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水泵中對變頻器控制的實(shí)際應(yīng)用與有效節(jié)能措施

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變頻節(jié)能技術(shù)日益發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于社會的生產(chǎn)領(lǐng)域中，其中尤以工業(yè)供水領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，這種技術(shù)具有自動(dòng)化程度高、節(jié)能省電等優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)該做好節(jié)能變頻器的選型及控制工作，真正地達(dá)到節(jié)能目的，為實(shí)際生產(chǎn)及應(yīng)用提供良好的技術(shù)工具支持。本文重點(diǎn)探討分析水泵中變頻器控制的實(shí)際應(yīng)用與有效節(jié)能措施，總結(jié)概括出有效節(jié)能措施與方法。

水泵；變頻器；實(shí)際應(yīng)用；節(jié)能措施

隨著人們生活質(zhì)量的日益提高及科技的進(jìn)步，人們對于供水質(zhì)量提出了更高更新的要求，而供水質(zhì)量又與供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性關(guān)系密切，現(xiàn)在使用的變頻恒壓控制方式已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在人們的生活消防用水及工業(yè)生產(chǎn)用水等領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)供水方式相比有著巨大的優(yōu)越性，但是還需要進(jìn)一步完善與改進(jìn)在實(shí)際應(yīng)用中，并給出有效的節(jié)能措施。

一、變頻器控制水泵的實(shí)際應(yīng)用分析

（一）變頻器控制水泵運(yùn)行的工作原理

水泵運(yùn)行主要依靠的是變頻器，它控制著水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，變頻器控制水泵運(yùn)行的工作原理如下：水泵工作中的管道系統(tǒng)由泵、閥、管路組成，水泵會克服這個(gè)系統(tǒng)壓力，將水或者是其他介質(zhì)輸出，如果管道系統(tǒng)缺少了無變頻器控制，水泵流量被出口閥調(diào)節(jié)控制，而且水泵必須克服閥門及管路兩部分的阻力[1]。如果系統(tǒng)中有變頻器控制，水泵只需要克服管路阻力，閥門對其并不造成影響，揚(yáng)程需求也隨之降低，改變水泵流量需要調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，協(xié)調(diào)好水泵揚(yáng)程與管道系統(tǒng)阻力的關(guān)系。

（二）變頻器控制水泵節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

變頻器控制水泵節(jié)能技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用涉及到兩方面內(nèi)容，硬件設(shè)計(jì)與控制要求，我們將其應(yīng)用在空調(diào)生產(chǎn)線商檢房溫度自動(dòng)控制節(jié)能設(shè)計(jì)上，首先是做好硬件設(shè)計(jì)工作，對電力線通信及變頻器選型，依據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制功能、I/O點(diǎn)數(shù)等，選擇相應(yīng)型號的主控元件，然后是做好I/O接線及電氣控制原理工作?？照{(diào)生產(chǎn)、開發(fā)過程中的一個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)與程序是生產(chǎn)商檢房，環(huán)境額定溫度應(yīng)設(shè)置為（27±2）℃，這個(gè)地方溫度不宜過高或過低，溫度上限被設(shè)置為29℃，下限被設(shè)置為25℃，中央空調(diào)的開?；鶖?shù)是27℃，而且通常情況下只有一臺機(jī)組工作，避免出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室溫度波動(dòng)過大的問題。循環(huán)水泵及風(fēng)機(jī)增減開停需要依據(jù)循環(huán)風(fēng)的進(jìn)出溫差，控制機(jī)器是變頻器與溫度控制器等等。接著要設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行中的冷煤排氣壓力，其應(yīng)該≤28Mpa，而且吸氣壓力不能夠大于或等于3Mpa，這樣能減少機(jī)組的故障診斷[2]。最后是為控制系統(tǒng)配備相應(yīng)的設(shè)備，每臺主要設(shè)備都要配設(shè)相應(yīng)的自動(dòng)或手動(dòng)檢修方法，調(diào)試或者是檢修時(shí)用手動(dòng)，而且兩臺壓縮機(jī)不能夠同時(shí)啟動(dòng)，防止出現(xiàn)沖擊電網(wǎng)現(xiàn)象。

二、變頻器控制水泵的有效節(jié)能措施

（一）了解認(rèn)識變頻調(diào)速節(jié)能原理

將變頻器控制水泵技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)工作中，首先應(yīng)該了解變頻器的調(diào)速節(jié)能原理，這個(gè)原理可以這樣解釋：從流體力學(xué)基本定律能夠知道：水泵或者風(fēng)機(jī)都屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載設(shè)備，機(jī)器設(shè)備的轉(zhuǎn)速n與流量Q、揚(yáng)程H及軸功率P間有這種關(guān)系：

