水泵变频节能技术应用

水泵变频节能技术应用（共11篇）

水泵变频节能技术应用 篇1

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。据有关资料显示, 我国风机、水泵、空气压缩机总量约4 200 万台, 装机容量约4.0×108k W, 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。

1 变频器

变频器是通过电力半导体器件的通断将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。目前使用的变频器主要采用交-直-交方式 (VVF变频或矢量控制变频) , 先将工频交流电源通过整流器转换成直流电源, 然后再将直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源, 以供给电动机。变频器的电路一般由整流、逆变、中间直流环节和控制4 个部分组成, 其中, 整流部分为三相桥式不可控整流器;逆变部分为IGBT三相桥式逆变器, 且输出为PWM波形;中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

2 水泵变频调速的节能原理

图1 所示为阀门调节功耗曲线。当水泵用阀门控制, 且流量要求从Q1降到Q2时, 必须关小阀门。这时, 阀门的摩擦阻力变大, 管路曲线从R移到R’, 扬程则从Ha上升至Hb, 运行工况点从a点移到b点。

图2 所示为变速调节功耗曲线。当水泵采用调速控制方式, 且流量要求从Q1降到Q2时, 由于阻力曲线R不变, 因此, 泵的特性取决于转速。如果将转速从n降到n’、性能曲线由 (Q-H) 变为 (Q-H) ’, 运行工况点则从a点移到c点, 扬程从Ha下降到Hc.

离心泵的特性曲线公式为:

式 (1) 中:N为水泵使用工况轴功率, k W;R为输出介质单位体积质量, kg/m3;Q为使用工况点的流量, m3/s;H为使用工况点的扬程, m;η 为使用工况点的泵效率, %.

根据式 (1) 可求出运行在b点的泵的轴功率和c点的泵的轴功率分别为:

两者之差为:

也就是说, 用阀门控制流量时, 损耗功率为ΔN, 且随着阀门不断关小, 损耗功率增加。而用转速控制时, 流量Q与转速n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。如果不采用关小阀门的方法, 而是将电机的转速减慢, 那么在转运同样流量的情况下, 原来消耗在阀门上的功率就可以完全避免。这样, 就可以取得良好的节能效果。以上是水泵的调速节能原理。

3 水泵变频调速的设计

目前, 我国在水泵控制系统中应用了变频调速技术, 且大部分是在开环状态下运用, 即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值, 以达到调速目的。水泵控制系统主要由四部分组成:控制对象、变频调速器、压力测量变送器和调节器。

3.1 系统的控制过程

用压力测量变送器测出水管出口的压力, 并转换成与之相对应的4~20 m A标准电信号, 送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较, 得出偏差。偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号。该信号直接被送到变频调速器, 从而使变频器将输入为380 V/50 Hz的交流电变成输出为0~380 V/0~400 Hz连续可调电压与频率的交流电, 直接供给水泵电机。

3.2 供水系统的设计

在设计供水系统时, 要按照现场最大供水量来考虑。供水水泵的运行工况也一样, 即按单机的最大供水量来考虑。在实际运行中, 有很多水泵需要根据实际工况调节。传统的做法是采用开停泵和开关阀门的方式调节。由于开停泵会有启动冲击电流产生, 而开关阀门会增大系统的节流损失, 且对系统本身的调节也是阶段性的, 调节速度缓慢, 减少损失的能力很有限, 从而使整个系统处于波动状态, 对供水系统超压爆管此类故障几乎无能为力。通过给供水系统加装变频调速装置, 可有效解决上述问题, 实现自动调节控制, 使系统工作状态平缓、稳定, 并可通过变频节能收回投资。

4 水泵变频调速应用中需注意的问题

水泵变频调速中的常见问题是减速问题。当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 对调速范围产生了一定的影响。另外, 管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等也会对调速范围产生一定的影响。由于超范围调速难以实现节能的目的, 因此, 变频调速不可能无限制调速。一般情况下, 变频调速不宜低于额定转速的50%, 最好处于75%~100%之间, 具体需结合实际计算确定。

4.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

从理论上来讲, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域, 而实际上, 当水泵转速过慢时, 泵的运行效率急剧下降。受此影响, 水泵调速高效区萎缩, 如果运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速方式实现节能目标。

4.2 定速泵对调速范围的影响

在实践中, 供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资费用较高, 不可能对所有水泵调速, 因此一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵均在高效段运行, 实现系统最优化。通常, 定速泵会对与之并列运行的调速泵的调速范围产生较大的影响, 具体分以下两种情况: (1) 同型号水泵一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下的调速运行范围是很小的。 (2) 不同型号水泵一调一定并列运行时, 如果能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等, 则可实现最大范围的调速运行。此时, 决不允许调速泵与定速泵互换后并列运行。

4.3 电机效率对调速范围的影响

在工况相似的情况下, 一般有N∝n3, 因此, 随着转速的下降, 轴功率会急剧下降。但如果电机的输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频, 都会使电机效率迅速下降, 最终影响到整个水泵机组的效率。此外, 自冷电机连续低速运转时, 也会因风量不足影响散热, 进而对电机的安全运行造成威胁。

5 结束语

变频调速在水泵节能中的应用是有条件的, 不能简单地将其应用于所有的供水系统。流量不稳定、变化频繁且幅度较大, 管路损失占总扬程比例较大的供水系统适合运用变频调速, 而流量较稳定、工况点单一以及静扬程占总扬程比例较大的供水系统则不适用。因此, 在实际中, 要结合具体情况, 合理采取相应的节能方式。

摘要：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;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”, 造成了能源浪费。因此, 做好风机、水泵的节能工作, 对国民经济的发展具有重要意义。

关键词：变频器,水泵,节能,供水系统

参考文献

[1]符锡理.变频调速泵供水原理及实践[J].变频器世界, 1999 (10) .

[2]符锡理.多泵并联变频调速恒压变量供水水泵的配置与控制[J].给水排水技术与产品信息, 2000 (3) .

[3]原魁.变频基础及应用[M].第二版.北京:冶金工业出版社, 2005.

[4]谷晋龙.水泵调定混合给水系统运行工况分析[J].给水排水, 1997, 23 (12) .

水泵变频节能技术应用 篇2

1 变频调速与水泵节能

水泵节能离不开工况点的合理调节。其调节方式不外乎以下两种：管路特性曲线的调节，如关阀调节;水泵特性曲线的调节，如水泵调速、叶轮切削等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多[1]。因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。但同时应该引起注意的是，影响变频调速节能效果的因素很多，如果盲目选用，很可能事与愿违。

2 影响变频调速范围的因素

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额定转速50%，最好处于75%～100%，并应结合实际经计算确定。

2.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域OA1A2。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩为PA1A2[2](显然，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。)图中H0B为管路特性曲线，则CB段成为调速运行的高效区间。为简化计算，认为C点位于曲线OA1上，因此，C点和A1点的效率在理论上是相等的。C点就成为最小转速时水泵性能曲线高效区的左端点。

此，最小转速可这样求得：

由于C点和A1点工况相似，根据比例律有：

(QC/Q1)2=HC/H1

C点在曲线H=H0 S・Q2上有：

HC=H0 S・QC2

其中，HC、QC为未知数，解方程得：

HC=H1×H0/(H1-S・Q12)

QC=Q1×[H0/(H1-S・Q12)]1/2

根据比例律有：

nmin=n0×[H0/(H1-S・Q12)]1/2

2.2 定速泵对调速范围的影响

实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响[2]。主要分以下两种情况：

2.2.1 同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。

2.2.2 不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

2.3 电机效率对调速范围的影响

在工况相似的情况下，一般有N∝n3，因此随着转速的下降，轴功率会急剧下降，但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终都影响到整个水泵机组的效率。而且自冷电机连续低速运转时，也会因风量不足影响散热，威胁电机安全运行。

