多時，頻率提高，水泵電機轉速加快。
2變頻調速恒壓供水系統的節能原理
2.1調速原理
水泵電機絕大部分是二相交流異步電動機，根據交流電機的轉速特性，電動機的轉速n的大小與電壓、、電源頻率f、電機的極對數P及轉差率、的大小有關，由下式表示：
n= 60f（1-s）/p
式中 n一電機轉速，r/ min；
f一電流頻率，Hz；
s一轉差率，一般取0.2；
P一電機極對數。
當水泵電機選定后，p、s都為定值，也就是說電機轉速的大小與電源的頻率高低成正比，頻率越高，轉速越高，頻率越低，轉速也就越低。變頻調速就是根據這一原理應用微機和壓力傳感器，將供水管網所需壓力選定，管網內流量的變化引起壓力變化，由傳感器將變化的壓力信號傳給微機，經微機處理后，變頻器改變水泵電機供電頻率，從而改變電機的轉
速，達到管網測壓點的壓力恒定。以滿足管網最不利點的用水要求。
2.2變頻調速泵節能原理
供水系統的水泵在變速運行時通過改變水泵的轉速，從而調節輸出流量以適應用水量的變化，并可保證管網壓力的恒定，水泵始終在高效率的工作狀況下運行。用水量減少時，水泵轉速降低。由于水泵的軸功率與轉速的二次方成正比，轉速下降時，軸功率急劇下降。故變速調節流量在提高機械效率和減少能源損耗方而，是最為經濟合理。
軸功率與轉速的關系式：
式中 N一額定軸功率，kW；
N1一變速運行時軸功率，kW；
n1一變速后的轉速，r/ min；
n一額定轉速，r/ min。
當水泵轉速降低10%時，軸功率降低27%。當水泵轉速降低20%時，軸功率降低49%。恒速泵與變速泵（變頻調速）的軸功率相比，當水泵運行的平均流量為額定流量的80%以下時，恒壓變頻調速供水系統節能近50%，節能效果特別顯著。
3變頻調速恒壓供水系統的循環變頻控制原理
變頻調速恒壓供水系統可控制多臺（2～6）性能相同的水泵，其中總有一臺（任意一臺）水泵處于變頻調速狀態，其他為恒速或停機等待狀態。
以3臺水泵為例，采用可編程控制器（PLC）及變頻器（帶PID），循環變頻控制原理[3-4]。如下：首先規定各參數的代表符號：P0（壓力設定值），P1（壓力檢測信號值），f（變頻器輸出頻率），f0（變頻設定最高頻率），f1（變頻器設定最小頻率）。加上啟動信號后，變頻啟動1號泵，比較P0與P1的值，如果P0>P1，則f上升；反之，則下降。
當f f0時，將1號泵切換為工頻運行，2號泵變頻啟動。此時若f仍大于f0，將2號泵切換為工頻運行，3號泵變頻啟動，1號泵繼續工頻運行。當f f1時，則停止1號泵，2號泵工頻運行，3號泵繼續變頻運行；若f仍小于f1，則停止2號泵，3號泵繼續變頻運行。當f再次大于f0時，將3號泵切換為工頻運行，1號泵變頻啟動，2號泵停止；此時若f仍大于f0，將1號泵切換為工頻運行，2號泵變頻啟動，3號泵繼續工頻運行。
當f f1時，2號泵繼續變頻運行，1號泵繼續工頻運行，停止3號泵；若f仍小于f1，則停止1號泵，2號泵繼續變頻運行。當f f0時，將2號泵切換為工頻運行，3號泵變頻啟動；此時若f仍大于f0，將3號泵切換為工頻運行，1號泵變頻啟動，2號泵繼續工頻運行。當f f1時，則停止2號泵，3號泵繼續工頻運行，1號泵繼續變頻運行；若f仍小于f'1，則停止3號泵，1號泵繼續變頻運行。
這樣，使每臺水泵在工頻和變頻之間切換，水泵之間做到先開先停，后開后停，即所謂循環調頻，合理利用資源。
4變頻調速恒壓供水系統的特點
4.1系統安全可靠
采用變頻調速技術實現交流電機平滑調速，啟動電流小，減小了啟動時對電網的沖擊和對管路、閥門的機械沖擊，延長了管路和閥門的使用壽命，使交流調速系統的性能指標能與直流調速系統媲美。
4.2控制精確
自動環節采用了PLC與變頻器控制，多臺電機均能可靠地實現軟啟動，避免了啟動電流過大對電網的影響，大大延長了設備的使用壽命。
4.3高效節能
節能效果顯著，控制器依據測量壓力自動調節管網壓力，實現恒壓變量或變壓變量控制，在高用水期內多臺泵工作，在低用水期內自動減少工作水泵的臺數，使水泵一直在高效率下運行，既滿足了供水需要，又節約了電能。
5結語
