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摘要：

由于許多風機、水泵的拖動電機處于恒速運轉狀態，而生產中的風、水流量要求處于變工況運行；許多企業在進行系統設計時，容量選擇得較大，系統匹配不合理，往往是“大馬拉小車”，造成了能源浪費。因此，做好風機、水泵的節能工作，對國民經濟的發展具有重要意義。

關鍵詞：

變頻器；水泵；節能；供水系統

隨著我國工業生產的迅速發展，電力工業雖然有了長足進步，但能源的浪費卻是相當驚人的。據有關資料顯示，我國風機、水泵、空氣壓縮機總量約4200萬臺，裝機容量約4.0×108kW，但系統實際運行效率僅為30%～40%，其損耗電能占總發電量的38%以上。

1變頻器

變頻器是通過電力半導體器件的通斷將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。目前使用的變頻器主要采用交-直-交方式（VVF變頻或矢量控制變頻），先將工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再將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、逆變、中間直流環節和控制4個部分組成，其中，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。

2水泵變頻調速的節能原理

圖1所示為閥門調節功耗曲線。當水泵用閥門控制，且流量要求從Q1降到Q2時，必須關小閥門。這時，閥門的摩擦阻力變大，管路曲線從R移到R’，揚程則從Ha上升至Hb，運行工況點從a點移到b點。也就是說，用閥門控制流量時，損耗功率為ΔN，且隨著閥門不斷關小，損耗功率增加。而用轉速控制時，流量Q與轉速n成正比，揚程H與轉速n的平方成正比，軸功率P與轉速n的立方成正比。如果不采用關小閥門的方法，而是將電機的轉速減慢，那么在轉運同樣流量的情況下，原來消耗在閥門上的功率就可以完全避免。這樣，就可以取得良好的節能效果。以上是水泵的調速節能原理。

3水泵變頻調速的設計

目前，我國在水泵控制系統中應用了變頻調速技術，且大部分是在開環狀態下運用，即人為地根據工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，以達到調速目的。水泵控制系統主要由四部分組成：控制對象、變頻調速器、壓力測量變送器和調節器。

3.1系統的控制過程用壓力測量變送器測出水管出口的壓力，并轉換成與之相對應的4～20mA標準電信號，送到調節器與工藝所需的控制指標進行比較，得出偏差。偏差值由調節器按預先規定的調節規律進行運算得出調節信號。該信號直接被送到變頻調速器，從而使變頻器將輸入為380V/50Hz的交流電變成輸出為0～380V/0～400Hz連續可調電壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機。

3.2供水系統的設計在設計供水系統時，要按照現場最大供水量來考慮。供水水泵的運行工況也一樣，即按單機的最大供水量來考慮。在實際運行中，有很多水泵需要根據實際工況調節。傳統的做法是采用開停泵和開關閥門的方式調節。由于開停泵會有啟動沖擊電流產生，而開關閥門會增大系統的節流損失，且對系統本身的調節也是階段性的，調節速度緩慢，減少損失的能力很有限，從而使整個系統處于波動狀態，對供水系統超壓爆管此類故障幾乎無能為力。通過給供水系統加裝變頻調速裝置，可有效解決上述問題，實現自動調節控制，使系統工作狀態平緩、穩定，并可通過變頻節能收回投資。

4水泵變頻調速應用中需注意的問題

水泵變頻調速中的常見問題是減速問題。當采用變頻調速時，原來按工頻狀態設計的泵與電機的運行參數均發生了較大的變化，對調速范圍產生了一定的影響。另外，管路特性曲線、與調速泵并列運行的定速泵等也會對調速范圍產生一定的影響。由于超范圍調速難以實現節能的目的，因此，變頻調速不可能無限制調速。一般情況下，變頻調速不宜低于額定轉速的50%，最好處于75%～100%之間，具體需結合實際計算確定。

4.1水泵工藝特點對調速范圍的影響從理論上來講，水泵調速高效區為通過工頻高效區左右端點的兩條相似工況拋物線的中間區域，而實際上，當水泵轉速過慢時，泵的運行效率急劇下降。受此影響，水泵調速高效區萎縮，如果運行工況點已超出該區域，則不宜采用調速方式實現節能目標。

4.2定速泵對調速范圍的影響在實踐中，供水系統往往是多臺水泵并聯供水。由于投資費用較高，不可能對所有水泵調速，因此一般采用調速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統中，應注意確保調速泵與定速泵均在高效段運行，實現系統最優化。通常，定速泵會對與之并列運行的調速泵的調速范圍產生較大的影響，具體分以下兩種情況：①同型號水泵一調一定并列運行時，雖然調度靈活，但由于無法兼顧調速泵與定速泵的高效工作段，因此，此種情況下的調速運行范圍是很小的。②不同型號水泵一調一定并列運行時，如果能達到調速泵在額定轉速時高效段右端點揚程與定速泵高效段左端點揚程相等，則可實現最大范圍的調速運行。此時，決不允許調速泵與定速泵互換后并列運行。

4.3電機效率對調速范圍的影響在工況相似的情況下，一般有N∝n3，因此，隨著轉速的下降，軸功率會急劇下降。但如果電機的輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工頻，都會使電機效率迅速下降，最終影響到整個水泵機組的效率。此外，自冷電機連續低速運轉時，也會因風量不足影響散熱，進而對電機的安全運行造成威脅。

5結束語

變頻調速在水泵節能中的應用是有條件的，不能簡單地將其應用于所有的供水系統。流量不穩定、變化頻繁且幅度較大，管路損失占總揚程比例較大的供水系統適合運用變頻調速，而流量較穩定、工況點單一以及靜揚程占總揚程比例較大的供水系統則不適用。因此，在實際中，要結合具體情況，合理采取相應的節能方式。

參考文獻

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［4］谷晉龍.水泵調定混合給水系統運行工況分析［J］.給水排水，1997，23（12）.

作者：董祖泉 單位：中山市稔益供水有限公司