3 管路特性曲线对调速节能效果的影响

虽然改变水泵性能曲线是水泵节能的主要方式，但是在不同的管路特性曲线中，调速节能效果的差别却是十分明显的。为了直观起见，这里采用图2说明。在设计工况相同的3个供水系统里(即最大设计工况点均为A点，均需把流量调为QB)，水泵型号相同，但管路特性曲线却不相同，分别为：

①H=H1 S1・Q2(H0=H1)

②H=H2 S2・Q2(H0=H2，H1>H2)

③H=S3・Q2(H0=H3=0)

很显然，若采用关阀调节，则3个系统满足流量QB的工况点均为B点，对应的轴功率为NB;若采用调速运行，则3个系统满足流量QB的工况点分别为 C，D，E点，其对应的运行转速分别为n1，n2，n3，相应的轴功率分别为NC，ND，NE，

由于N∝Q・H，所以各点轴功率满足 NB>NC>ND>NE。

可见，在管路特性曲线为H=H0+S・Q2的系统中采用调速节能时，H0越小，节能效果越好。反之，当H0大到一定程度时，受电机效率下降和调速系统本身效率的影响，采用变频调速可能不节能甚至反而增加能源浪费。

4 两种调速供水方式节能效果比较

在供水系统中，变频调速一般采用以下2种供水方式：变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水。其中，前者应用得更广泛，而后者技术上更为合理，虽然实施难度更大，但代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。

4.1 变频恒压(变流量)供水

所谓恒压供水方式，就是针对离心泵“流量大时扬程低，流量小时扬程高”的特性，通过自控变频系统，无论流量如何变化，都使水泵运行扬程保持不变，即等于设计扬程。若采用关阀调节，当流量由Q2→Q1时，则工况点由A1变为A2，浪费扬程△H=H1- H3=△H1+△H2。若采用变频恒压供水，则自动将转速调至n1，工况点处于B1点(参见图3)。由于变频调速是无级变速，可以实现流量的连续调节，所以，恒压供水工况点始终处于直线H=H2上，在控制方式上，只需在水泵出口设定一个压力控制值，比较简单易行。显然，恒压供水节约了△H1，而没有考虑 △H2。因此，它不是最经济的供水调节方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲线陡曲的情况下，△H2所占的比重更大，其局限性就显而易见。

4.2 变频变压(交流量)供水

变压供水方式控制原理和恒压供水相同，只是压力设置不同。它使水泵扬程不确定，而是沿管路特性曲线移动(参见图3)。当流量由Q2→Q1时，自动将转速调至n2，工况点处于B2点。此时水泵轴功率n2小于恒压供水水泵轴功率N1。变压供水理论上避免了流量减少时扬程的浪费，显然优于恒压供水。

但变压供水本质上也是一种恒压，不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定，它一般有2种形式：

4.2.1 由流量Q确定水泵扬程

流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器，控制器根据H=H0+S・Q2确定水泵扬程H，通过调速使H沿设计管路特性曲线移动。

但在生产实践中情况比较复杂。对于单条管路输水系统，是可以得到与之对应的一条管路特性曲线的。而在市政供水管网中，则很难得到一条确定的管路特性曲线。在实践中，只能根据管网实际运行情况，通过尽时能接近实际的假设，计算出近似的管路特性曲线。

4.2.2 由最不利点压力Hm确定水泵扬程

即需在管网最不利点设置压力远传设备，并向控制室传回信号，控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远，远传信号显得不太方便，而且，在市政供水系统中，由于管网的调整，用水状况的变化等随机因素的影响，都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差，给变压供水的实施带来困难。

5 结论

①变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术，但却具有较为严格的适用条件，不可能简单地应用于任何供水系统，具体采取何种节能措施，应结合实际情况区别对待

②变频调速适用于流量不稳定，变化频繁且幅度较大，经常流量明显偏小以及管路损失占总扬程比例较大的供水系统。

③变频调速个适用于流量较稳定，工况点单一以及静扬程占总扬程比例较大的供水系统。

④变频变压供水优于变频恒压供水。

参考文献：

[1]王锡仲，蒋志坚，高景峰.变频优化调压节能供水装置的研制[J].给水排水，，24(10)：64～67.

水泵变频节能技术应用 篇3

【关键词】数据中心；空调系统；水泵变频；节能减排

前言

据工业和信息化部于2014年发布的《关于2011年以来我国数据中心规划建设情况的通报》：255个在规划建设的IDC的设计PUE平均为1.73，同时，据行业估计，美国的IDC行业耗费了其国内发电量的2%，中国的IDC行业耗费了本国发电量的1.5%，是典型的“电老虎”。因此，革新IDC设计模式、降低IDC能耗和运营成本，已经成为数据中心行业相当现实和迫切的课题，同时也是一个影响国家产业转型升级、实现国家可持续发展的关键课题。

中央空调系统作为数据中心的专用制冷设备，承担着调节机房环境温湿度，保障IT设备稳定运行的重任，同时也是主力耗电设备之一（约占总体能耗的30%-40%）。因此，开展中央空调节能改造，即确保机房供冷正常，又可减少能耗、压缩电费成本，创造双赢的局面。

一、中央空调水泵变频节能理论分析

由于空调系统设计多以夏季最大冷负荷设计且留有余量，数据中心IT负荷也存在业务逐步增加、波峰波谷等影响热负荷大小的因素，这造成不同时期、不同发展进程中，实际热负荷与空调系统输出冷量之间存在差值，在空调传统配置状态下形成电能浪费[1]。因此，中央空调系统均有一定的节能空间。

目前数据中心空调主机和末端精密空调大部分采用智能化设备，能实时根据负荷情况调整冷量输出，一定程度上实现节能控制，但水循环系统（水泵）按初期额定流量、压力配置下，当实际负荷低于设计预期时，绝大部分时间运行在低温差、大流量情况下，造成空调主机和水泵能耗的浪费。通过调节冷冻水泵的频率（转速），节约低负载时水系统的输送能量，可达到理想的节能效果。

水循环系统中重要的耗电设备为水泵，改变水系统的输送能量亦主要靠调节水泵的转速，由于水泵类负载的转速与转子的频率成正比[2]，因此对水泵系统进行变频控制即可达到节能效果，分析如下。

交流异步电动机的转速公式为：，其中n为转速，f为频率，s为转差率，p为极对数。水泵属于平方转矩负载，即转矩T与转速n的平方成正比，即，而电机轴的输出功率，由此可见，当电机的转速稍有下降时，电机功率损耗就会大幅度地下降，耗电量也就大为减少。

二、中央空调水泵变频改造设计思路

考虑到投资成本和实际运用效果，本次对南方某数据中心中央空调的冷冻水泵进行变频改造（图1、2、3），利用温度传感器、数模转换模块、控制模块、变频器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，根据冷冻水的供回水温差、压力，以温控为主、压力流量为辅，利用变频技术在线调整水泵电机的转速，在满足机房制冷的需求下使冷冻水泵做出相应调节，以达到节能目的。

方案设计关键点如下：

1）综合考虑在不同空调冷负荷情况下空调主机和变（工）频冷冻水泵开启情况，控制策略应使冷冻水水泵具备自动和人工两种模式下启动、轮换和停止功能，确保空调系统供冷充足、节能高效。

2）本次使用变频节能装置的最低频率应满足每栋机楼最远端机房空调（或供水最不利端）扬程及流量要求，因此需有效地布放温度和压力传感器，制定控制策略以及设置相关阀值，确保整栋机楼供冷正常。