高校校園供水系統采用變頻調速恒壓供水裝置可節約電能，壓力傳感器最好裝于最不利用水點。變頻范圍在40- 50Hz，電動機及水泵木身的效率均工作于高效區，節能效果明顯。
參考文獻：
[1]許振茂.變頻調速裝置及調試、運行與維修.北京：兵器工業出版社
[2]郭立君.泵與機.北京：水利電力出版
水泵節能范文第4篇
關鍵詞：變頻器 潛水泵 節能
中圖分類號：TD442 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00
1 變頻器的構成及其作用
變頻器又被稱之為VFD，變頻與微電子是其應用的兩大關鍵技術，它能夠憑借內部IGBT的開斷對輸出電源的電流和電壓進行調整，并按照電機的使用需要提供相應的電源電壓，進而達到調速、節能的目的。不僅如此，VFD還具備過流、過壓、過載保護等功能。
（一）變頻器的構成
變頻器主要是由整流器、平波回路和逆變器等構成。其中整流器多以二極管變流器為主，它能夠將工頻電源直接轉換為直流電源，也可采用兩組晶體管變流器組成可逆變流器，這樣便可以實現再生運轉；平波回路可以對電壓波動起到有效的抑制作用，當變頻器本身的容量較小時，若是電源與主電路構成器件之間仍有余量，則可省去電感采用比較簡單的平波回路；逆變器與整流器相反，它是將直流功率變換為要求頻率的交流功率，并以預先確定好的時間使開關導通或是關斷。
（二）變頻器的作用
目前，變頻器在工業生產中獲得了廣泛的應用，其最為顯著的功能和作用主要體現在以下幾個方面：
1.變頻節能。該作用在風機和水泵上的體現最為明顯。通常情況下，為確保生產的可靠性和穩定性，各種機械設備在設計制造的過程中都預留出了一定的余量，若是電機無法在滿載的情況下運行時，多余的力矩會使有功功率的消耗增大，由此一來便會造成電能浪費。傳統的水泵調速方法是利用調節入口位置處的擋板、閥門開度對給水量進行調節，由于輸入功率較大，所以一部分能源會消耗在截流的過程當中。而使用VFD進行調速時，當流量要求減小時，只需要通過降低泵的轉速便可滿足運行要求，這樣便可以達到節能的目的。
2.軟啟動節能。實踐表明，當電機以硬啟動的方式啟動時，會給電網帶來比較嚴重的沖擊，并且對電網容量的要求也相對較高，啟動過程中產生的電流與震動對擋板及閥門的損害較大，由此會導致設備的使用壽命縮短。而采用VFD后，可以借助其軟啟動功能使啟動電流由零開始，最大電流值不會超過額定電流，這樣既達到了節能效果，而且還能延長設備的使用年限。
2 變頻器在潛水泵中的應用與節能
潛水泵歸屬于離心泵的范疇，一套完整的潛水泵機組主要是由以下幾個部分構成：水泵、潛水電機、輸水管路以及控制開關等。在雨水和生活污水抽排中，潛水泵的應用較廣，但在實際應用中發現，潛水泵的能耗較高，為了解決這一問題，可在潛水泵機組中加裝變頻器，以此來實現節能降耗的目標。變頻器在潛水泵中應用時，關鍵參數的設計是最為重要的環節，其直接關系到節能效果。
（一）變頻器容量
目前，最為常用的變頻器控制方式主要有以下幾種：
1.電壓與頻率線性關系。這種控制方式可用于同步電機或是多臺電機并聯。2.FCC。其又被稱之為磁通電流控制，通過該控制方式能夠使電機始終保持在全磁通的狀態，進而達到降低功耗的目的。3.電壓與頻率平方關系。這種控制方式常被用于水泵和風機當中。
因絕大多數通用變頻器采用的都是電壓與頻率平方關系的控制方式，其對泵類負載也同樣適用，所以變頻器容量的選擇成為關鍵環節。為了確保所選變頻器的容量符合電機的要求，可以按照電機容量的計算結果來匹配變頻器的容量。為了便于研究，本文將電機容量設定為50kW，那么變頻器的容量應當不小于50kW。在綜合考慮性價比等因素的基礎上，50kW水泵電機可以選用施耐德公司出品的ATV61系列變頻器，該變頻器的最大連續工作電流為116A，而水泵電機的額定電流為131.3A。需要注意的是，變頻器的容量并不是越大越好，這是因為當變頻器的容量過大時，其運行過程中的裕量也比較大，經濟性不高。
（二）制動電阻
