变频调速技术在水泵控制系统中的应用

变频调速技术在水泵控制系统中的应用
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变频调速技术在水泵控制系统中的应用变频调速（ＶａｒｉａｂｌｅＶｅｌｏｃｉｔｙＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ节能技术是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。

自８０年代世界各国将其投入工业应用以来，它显示出了强劲的竞争力，其应用领域也在迅速扩展。

现在凡是可变转速的拖动电机，只要采用该项技术就能取得非常显着的节能效果。

国家科委十分重视这一技术的推广工作，已在１９９５年将其列入国家级重点推广的科技成果项目。

随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。

据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约４２００万台，装机容量约１．１亿千瓦。

但系统实际运行效率仅为３０～４０％，其损耗电能占总发电量的３８％以上。

这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。

因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。

１水泵调速运行的节能原理
图１为水泵调速时的全扬程特性（Ｈ－Ｑ）曲线。

用阀门控制时，当流量要求从Ｑ减小到Ｑ１，必须关小阀门。

这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从Ｒ移到Ｒ′，扬程则从Ｈ０上升到Ｈ１，运行工况点从Ａ点移到Ｂ点。

用调速控制时，当流量要求从Ｑ减小到Ｑ１，由于阻力曲线Ｒ不变，泵的特性取决于转速。

如果把速度从Ｎ１００降到Ｎ８０，运行工况点则从Ａ点移到Ｃ点，扬程从Ｈ０下降到Ｈ２。

根据离心泵的特性曲线公式：
Ｐ＝ＱＨｒ／１０２η１
式中：Ｐ——水泵使用工况轴功率（ｋＷ
Ｑ——使用工况点的水压或流量（ｍ３／ｓ；
Ｈ——使用工况点的扬程（ｍ）；
ｒ——输出介质单位体积重量（ｋｇ／ｍ３；
η——使用工况点的泵效率（％）。

可求出运行在Ｂ点泵的轴功率和Ｃ点泵的轴功率分别为：
ＰＢ＝Ｑ１Ｈ１ｒ／１０２η２
ＰＣ＝Ｑ１Ｈ２ｒ／１０２η３
两者之差为：
Δρ＝ＰＢ－ＰＣ＝Ｑ１Ｈ１－Ｈ２ｒ／１０２η４
也就是说，用阀门控制流量时，有ΔＰ功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。

而用转速控制时，根据流量Ｑ、扬程Ｈ、功率Ｐ和转速Ｎ之间的关系，有：
由（５）式可知，流量Ｑ与转速Ｎ的一次方成正比；扬程Ｈ与转速Ｎ的平方成正比；轴功率Ｐ与转速Ｎ的立方成正比，即功率与转速成３次方的关系下降。

如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，从而获得图１中ＢＣ区域大小的节能效果，这就是水泵调速节能原理。

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：Ｎ＝６０ｆ１－ｓ／ｐ６
式中：ｆ——水泵电机的电源频率（Ｈｚ）；
ｐ——电机的极对数；
由（６）式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，就可以平滑地改变电动机的同步转速。

电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。

这就是水泵变频调速的节能作用。