3）每台变频器控制的装置可以人工或自动选择在工频模式和变频模式下运行，即在变频模式故障时可自动转为工频运行。

4）变频器控制系统并联在现有启动控制系统上，两者间有电气连锁及机械连锁，当变频器启动某一台水泵工作的同时，相应的旧启动主电路将被切断，禁止其启动工作，反之亦然。

三、中央空调水泵变频改造效益分析

此数据中心空调系统配置中央空调主机4台（1300RT*3+800RT*1），冷冻水泵6台（75kw*4+55kw*2），实际运行1300RT主机1台、冷冻水泵1台，系统冗余量较大。变频改造前后节电情况如表1所示，测试时间为2015年4月2日。

根据本期变频改造完成后的实测数据，在当前机楼负荷下变频水泵较原水泵功耗下降约53%，并且机房末端供冷不受影响，节能效果理想。按全年将一半时间2台冷冻水泵变频运行，一半时间3台冷冻水泵变频运行，以每台冷冻水泵运行时平均频率可降至45Hz计算，本次变频改造每年节约电费约为35万元，预计一年收回投资成本，效益可观。

四、结束语

本次数据中心中央空调水泵变频改造在不影响空调系统正常供冷的前提下，通过对冷冻水泵进行有效控制，实现水泵的变频节能、高效运行。

参考文献

[1]陈建东.中央空调系统水泵变频节能技术的应用分析[J].制冷技术，2006，4：12-14.

[2]黄建恩.空调系统冷冻水循环水泵变频运行的节能机理[J].节能技术，2005，3（2）：139-142.

作者简介

高压变频器在循环水泵中节能应用 篇4

一、利用原循环水泵电气回路中加装高压变频器,应用高压变频器前后主回路接线图如下:

2、使用高压变频器后主回路接线图

二、应用效果

1、改善了工艺。

投入变频器后给水泵可以非常平滑稳定地调节转速,调整水量,运行人员可以自如地调控,节省资源,提高了生产效率。

2、延长电机和水泵的使用寿命。

启动电流大(约6～8倍额定电流),对电机和水泵的机械冲击力很大,严重影响设备使用寿命。采用变频调速后,便可以实现电机软起动和软制动,大大延长机械的使用寿命。

3、减少了调节阀门机械和水泵的磨损。

安装变频调速后,延长电机,水泵等的大修周期,节省了检修费用和时间,带来很大的经济效益。

4、

给水控制系统自动化程度提高,优化了控制系统。

三、经济效益

三台1250KW的高压异步电动机,改造前电流为140A左右,功率因数为0.85,改造后电流降低到90A左右,功率因数为0.97。

1、使用高压变频器前10月18日耗电情况如下:工艺状况为开两台1250KW,一台1120KW水泵,都是工频运行

10月18日循环水Ⅲ总耗电为81728千瓦时

2、使用高压变频器后12月16日耗电情况如下工艺状况为开三台1250KW水泵,变频运行

12月16日循环水Ⅲ日总耗电为48960千瓦时

改造后12月16日电能日消耗比改造前10月18日减少81728—48960=32768千瓦时

按照每度电0.4元计算,每日可为我厂节约电费

每月可为我厂节约电费393216元

四、结语

水泵变频节能技术应用 篇5

【关键词】变频器；电机；调速；节能；保护

1.变频技术在绞车的应用

大多数矿井绞车轨道坡度变化较大，由于电机转速一定，在坡度较缓时，负荷减轻，电机拖动产生的能量无法被负载吸引，势必会寻找能量消耗渠道，导致电机进入再生发电状态，将多余的能量反馈到电网，引起主回路母线电压的升降，这样会对整个电网产生冲击，导致电网供电质量下降，功率因数降低，频繁的高压冲击会损坏电机，对电机没有可靠的保护功能，一旦电机损坏，造成生产效率降低、维护量加大，极不利于绞车的节能降耗，给企业造成较大的经济损失。另一方面，煤矿开采的特殊地质环境决定了绞车运行特点，在开采前期，轨道质量较好，绞车可采用工频运行，保证正常提升；在后期，由于地质作用，轨道质量变差，绞车运行环境恶化，电机若仍工频运行，势必造成不必要的损耗，这时须考虑实际工作情况，适当调节电机转速。

为了解决上述问题，可将变频技术引入到绞车控制中去。根据电机理论可知，其转速公式为：

n=60f（1-s）/p

式中p—电动机的极对数；

s—转差率；

f—供电电源频率；

n—电动机的实际转速。

从式可以看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，从而可以连续地改变绞车的速度。根据电动机工作电流的大小确定电动机的工作频率，这样可以根据负载的变化，方便的调节电机的输出功率，达到节能和提高电网功率因数的目的。同时变频调速器具有低速软启动，转速可以平滑的大范围调节，对电动机保护功能齐全，如短路、过载、过压、欠压及失速等，可有效地保护电机及机械设备，保证设备在安全的电压下工作，具有运行乎稳、可靠、提高功率因数等诸多优点，是绞车改造的理想方案。

2.绞车的变频器改造原则

（1）以提高电网质量，减小对电网影响为目标的变频改造。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为了避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小绞车工作过程对电网的影响。

（2）以节能为目标的变频改造。绞车为了克服大的起动转矩，采用的电动机远远大于实际所需功率，工作时电动机的利用率一般在20%-30%之间，最高不会超过50%，电动机常常处于轻载状态，造成了电动机资源的浪费。为了节能，提高电动机的工作效率，需进行变频改造。

（3）以提高电网质量和节能为目标的变频改造。这种情况综合了上面两种改造的优点，是应用中的一个重要发展方向。

在实际的应用过程中却出现了许多问题，这些问题主要集中在绞车电机的发电状态产生的能量的处理上。对于第一种情况，采用普通变频器加能耗制动单元可比较方便的实现，这是以多耗电能为代价的，这主要是因为发电能量不能回馈电网造成的。在未采用变频器时，电动机处于电动状态，电动机从电网吸收电能（电表正转）；电动机处于发电状态时，电动机释放能量（电表反转），电能直接回馈电网，并没有在本地设备上耗费掉。综合表现为绞车的供电系统的功率因数较低，对电网质量影响较大。但是在使用普通变频器时，情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流，能量不可反方向流动。上述这部分电能没有流回电网的通路，必须用电阻来就地消耗，这就是必须使用能耗制动单元的原因。对于第二种情况和第三种情况，必须妥善的处理电动机发电状态产生的电能，必须将其反馈到电网，否则造成变频运行时反而耗能。为了解决这个问题，有必要对普通变频器进行改造，在结构上引入双PWM结构的变频器，保证发电状态产生的电能回馈电网；在控制方法引入自适应控制以适应绞车多变的工作环境。

3.变频技术在水泵控制中的应用

3.1变频技术应用于水泵控制

矿井中应用较多的另一种设备是多级离心泵。电能输送给水泵电机后，电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把井下的水举排到地面。由于水泵是在井底工作，工作环境非常恶劣，传统的供电方式—全压、工频使它故障频繁，运行成本大增。一方面，水泵在工频启动时，启动电流大，电机电缆的压降较大，使得电机电缆在启动过程中的反压较高，使绝缘性能降低，每次开机都会使水泵寿命降低，大大影响了水泵的使用寿命。另一方面，水泵在正常工作时，普遍存在着电机负载率较低的情况，水泵的功率因数较低，耗电量多，“大马拉小车”现象严重。泵、电机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行，管网效率低，电能损失高达50%以上。正是从恒压排水和节能的两个方面考虑，在排水系统中引入变频控制。

通过流体力学的基本定律可知：泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率户具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过上述分析可以知道，通过改变电动机转速可方便地改变水的流量，保证水压恒定；通过改变电动机转速，在降低水流量的同时，可有效降低系统的电能损耗。

3.2变频改造的排水系统具有的优点

（1）实现了电机软起动、自由停车。电机均通过变频器或软起动从0-50Hz作缓慢加速起动，可减少机泵因突然高速起动所带来的影响，减少了直接起动时起动电流对电网的冲击。