潛水泵電機在具體應用的過程中，若是其轉速下降，與之相應的工頻也會隨之降低，此時電機便會處于再生制動狀態，由此所產生出來的再生能量將會全部反饋至直流電流當中，從而導致變頻器直流母線的電壓升高，如果母線電壓升高到一定幅值后，會給電機運行埋下安全隱患。為了解決這一問題，應當將再生至直流電路當中的這部分能量全部消耗掉，進而使直流電壓始終保持在允許的范圍之內。制動電阻實質上是一個載體，它最為主要的作用是能夠以熱能方式將電機的再生能量消耗掉，功率容量和電阻阻值是其兩個重要的參數。目前，計算制動電阻的方法較多，從工程的層面上看，想要精確地計算出制動電阻的實際阻值和功率有一定的難度，究其根本原因是參數無法實現精確測量。所以在對制動電阻進行計算時，一般采用的都是估算方法。
1.變頻器的最小連接電阻計算。為了確保變頻器在運行過程中不受損壞，必須保證流經制動電阻的電流小于電機的額定電流，此時計算得出的電阻值即變頻器的最小連接電阻，具體計算公式如下：
（1）
在上式當中， 代表制動電壓； 代表電機的額定電流。實際應用中，只需要將相關數據帶入到公式當中便可計算出變頻器的最小連接電阻。
2.必要的制定電阻。相關的工程實踐表明，當放電電流為電機額定電流的50%時，可獲得與電機額定轉矩相同的制動轉矩，此時的電阻即為變頻器運行中所必要的制動電阻。具體計算公式如下：
（2）
3.電阻使用率。制動電阻的使用率可以定義為變頻器減速時間除以減速周期，它的主要作用是使制動單元及剎車電阻有足夠的時間散除掉因制動而產生出來的熱量。一旦制動電阻發熱，其電阻值便會隨著溫度的升高而升高，此時制動轉矩便會隨之減少。
4.制動電阻功率的選擇。通常情況下，當電機減速且轉矩方向相反時，才會產生出再生能量，而平均再生能量具體是指一個周期內全部的再生能量除以該周期所占有的時間，計算公式如下：
（3）
為了確保制動電阻的安全使用，其額定功率必須大于整個系統的平均再生能量。
3 結論
總而言之，采用潛水泵對雨水和生活污水進行抽排時，水泵的運行效率和能耗高低是關鍵性問題。為了確保潛水泵的高效運行并達到節能降耗的目的，可將變頻器應用于潛水泵當中。在具體應用時，變頻器關鍵性參數的設定非常重要，這不但關系水泵的使用壽命，而且還直接影響節能效果。為此，必須合理設計變頻器的參數，只有這樣，才能實現節能的目標。
參考文獻
水泵節能范文第5篇
關鍵詞： 水泵； 節能； 變頻技術； 變頻調速
中圖分類號： TN344?34； TE937 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）15?0166?02
Research on water pump energy conversation control system
based on frequency conversion technology
WANG Yu?yu， LIU Shao?jun
（Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute， Xi’an 710089， China）
Abstract： With the continuous perfection and development of the frequency conversion technology， the frequency control performance is becoming more and more perfect. The frequency conversion technology has been widely used in different fields of AC speed control. Through analyzing the application of frequency converter in the water pump control system， the energy?saving principle， control method and advantages of the frequency conversion technology reform of the water pump frequency conversion technology are described.