（2）提高了功率因数，改善了电机电源质量，电机的功率与实际负荷相匹配，系统达到节能运行的目的。

（3）消除了泵的喘振现象，使泵运行处于最佳工况状态。

（4）实现了压力自动控制，被调节量得到更平稳的调节，增强了系统的稳定性和可靠性。

目前变频调速技术应用在排水系统中，对水泵电机转速进行调节，达到稳压、稳流排水。同时软起软停的功能代替了减压启动，使电机起停平稳，减少了对电网和机械设备的冲击，不会造成管网压力、流量、流速的剧烈变化，不需要阀门截流，因此对防止汽蚀、水击、喘振极为有利，可以延长管网、泵、阀门的维修周期和使用寿命。

4.结束语

水泵变频节能技术应用 篇6

水厂机泵的选型, 一般是按城市最高日, 最大时的需水量来确定的, 但管网供水显然不是恒定流量, 因此在部分时段里机泵都处于低负荷运行。水泵的特性曲线方程为:H=HX-SXQ2而管道的特性曲线方程为:H=HST+∑SQ2

式中H-水泵的实际扬程

Q-水泵的实际出水量

HX-水泵在Q=0时所产生的虚总扬程

SX-泵体内虚阻耗系数

HST-水泵静扬程

S-代表长度及直径已定的管道的沿程与局部阻力之和的系数

水泵装置的工况点是指水泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相等的那个点, 也即为水泵特性曲线与管道特性曲线的交点。当曲线改变时, 工况点就会转移。二级泵站传统的运行方式是进行台数的切换或阀门调节, 水泵恒速运行。

根据离心泵的特性曲线公式:

式中:N-水泵使用工况轴功率 (kw) ;Q-使用工况点的流量 (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:

两者之差为:ΔN=Nc-Nb=R×Q2× (Hb-Hc) /102η

也就是说, 用阀门控制流量时, 有ΔN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。在水厂二级泵房水泵机组实际运行中我们常见的就是通过调节阀门的开启度来调节流量, 即通过增大管网的阻力来平衡水泵的工况 (使管道特性曲线变陡) 。因为管网的用水量是每时每刻都在变化的, 而二级泵站的分级也是有限的, 靠水泵台数的切换是不现实的, 所以常采用阀门节流措施。虽然使用阀门节流, 水泵的轴功率会随着流量的减少而减少, 且操作方便易行, 但从经济上看, 节流调节很明显是用消耗水泵的多余能量来维持一定的供水量;

而用转速控制时, 由于流量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n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, 那么在运转同样流量的情况下, 原来消耗在阀门的功率就可以全避免, 取得良好的节能效果, 这就是水泵调速节能原理。

2 变频调速的基本原理

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=60f (1-s) /p公式 (1)

式中:f-水泵电机的电源频率 (Hz) ;p--电机的极对数;

P=T*n/9550公式 (2)

式中:P-水泵电机的轴功率 (Hz) ;T-电机的电磁转矩;n-电机的转。

由上公式 (1) 和 (2) 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。

3 水泵变速调节中不同运行方式的节能分析

目前, 随着科学技术的发展, 变速调节运行正成为发展的趋势 (其中, 变频调速是其主要方式) 。变速调节主要有二种运行方式: (1) 恒压变流量运行方式 (2) 变压变流量运行方式。下面, 我们从能量消耗的角度上来分析恒压变流量运行方式和变压变流量运行方式。

3.1 恒压变流量运行

恒压运行时的特性曲线如图3所示, 当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时, 压力保持不变 (恒为H0) , 由于水泵采用变频调速, 即有原来的满转速n变为n1, 理论上此时水泵需要消耗功率为Q2*H0, 虽然小于恒速运行时的消耗功率Q2*H1, 但仍大于管网此时需要的消耗功率Q2*H2。同恒速运行时一样, 多消耗的功 (Q2*H0-Q2*H2) 仍然是无效地消耗于管网之中。但从效率特性曲线图可知, 采用变速运行水泵的效率提高了 (由ηA提高到ηB, C点为D点的等效点) ;且这种运行方式供水品质优良, 可在任何情况下同时满足全网各用户对供水的流量与扬程的不同要求。

3.2 变压变流量运行

从图4特性曲线可知, 当管网中的流量从设计流量Q1降为Q2时, 由于水泵采用变速运行, 使转速从n调为n2, 并使水泵的出水压力刚好等于H2, 此时理论上水泵的输出功率为Q2*H2, 而此时管网需要消耗功率也为Q2*H2, 两者刚好相等, 水泵也达到其平衡工况点, 因此这种运行方式是最节能的。同恒压运行一样, 水泵的效率也提高了 (由ηA提高为ηB) 。

3.3 分析比较

从以上特性曲线图可知, 变速运行相对恒速运行来说, 是通过以下两个途径节能的:第一是提高了水泵的效率;第二是降低用阀门节流引起的压力损失。通常变速运行比恒速运行多节能12%左右。变速运行中, 虽然变压比恒压方式节能, 但并不能说变压就一定比恒压好, 而应根据实际情况具体分析。恒压运行无须知道流量, 只要有一个压力传感器就行;而变压运行是根据流量变化从而使压力作出相应的变化, 它必须知道用水量, 也就是说, 变压运行必须要有流量计, 因此, 变压运行的造价比恒压运行要高。

在水泵采用变速调节方式时, 采用恒压运行方式较安全及经济。在室内外供水系统中大多为此类情况;而在自来水厂中, 配水管网一般阻力都较大, 即管道特性曲线较陡, 应采用变压运行方式才能最大限度的节能。当然, 先进的调速设备价格较为昂贵, 一次投资较大, 因此不能盲目地认为变速调节就一定能节能, 当管网中有水塔和水池且其调节容积足够大时, 就没有必要采用变速调节了。

4 水泵变频调速控制系统的基本设计

目前, 国内在水泵控制系统中使用变频调速技术, 大部分是在开环状态下, 即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值, 以达到调速目的。系统主要由四部分组成: (1) 控制对象 (2) 变频调速器 (3) 压力测量变送器 (PT) (4) 调节器 (PID) 。系统的控制过程为:由压力测量变送器将水管出口压力测出, 并转换成与之相对应的4~20mA标准电信号, 送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较, 得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号, 该信号直接送到变频调速器, 从而使变频器将输入为380V/50Hz的交流电变成输出为0~380V/0~400Hz连续可调电压与频率的交流电, 直接供给水泵电机。

5 水泵变频调速应用的注意事项

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素, 都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此, 变频调速不可能无限制调速。一般认为, 变频调速不宜低于额定转速50%, 最好处于75%~100%, 并应结合实际经计算确定。

5.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上, 当水泵转速过小时, 泵的效率将急剧下降, 受此影响, 水泵调速高效区萎缩, 若运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速来节能了。

5.2 定速泵对调速范围的影响

实践中, 供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵, 不可能将所有水泵全部调速, 所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行, 并实现系统最优。此时, 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况:

5.2.1同型号水泵一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下调速运行的范围是很小的。

5.2.2不同型号水泵一调一定并列运行时, 若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

结束语

变频调速技术用于供水企业二级泵房水泵的控制系统, 具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源, 认真落实科学发展观的今天, 在供水企业二级泵房中使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技装置, 对于提高劳动生产率、降低生产能耗, 节约成本具有重大的现实意义。

摘要：在供水行业生产成本中, 电耗所占的比重最大, 因此要想减少自来水生产成本, 降低电耗是关键。本文介绍了水泵变频调速控制系统的节能原理、基本工作原理, 对二级泵站的水泵的几种流量调节方式 (阀门调节, 变速恒压调节, 变速变压调节) 从能量消耗的角度上进行了分析, 并指出了各调节方式的适用场合, 同时对二级泵站中水泵的变频调速系统控制过程进行了分析, 并且针对实际应用中应注意的问题进行了归纳总结。

关键词：变频水泵,二级泵站,节能,调速技术

参考文献

水泵变频节能技术应用 篇7

1 水泵电机变频调速节能控制优势

要想水泵电机取得优越的节能效果以及提高水泵电机的综合使用寿命都需要对水泵电机采取变频调速节能的技术改造。采用变频调速可以精确的对速度进行准确的调节, 实现在所有范围内的动态调节;而采用变频调速可以使水雷电机在系统工作的效率大大增加, 可以达到高达95%以上的电能转换, 保证电机的安全运行。另一方面, 采用变频调速控制后电机的转速降低, 运行的噪音也会递减, 因此大大延长了电机的综合使用寿命, 节能的效果也会更加明显, 与常规继电器相比, 节电率高达40%以上。

2 水泵的变频调速的节能方法与原理

根据流体力学可以得知, H (压力) ×Q (流量) =P (功率) ;其中, 转速N2与压力H成正比;转速N和流量Q成正比;转速N3和功率P成正比;因此, 当压力是定值时, 流量下降, 功率也会随着下降, 转速也会下降;因此, 功率和转速成三次方比例的关系。也就是说:随着不断的将阀门关小, 这一损耗还会相应的增大。当采用转速进行控制的时候, 因为转速N2和扬程H是正比关系, 转速N和流量Q也成正比例关系;转速N3和功率成正比例关系, 也就是转速N和功率成三次方关系下降。若并非采用将阀门关小的方法, 而采用降下电机的转速;则在转运等量的流量这一情况之下, 原本在阀门所消耗的功率则能够全部避免;并能获取很好的节能效果;这则是水泵的调速节能的原理。

有很多种方法可以对水泵进行调速, 这些方法主要可以分为两大类。第一类, 直接将电机转速改变;例如, 变频调速和可控硅地串级调速等;第二类, 电机地转速不变, 经过附加的装置把水泵转速改变, 例如, 变速箱地调速, 电磁离合器地调速, 以及液力耦合器地调速等均是这一类。在水泵站地应用当中, 前者是应用的很多也很常见。

3 变频调速的控制系统分析

如今, 我们国家的水泵站控制系统很多都是在开环状态采用变频调速技术;其实就是人们根据外围的工作环境, 改变工艺, 使得变频器的频率值得到改变, 从而完成变频技术。这样的变频系统是由变频调节器, 对象控制, 压力测量变送器和变频调速器这四个部分构成。

将变频的调速其安装至水泵的电机之上后, 通过相关实测, 其节能的效果很好;与未装之前相比节能约有53%, 同时生产的工业也很稳定;其表现主要有:在采用了变频调速的技术之后, 有非常显著的节能效果;把电机功率因素提高了, 并将无功的功率消耗降低了。平均每月的节电率有53%, 经济效率非常的显著。采取变调技术之后, 因为全开水泵的出口阀, 将阀门因为节流所产生的噪音消除了;使工作的环境得到改善。此外, 还将因为调节阀出现故障而对生产造成的影响克服了。采取变调技术之后, 降低了57%的水泵压力;下降了490%的电源频率;下降了64%的电机定子的电流。此外, 因为调速平稳与变频器的启动, 将电网冲击减少了。

于系统当中采取闭环的控制, 使得参数超调地波动范围不大, 能及时的进行偏差的控制。可依据工艺需要自动地调节变频器地加、减速, 高精度的控制, 保障了生产工艺的稳定;使得产品产量与质量得到提高。此外, 因为变调器具备非常灵敏的故障诊断, 检测以及数字显示等功能, 使得电机水泵地运行可靠性得到了很大的提高。

4 变频器的维护

定期的检查和维护, 可以使得变频器可以长时间的工作运行。一般的日常检测我们可以不拆卸变频器的外壳, 只需要启动变频器, 观察变频器的工作情况来确认变频器是否有异常情况。在检查中要做到以下几点:操作面板显示工作是否正常;变频器工作中是否有异响, 严重抖动, 特殊气味;是否外壳过热等异常情况。

定期的维护:变频器的定期维护过程中我们需要切断电源, 让变频器处于非工作状态, 然后拆卸下变频器外壳。变频器的结构内有大容量的电容器, 维护过程中我们需要使变频器放电充分之后在进行维护工作。变频器的维护主要包括:变频器的工作环境是否适合变频器工作;变频器中各个电路的工作电压是否正常;变频器的工作显示板是否完好, 工作是否正常;变频器外围, 内部框架结构是否牢固;变频器中的滤波电容器是否存在液体泄漏问题, 电容电量是否正常;电阻、电抗、继电器、接触器等接线是否松动或断线;变频器中的电路板是否有锈蚀, 发霉情况;变频器中的冷却风扇是否正常工作以及散热通风口是否被灰尘堵塞。

5 总结

通过对变频器的介绍, 我们了解到变频器在水泵站的运行当中, 起到至关重要的作用, 此项技术, 不仅使得整个水泵站的运行减少对电能的消耗, 同时使得水泵站的运行系统更智能化, 水泵站的工作效率更高, 降低了水泵站操作人员的工作强度, 更是降低了水泵站的日常维护, 维修费用。并且, 降低了电动机起动电流对电网、电机等得冲击作用, 使得水泵电机的使用寿命更长, 是给水泵电机节能技术升级改造的有效途径。

摘要：据统计, 给水工程中能耗费占供水成本的30%70%, 水泵的能耗费占总能耗费的90%左右。在实际运行中, 水泵的效率大多数不足60%, 泵站的综合效率不足50%, 存在着较大的能源浪费, 在能源供应日益紧张的今天, 应用正确的水泵供水节能技术, 使水泵能经常的高效运行, 将具有重大的经济意义, 水泵站是供水系统中的枢纽, 水泵是这枢纽中的心脏, 对于水泵在系统中的运行情况是与节约能源、降低成本、提高经济效益密切相关。

关键词：调节方式,节能原理,调速设备,变频器

参考文献

水泵变频节能技术应用 篇8

在热电厂中, 机组必须配备的水泵主要有锅炉给水泵、循环水泵和凝结水泵, 其次还有射水泵、低压加热器疏水泵、热网水泵、冷却水泵、灰浆泵、轴封水泵、除盐水泵、清水泵、过滤器反洗泵、生活水泵、工业水泵、消防水泵和补给水泵等。这些水泵数量多, 总装机容量大:50MW火电机组的主要配套水泵的总装机容量为6430KW, 占机组容量的12.86%;100MW机组为10480kW/, 占10.48%;200MW机组为15450KW, 占7.73%。100MW机组主要配套水泵的总耗电量约占全部厂用电量的70%左右。由此可见, 水泵确实是火力发电厂中耗电量最大的一类辅机。因此, 提高水泵的运行效率, 降低水泵的电耗对降低厂用电率具有举足轻重的意义。国外火电厂的风机和水泵已纷纷增设调速装置, 而目前我国火电厂中除少量采用汽动给水泵, 液力耦合器及双速电机外, 其他风机和水泵基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵, 由于采用出口阀, 风机则采用入口风门调节流量, 都存在严重的节流损耗。尤其在机组变负荷运行时, 由于风机和水泵的运行偏离高效点, 使运行效率大大降低, 结果是白白地浪费掉大量的电能, 已经到了非改不可的地步。

1 泵类负载的流量调节方法及原理

泵类负载通常以输送的液体流量为控制参数, 为此目前常采用阀门控制和转速控制两种方式。

1.1 阀门控制这种方法是借助改变出口阀门的开度大小来调节流量的, 其实质是通过改变管道中流体阻力的大小来改变流量的。因为泵的转速不变, 其扬程特性曲线H-Q保持不变, 如图1所示