Keywords： water pump； energy conversation； frequency conversion technology； frequency control
0 引 言
目前，在國民經濟各部門中水泵與風機的應用面非常廣，數量極多，耗電量大。據相關統計，全國電力總量的40%左右被風機、水泵消耗。當前，風機、水泵依然還有非常大的節能空間，其節能的焦點問題是如何最大程度提高水泵和風機的運行效率。現在，大約70%的泵類、風機負載中仍采用閥門或風擋的方法來調節流量，導致電機長時間處在輕載或空載的運行狀態，造成能源的大量浪費[1]。正因如此，在全國普及節能潛力巨大的 變頻調速技術有著重大的社會和經濟價值以及現實意義。
1 水泵節能的原理分析
可以通過兩種方法來調節水流量，其一是通過關小或開大閥門來調節流量，而轉速保持不變（通常為額定轉速）即閥門控制法。另一種方法是通過改變水泵電機轉速來調節流量，而閥門開度保持不變（通常為最大開度）即轉速控制法[2]。前者易于理解，不再多述。后者是利用水泵電動機的變頻調速技術進行轉速控制，從而達到對水流量的控制以及行之有效的節能效果。接下來重點對轉速控制法的節能原理進行闡述。
1.1 供水功率的比較
（1）若水泵、風機能夠符合三個相似條件即運動相似、動力相似、幾何相似，那么它可以應用相似定律。對于一臺水泵而言，在不改變流體的密度[ρ，]而僅改變轉速的條件下，它的性能參數遵守比例定律[3]：
[Q1Q2=n1n2， H1H2=n1n22， P1P2=n1n23]
由上式可以看出，泵的流量、揚程以及軸功率分別與其轉速、轉速的平方、轉速的立方成正比。
圖1是水泵變轉速調節的節能原理圖。圖中曲線①為水泵在額定轉速下的揚程特性曲線，其與管阻特性曲線②交于[A]點，對應流量[QA，]此時水泵軸功率[P]與矩形[QAAHTAO]的面積成正比。若欲將流量減半，使用閥門控制時，則新的管阻特性曲線③與揚程特性曲線①相交于[B]點，此時水泵軸功率[P]正比于矩形[QBBHTBO]的面積。由圖可見，兩者面積相差不大，如果采用調速方法將水泵轉速降為曲線④，管路特性仍為曲線②，故工作點移至[C]點。此時與水泵軸功率[P]成正比的矩形的面積[QBCHTCO]與[QAAHTAO]相比明顯減少，這說明軸功率下降了很多，節能效果十分明顯[4?5]。
圖1 水泵變轉速調節的節能原理圖
1.2 水泵工作效率的對比
水泵的工作效率[ηP]等于水泵的供水功率[PG]和水泵軸功率[PP]之比，可表示為：
[ηP=PGPP]
式中：水泵的供水功率[PG]是根據實際供水的流量揚程算得的功率，是供水系統的輸出功率。水泵的軸功率[PP]是指水泵軸上的輸入功率[6]。
水泵的相對工作效率[η?]的近似計算公式如下：
[η?=C1Q?/n?-C2Q?n?2]
式中：[Q?，n?，η?]分別是流量、轉速、效率的相對值（實際值與額定值之比的百分數）；[C1，C2]為常數，并且[C1-C2=1]。
由上式可知，當使用閥門控制法降低流量時，因為轉速保持恒定，即[n?=1，Q?n?]的值減小，圖2中的曲線①即為它的效率曲線 [7]。如果流量[Q?=]0.6，其效率減小至點[B。]由此可見，隨著水泵流量的降低，其工作效率發生了十分明顯的下降。若采用轉速控制法，閥門開度是恒定不變的，流量和轉速成正比，即[Q?n?=]恒量，由圖2可知當流量[Q?=]0.6時，效率即為曲線②的[C]點，與曲線①上[A]點（[Q?=]1.0時）的效率是完全相等的。由此得出結論：利用轉速控制法時，水泵的工作效率始終保持最優狀態。
2 變頻調速運行的原理
2.1 變頻調速的原理
交流異步電動機的轉速為：
[n=60fp1-s=n01-s]
式中：[n0]為同步轉速；[f]為電源頻率；[p]為電動機極對數；[s]為轉差率。改變電源頻率，同步轉速也隨之改變。
2.2 對變頻調速的基本要求
（1）基頻[f1N]以下主磁通[?m]保持不變[8]。
由式[U1≈E1=4.44f1Nkω1?m]可知：
[U1f1=const]屬于恒磁通或恒轉矩調速。
（2）基頻[f1N]以上過載能力保持不變。
[U1f1=const]屬于恒功率調速。如圖3所示。
圖2 水泵工作效率曲線
圖3 變頻調速的控制特性
3 水泵變頻調速系統的控制方式
圖4所示為變頻恒壓供水系統圖。其原理是由壓力傳感器測得供水管網的實際壓力，輸出的電壓信號送入信號處理器，經A/D轉換后，輸入PLC，在PLC中由控制程序進行壓力的比較，即給定壓力和管網壓力的比較，回送至信號處理器，經D/A轉換后，輸出到變頻器，對變頻器的輸出頻率進行調節，進而控制水泵電機的轉速以達到恒壓的目的[9]。同時PLC根據壓力差，輸出控制信號，執行相關接觸器的動作。
圖4 變頻恒壓供水系統圖
5 結 語
不能簡單地把變頻調速技術應用于所有供水系統，其用于水泵節能也是有限制條件的。對于管路損失占總揚程比例較大的供水系統，或流量頻繁變化且幅度較大，以及流量明顯偏小的系統適用于變頻調速[10]。若靜揚程占總揚程比例較大以及流量較穩定的供水系統則不能使用變頻調速技術。因此一定要考慮實際情況，采用與之相對應節能方法，才能行之有效。
參考文獻
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