当阀门全开时, 管阻特性曲线R1-Q与扬程特性曲线H-Q相交于点A, 流量为Qa, 泵出口压头为Ha。若关小阀门, 管阻特性曲线变为R2-Q, 它与扬程特性曲线H-Q的交点移到点B, 此时流量为Qb, 泵出口压头升高到Hb。则压头的升高量为:ΔHb=Hb-Ha。于是产生了阴线部分所示的能量损失:ΔPb=ΔHb×Qb。

1.2 转速控制借助改变泵的转速来调节流量, 这是一种先进的控制方法。转速控制的实质是通过改变所输送液体的能量来改变流量。因为只是转速变化, 阀门的开度不变, 如图2所示, 管阻特性曲线R1-Q也就维持不变。额定转速时的扬程特性曲线Ha-Q与管阻特性曲线相交于点A, 流量为Qa, 出口扬程为Ha。

当转速降低时, 扬程特性曲线变为Hc-Q, 它与管阻特性曲线R1-Q的交点将下移到C, 流量变为Qc。此时, 假设将流量Qc控制为阀门控制方式下的流量Qb, 则泵的出口压头将降低到Hc。因此, 与阀门控制方式相比压头降低了:ΔHc=Hb-Hc。据此可节约能量为:ΔPc=ΔHc×Qb。与阀门控制方式相比, 其节约的能量为:

将这两种方法相比较可见, 在流量相同的情况下, 转速控制避免了阀门控制下因压头的升高和管阻增大所带来的能量损失。在流量减小时, 转速控制使压头反而大幅度降低, 所以它只需要一个比阀门控制小得多的, 得以充分利用的功率。而且随着转速的降低, 泵的高效率区段将向左方移动。这说明, 转速控制方式在低速小流量时, 仍可使泵机高效率运行。

2 国内某热电厂工业水泵运行状况及变频改造措施

国内某热电厂有3台工业水泵, 3台水泵并列在工业水母管上, 生产过程中为全厂提供生产工艺制水水源、全厂辅机轴承冷却水、发电机组空冷器、冷油器用水、锅炉淋渣水、全厂生活用水等等。随着用水成本的逐步上升, 该厂将全厂辅机轴承冷却水、锅炉淋渣水、甚至是发电机组空冷器、冷油器用水 (在室外气温较低时) 都改成了由机组循环冷却水来代替, 全厂的用水量大大降低, 在机组负荷较低时开一台工业水泵也会造成工业水母管超压, 该厂化学分场的运行人员不得不采取水泵出口阀节流的方式运行, 但由于工业水泵离运行人员工作场所很远, 工业水母管压力变化较频繁时, 运行人员就会就近开启化学车间的工业水泄压阀来调整工业水母管压力, 这样的调整方式不仅使运行人员劳动强度大, 而且浪费了大量的水资源和电能。

在随后的技改工程中, 采用变频器配合压力变送器实现恒压供水的改造方案彻底解决了工业水压力调整的问题, 具体改造方案如图3

原水泵电机功率185KW, 采用自耦变压器降压启动来降低电机启动电流。工业水母管压力用出口阀、或化学车间的工业水泄压阀来调整。改造后为潜水泵电动机配备了变频装置, 合理设置电机启动时间和电机加减速时间就可有效的实现电机的软启动, 降低启动电流。在工业水母管上装设压力变送器, 将工业水母管的压力转化为4-20m A的信号送入变频器, 变频器将这个信号与设置的压力给定值比较后自动调整变频器的输出转速, 从而实现恒压供水的自动闭环控制。

改造后最明显的是运行人员的劳动强度大大降低, 再也不用频繁调整水泵出口阀和泄压阀了, 而且变频泵和工频泵并联运行也非常平稳。再一个现象是水泵运行电流比前一日下降了几十安培。为了详细核算水泵变频改造后的节电效益和节水效益, 该厂化学车间的运行人员做了半年的统计工作, 用这半年的统计数据与前一年改造前的运行数据比较后发现该水泵变频改造后平均运行电流下降了约50安培, 一年大约可以节电40万千瓦时, 节电率可达28%, 创造节能收益10万元, 除此之外每年还可节约20万吨水, 这两项收益使得改造投入的10万元不到一年就可收回, 节能效益非常可观。

3 总结

通过工业水泵变频改造的实践验证了水泵采用变频调速装置节能改造的潜力, 而且还可降低运行人员的劳动强度, 减少机械磨损, 延长设备使用寿命, 因此采用变频装置对风机、水泵进行节能改造在各行各业中都会有很大的实践空间。

参考文献

[1]郭立君.泵与风机.北京.中国电力出版社.2001.

水泵变频节能技术应用 篇9

1 变频器控制水泵运行的原理

变频器主要控制水泵的工作转速, 主要原理和节能模式为:在水泵、阀门和管道构成的管道体系内, 水泵克服管道阻力, 泵送出水。在未利用变频器的管道系统中, 水泵泵送水的流量利用出水阀门进行调节, 水泵需克服出水阀与管道的阻力。在利用了变频器的管道系统中, 出水阀无须控制, 水泵仅克服管道阻力即可, 管道对水泵扬程要求标准更低。这时候, 若要更改水泵流量, 直接调节水泵转速, 确保水泵扬程和管道阻力彼此匹配。

管道阻力和泵送流量相关。如下图1为水泵调速过程中性能改变的原理, 水泵进水阀和出水阀均开启, 水泵运行转速为n1, 水泵工作位置A (流量Qa和扬程Ha) , 管路产生阻力曲线为HR1;如果系统所需流量Qb, 无变频器的系统调节方式为关小水泵出水阀门, 水泵工作位置移动到B, 管道阻力曲线HR2, 水泵扬程提升至Hb;若应用变频器进行速度调节, 那么管路阻力曲线不会发生改变, 水泵工作部位移动到C, 水泵转速为n2, 扬程为Hc。不难看出, Hb>Ha>Hc, 在忽略效率作用的基础上, 水泵功率P=γQH/η存在差异, 应用变频器的功率最低, 节能△P=γQ (Ha-Hc) /η[1]。

2 变频器控制的优劣性以及保养工作

许多人因变频器控制和传统控制方式相比更加耗电, 否决了变频器控制水泵的优越性, 此类观点并不正确。变频供水与传统高位水箱供水比较情况如下:

2.1 变频器控制水泵供水的优劣性

其优点为:①健康环保、防止水体二次污染;②节约成本, 降低占地, 具有更好的社会效益;③水压恒定, 防止对阀门和水表的损害;④降低对电网系统产生的冲击;⑤高自动化水平, 降低人力资源成本, 保护性能较佳;⑥切实降低水锤效应;⑦延长装置使用年限, 高位水箱不会渗漏水。其劣势为:①长时间工作耗电量大;②专业水平要求严格, 需高技能人员进行养护。

2.2 高位水箱供水的优劣性分析

其优势为:①维修简便;②节约能源;其劣势为:①较大的二次污染, 极易使蚊虫与老鼠钻入;②成本投入大, 占用面积大;③较高水压, 较大的水锤效应, 对出水阀门和水表损害较大;④与高压水箱距离较近的楼层水压小且不稳;⑤启动功率较大, 对电网系统冲击严重, 容易破坏电机和水泵;⑥水箱容易发生渗漏水;⑦清洗工作繁杂, 水资源浪费;⑧管理不便。

2.3 变频器的保养工作

当前, 变频器的更新换代速度更快, 性能也持续提升, 更多新式产品问世, 且功能全面。尽管变频器类型较多, 可其应用和保养以及故障维修方式基本没有明显差别。在现实运用阶段, 由于腐蚀气体、温湿度、震动以及颗粒的不良作用, 变频器的性能会出现改变。若养护和应用科学合理, 就可以降低突发性故障导致的损失, 提升使用年限。若应用和养护不合理, 则会发生各类故障, 造成其无法正常运行, 所以, 变频器的日常养护和定期检测非常关键。日常养护和检测工作主要为:①检测变频器工作的环境温度, 通常大约25℃最佳, 一般要求为-10℃~40℃之间;②观察变频器的显示界面上反映出的输出电压电流以及频率等各类数据有无异常。显示界面的显示清晰与否, 有无缺失;③应用测温工具检查变频器温度正常与否, 有无异味情况, 风扇工作是否异常, 散热畅通与否, 在其工作阶段有无故障告警。检测输入电压的最大值, 若输入电压高出最大值, 就算变频器未工作, 同样会对其线路板产生损害。进行定期检测的时候, 检测之前需断开电源, 变频器停止工作, 显示界面指示灯熄灭, 待变频器电容器充分放电之后, 应用万用表进行确认无误, 方可继续进行。

3 变频器控制在水泵中的应用和节能分析

3.1 PID控制、PLC控制以及模糊控制

①PID控制器即属于比例、积分以及微分控制系统, YTZ电阻远传压力表传输的升降压信号在此处通过对应的处置即可管控变频器的输出频率。水中压强的细微改变均会导致泵多次进行速度调节, 造成水泵和电机相连的橡胶部位发生破损, 形成振荡和超调情况, 同样使一些电功率产生无谓消耗;②PLC属于运用广泛的工业用微型计算机, 而其实际是继电器和CPU的整合产物。基于客户现实用水需求量设置的数学模型和程序, 利用编程系统, 满足了PLC控制要求, 和变频器、水泵以及远传压力表构成闭环电路, 其具备自动化、软启动方式、高稳定水压强、高可靠、使用年限长、节约电力、低成本投入和便于维护的优势;③模糊控制就是应用逻辑推理的方式消除模糊量化, 属于计算机技术之后研发出的新式技术。模糊控制的供水方式属于一类高性价比的方案, 具备推广价值[2]。

3.2 变频器控制在水泵中的应用节能

变频器控制在水泵中应用, 能够对系统实行闭环控制。在出水管中安装流量传感系统, 采集压力或者流量数据, 传输到PLC控制系统, 将其和额定参数进行对比, 对比计算之后对变频系统下达命令, 变频系统则调节水泵工作频率, 控制泵转动速度, 进而控制水泵的工作状态。若水泵控制应用阀门方式, 其扬程还需克服阀的阻力, 就会消耗部分功率, 出水阀的开度更小, 产生的阻力更大, 功率的消耗就更大。运用变频器可以消除阀门阻力, 切实提高水泵工作效率。

3.3 水泵并联中变频调速泵的运用

现实的运用过程中, 多个泵并联, 对其实行变频调速, 以满足流量管控要求。可变频系统的成本投入大, 多水泵应用一一对应的控制成本太高, 所以, 仅需增加一个泵的变频调速功能, 并联在系统中, 其他水泵保持之前的运行状态, 就可以达到系统的节能要求。该系统的运行原理:在泵并联系统运行的时候, 需优先启动变频调速水泵, 流量自0逐渐提升, 持续提升到额定的流量。如果额定流量高于变频调速水泵能承受的最高流量, 则开启其他的普通水泵, 变频调速水泵获得信号回馈之后降低转动速度, 确保输出流量总量下降至额定需求;同样, 如果单一变频调速水泵与单一普通水泵无法达到系统需求的情况下, 开启第二个普通水泵, 若依然无法满足, 开启第三个普通水泵, 依次下去, 直到满足要求为止。此外, 基于流量需求的不同范围, 也能够选取对应的额定流量水平泵匹配运作, 确保运行的经济性。

4 总结

如上述, 变频器控制在水泵中的应用效果显著, 能充分发挥变频器的节能性, 针对任何规格的水泵, 均能进行节能化处置, 降低水泵的工作成本。具备非常广阔的发展前景。

摘要：本文以变频器控制在水泵中的应用为基础, 对该技术在实际运用阶段的节能问题进行分析, 并为今后的相关工作提供参照。

关键词：变频器,水泵,节能

参考文献

[1]吴昌斌.变频器控制在水泵中的应用与节能分析[J].包装与食品机械, 2014 (3) :60-62.

水泵变频节能技术应用 篇10

关键词：电机；变频控制；节能技术；特点；应用

引言

在我国，可持续发展战略被提出以后，很多的企业和机构都为在未来实现低碳节能的环保型生活而努力着。节能减排是实现可持续发展战略的重要举措，在电力系统方面，主要是对风机、电动机、泵类设备实行节能减排。为了实现这个目标，大力的开发和研究交流电机变频调速节电技术。在我国工农业当中，应用最为广泛的就是异步交流电动机，异步电动机存在着功率因数低、调速能力差、能耗高等显著的缺点。而将电机变频节能技术应用到异步交流电动机中之后，能够很好的解决异步交流电动机的这些问题。能够很好的实现异步交流电动机的节能减排工作，为我国的可持续发展战略做出贡献。

1.电机变频控制技术的原理与特点分析

变频电机是变频器驱动电机的统称，包括变频感应电机和变频器两部分，能够提高电机的工作效率，减少电能的消耗。以交流发电机为例，其转速公式如下：

n1=60 f/p. （1）式（1）中：n1——同步转速；f——电源频率，50 Hz；p——电机磁极对数。

电机转差率用公式表示为：s=（n1–n）/n1. （2）式（2）中：s——电机转差率；

n——電机转速。

由式（1）和式（2）可以推得：n = 60 f（1-s）/p. （3）

电机变频控制技术通过变频器能够很好的控制输出频率和输出电压的大小，这是电机变频控制技术的一大显著特点，是其他的电机控制系统所不具备的。同时，电机变频控制技术还具有软启动和通知的功能。采用电磁设计，减少电子和和转子的阻值。能够实现无级变速。电能消耗少，充分体现节能减排的特点。

2.电机变频控制的发展与应用分析

在最初的时候我国的电机频率都是固定的，电机只能固定的输出一种功率，一个电压。所以说当时的电机在工作的时候输出的驱动频率是完全不变的。但是往往负载所需要的驱动频率却是在不断变化的，为了能够满足负载所需要的驱动频率，电机的额定驱动频率一般都是大于负载所需要的驱动频率的。这样做虽然能够保证电机提供足够的驱动频率，保证电机的正常运作，但是其中有很大一部分的驱动频率都会被浪费掉，这就造成了大量的电力能源被浪费，不能得到有效的利用，完全不符合我国可持续发展的战略要求。为了达到节约电力，使电力得到充分利用的要求，电机变频控制技术被开发了出来，电机变频控制能够根据负载所需要的驱动频率来改变电机输出的功率和电压，保证不会有多余的驱动被浪费，很好的提高了电能的利用率，完全符合我国节能减排的要求。随着我国对节能减排的要求越来越高，对于变频节能控制系统的开发和研究也不断的完善，并且得到了更好的推广，在越来越多的地方被应用。

2.1电机变频技术的发展过程

现在的电机变频系统大都是采用的恒V/F 控制系统，这个变频控制系统的特点是结构简单、制作便宜。这个系统被广泛应用在风机等大型的并且对于变频系统的动态性能要求不是很高的地方。这个系统是一种典型的开环控制系统，这个系统能够满足大多数电机的平滑的变速要是，但是对于动态和静态的调节性能都是有限的，不能应用在对动态和静态性能要求比较严格的地方。为了实现动态和静态调节的高性能，我们只能采用闭环控制系统来实现。所以有的科研人员提出了控制闭环转差频率的电机调速方式，这种调速方式能够在静态动态调速中达到很高的性能，但是这种系统只能在转速比较慢的电机中得到应用，应为在电机的转速较高的时候，这种系统不仅不会达到节约电能的目的，还会使电机产生极大的瞬态电流，使得电机的转矩在瞬间发生变化。所以说为了实现在较高的转速中实现较高的动态和静态性能，只有先解决电机产生瞬态电流的问题，只有将这个问题合理的解决我们才能更好的发展电机变频节能控制技术。

2.2电机变频控制的应用

在电机的能耗中，大约有百分之七十都是应用在了风机和泵类负载当中，所以说电机变频控制技术能够很好的节约这一部分负载的能耗，实现节能减排的目的。就以空调来举例说明吧，没有应用变频控制系统的空调，在设置的温度低于阈值的时候，只能通过关闭风路的方式来实现，但是这个时候空调的电机还是在继续运转的，这一部分驱动功率就完全没有被利用，只是单纯的被浪费掉了。但是在赢了变频控制系统的空调当中，如果当空调设置的温度降低的时候，只需要控制电动机的转速降低，减少输出的驱动功率就可以实现，完全没有必要将风路进行关闭，而且也不会浪费电机的驱动频率，很好的提高了电能的利用效率。

3.结语

为了顺应国家可持续发展战略的要求，电力系统大力推行电机变频节能控制系统，这个系统的应用在很大程度上缓解了我国电力能源紧缺的现状。电机变频节能控制系统能够减少电机不必要的驱动频率的输出，达到对电力的合理应用。

参考文献：

[1]巨志忠，杨小强. 试论电机变频控制节能技术和运用[J]. 科技与创新，2014，07：15-16.

[2]俞斌. 交流电机变频调速节能方法及其远程控制[J]. 电机与控制应用，2012，03：36-39.

[3]孔昊. 刍议电机变频控制节能技术与应用[J]. 科技创新与应用，2012，27：136.

[4]周雄，王浩，赵秀芳，高凤，吴红波. 论变频控制节能技术及应用[J]. 贵州科学，2007，S1：334-338.

[5]周雄，赵秀芳，王浩，高凤，吴红波. 论变频控制节能技术及应用[J]. 冶金标准化与质量，2006，05：55-57+60.

[6]黎柏源. 变频节能技术及其在锅炉风机中的应用[J]. 广西电业，2010，04：81-82+85.

水泵变频节能技术应用 篇11

在传统的中央空调系统中,冷冻水、冷却水循环用电约占系统用电的12%~14%,并且在冷冻主机低负荷运行中,其耗电更为明显,冷冻水、冷却水循环用电约达30%~40%。因此对冷冻水、冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调节能改造的重要组成部分。本文着重介绍P L C、变频器在冷却水泵节能循环方面的应用。

中央空调采用变频调速技术,使电机在很宽范围内平滑调速,可将所有节流阀去掉,使管道畅通,可免去节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速,从而改变水的流量,达到制冷机的正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求,从而达到节能的目的。电机的变频调速系统是由P L C控制器进行切换和控制的。

2 冷却水泵节能循环运行控制

2.1 设备名称

中央空调有3台冷却水泵,其型号是TS-200-150315,配用功率是3 7 K W;采用一台变频器的方案进行节能控制,变频器及P L C控制系统都采用三菱的,型号分别是FR-A540及FX2N-64MR[1]。

2.2 控制方案

2.2.1 冷却水泵节能循环控制主电路接线图(图1)

2.2.2 控制功能

先确定冷却水泵变频器工作的最小工作频率(15HZ)及最大工作频率(48HZ),将其设定为下限频率和上限频率并锁定;变频冷却水泵的频率是取冷却水塔的出水温度信号进行调节,当冷却水出水温度高于设定值时,频率优先无极上调,当冷却水出水温度低于设定值时,频率无极下调;按温度变化来调节频率,出水温度越高,变频器的输出频率越高,出水温度越低,变频器的输出频率越低。冷却水塔出水温度由温度传感器P T 1 0 03850RPM/o C电压型温度传感器采集,将温度变化反映到相应的电阻变化,通过电阻的变化改变电压并送到变频器的输入2、5脚,达到实现温度控制的目的。

具体控制方案:

1)先合KM1起动1号泵,单台变频运行;

2)当1号泵的工作频率上升到48HZ上限切换频率时,1号泵将切换到K M 2工频运行,然后再合K M 3将变频器与2号泵相接,并进行软启动,此时1号泵工频运行,2号泵变频运行;

3)当2号泵的工作平频率下降到设定的下限切换频率15HZ时,则将KM2断开,1号泵停机,此时由2号泵单台变频运行;

4)当2号泵的工作频率上升到48HZ上限切换频率时,2号泵将切换到K M 4工频运行,然后再合K M 5将变频器与3号泵相接,并进行软启动,此时2号泵工频运行,3号泵变频运行;

5)当3号泵的工作平频率下降到设定的下限切换频率15HZ时,则将KM4断开,2号泵停机,此时由3号泵单台变频运行;

6)当3号泵的工作频率上升到48HZ上限切换频率时,3号泵将切换到K M 6工频运行,然后再合K M 1将变频器与1号泵相接,并进行软启动,此时3号泵工频运行,1号泵变频运行;

7)当1号泵的工作频率下降到设定的下限切换频率15HZ时,则将KM6断开,3号泵停机,此时由1号泵单台变频运行;如此循环运行;

8)水泵投入工频运行时,电动机的过载由热继电器保护,并有报警信号指示;

9)每台泵的变频接触器和工频接触器外部电气互锁及机械联锁;

10)变频与工频切换的过程:

首先MRS接通(变频器输出停止)→延时0.2秒后断开变频接触器

→延时0.5秒后合工频接触器,→再延时0.5秒合下一台变频接触器→断开M R S触点,实现从变频到工频的切换;

11)变频与工频切换的条件:

由变频器的上限切换频率(F U)和下限切换频率(SU)控制。

2.2.3 PLC输入、输出分配表(见表1)

2.2.4 控制综合接线图:(见图2)

2.2.5 变频器参数设置:

Pr.42=48HZ(上限切换频率FU信号);

Pr.50=48HZ(下限切换频率FU2信号);

Pr.191=5(标记为SU端子的功能为FU2信号);

Pr.76=2(报警代码选择);

Pr.79=2(操作模式为外部操作)

2.2.6 软件设计[3](见图3、4)

根据控制要求进行软件编程,下面给出参考程序顺控图。

程序补充说明:

在程序设计中为避免变频器在启动过程中S U信号动作,使T10、T11、T12的定时时间大于变频器加速时间。

3 结束语

采用变频器、P L C对中央空调冷却水泵的改造,使冷却水泵能随空调负荷的变化而自动变速运行,从而达到节能的目的,其节电效率可达4 0%左右。

由于冷却水泵采用变频器软启动、软制动,大大降低了起动电流、避免了对电机和电网的冲击,使用电环境得到改善。

由于水泵大多数时间运行在额定转速以下,电机运行噪音减小、温升降低、震动减少、负载运行顺滑平衡,电气故障比原来降低,电机的使用寿命也相应延长。

利用PLC、变频器实现各种逻辑控制、变频器启动控制及手动/自动,工频/变频转换和故障自动切换等功能,使系统控制灵活方便,功能更加完善。

摘要：中央空调系统是大型建筑物不可缺少的配套设施之一,其电能的消耗非常大。由变频器、PLC构成的控制系统应用在中央空调的冷却水泵的节能改造中,使冷却水泵能随空调负荷的变化而自动变速运行,达到显著节能效果。

关键词：中央空调,冷却水泵,变频器,PLC,节能

参考文献

[1]吴启红.《变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书》[M].2007,163-175.

[2]梁光武.PLC和变频器在中央空调教学系统中的应用[J].广东技工教育研究,2009,(2):27-34.