上式中的Q1、H1、P1分別代表的是風(fēng)機(jī)或者是水泵處于轉(zhuǎn)速n1時(shí)的流量、揚(yáng)程及軸功率；相對應(yīng)的是，Q2、H2、P2分別代表風(fēng)機(jī)或水泵在轉(zhuǎn)速n2及相似工況條件下流量、揚(yáng)程及軸功率。從公式（2）、（3）、（4）可以得知：水泵流量與其轉(zhuǎn)速是成正比的，而揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速平方成正比，相應(yīng)的軸功率與轉(zhuǎn)速為正比關(guān)系。從公式（4）中，我們也可以知道：電機(jī)運(yùn)行速度下調(diào)，而其他運(yùn)行條件保持不變，那么變頻器節(jié)電效果與轉(zhuǎn)速的下降是立方關(guān)系，能夠起到非常明顯的節(jié)電效果，也就是說，當(dāng)工況只需要50％風(fēng)量或水量時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠調(diào)節(jié)為額定一半，那么電機(jī)消耗功率僅僅是額定功率的12.5％，能夠達(dá)到87.5％的節(jié)能效果。

（二）做好變頻器控制水泵的節(jié)能計(jì)算

變頻器水泵控制的調(diào)速節(jié)能還需要用計(jì)算來控制好，下面我們先將水泵效率的近似計(jì)算公式給列出來：

上述式子中的nP、Q?、n?分別代表的是效率、流量及轉(zhuǎn)速

其中的C1、C2是常數(shù)，這兩個(gè)常數(shù)由水泵廠家提供，而且C1—C2=1

根據(jù)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)效率，我們能夠分析其節(jié)能效果，如果采用閥門調(diào)節(jié)時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)速不變，當(dāng)流量減小時(shí)，水泵工作效率隨之降低；當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，保持閥門開度不變，那么流量Q?與轉(zhuǎn)速n?正比關(guān)系，保持這個(gè)比值不變，水泵工作效率將總會處在最佳的狀態(tài)。供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往對用戶管路情況是沒有辦法進(jìn)行預(yù)測的，也難以精確地計(jì)算管阻特性，因此也不能很好地給用戶需求留下較為充足的余地，額定揚(yáng)程及流量確定時(shí)，常常是富余量較大[3]。水泵運(yùn)行及電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，通常情況是水流處在高峰期時(shí)。電動(dòng)機(jī)還處在輕載狀態(tài)，這種狀態(tài)下的功率及功率因數(shù)都是較低的，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速后，電動(dòng)機(jī)如果處于低頻運(yùn)行時(shí)，這時(shí)可以依據(jù)負(fù)載輕重對輸入電壓功能進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而提高電動(dòng)機(jī)的工作效率。

（三）調(diào)整好變頻器的控制方式

離心式的水泵下的變頻器采用的是分別驅(qū)動(dòng)方式，這樣可以在供水總管接近末端三分之一處，或者是在系統(tǒng)最不利點(diǎn)安設(shè)水壓力傳感器。由PLC構(gòu)成的系統(tǒng)控制器可以根據(jù)水壓力傳感器及設(shè)置好的偏差，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)方式，變動(dòng)水泵轉(zhuǎn)速及運(yùn)行中的水泵數(shù)量，使水壓力傳感器讀數(shù)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，確保整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這就需要做好變頻器調(diào)速的控制，常用的控制方式有以下幾種，下面我們將具體分析下：1、系統(tǒng)用水量增多時(shí)，主水泵頻率增加到50赫茲，并保持一段時(shí)間后，將備泵投入運(yùn)行使用中，2臺水泵的運(yùn)行頻率是相同的，都增加到50赫茲。2、當(dāng)運(yùn)行系統(tǒng)用水量減少時(shí)，2臺水泵頻率同時(shí)下降，并保持一段時(shí)間后，主泵退出運(yùn)行，備用泵頻率升高且略微低于50赫茲，還要再結(jié)合水壓力進(jìn)行減速。3、2臺水泵磨損最好是一致，應(yīng)該定期或者是依照每臺水泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間切換主水泵與備用泵。4、如果是多臺水泵進(jìn)行切換時(shí)，應(yīng)該采取無主次切換方式，按照“先開先停”原則進(jìn)行接入與退出，PLC程序運(yùn)行過程中，變頻水泵工作號及臺數(shù)等要設(shè)置好，根據(jù)給定頻率是否已達(dá)到上限或下限頻率依次采用增泵或者是減泵操作。

三、結(jié)語

水泵運(yùn)行過程中離不開變頻器的工作，現(xiàn)在使用的變頻器技術(shù)更高，更加具有節(jié)能效果與目的，在實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用，變頻調(diào)速的前提條件是變量恒壓，以此將最大限度節(jié)能發(fā)揮出來，變頻控制系統(tǒng)下，水流量的不同，輸出頻率也不同，這就能夠改變水泵轉(zhuǎn)速，使變頻器具有“因需而供”的良好特性，起到了很好的節(jié)能效果。

[1]黃鵬程.空調(diào)生產(chǎn)線商檢房溫度自動(dòng)控制節(jié)能設(shè)計(jì)[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2009,27(6):50-52.

[2]趙小國,孫偉,閻曉妹等.基于時(shí)間優(yōu)先級的變頻恒壓供水系統(tǒng)的泵組控制方式研究[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2011,38(10):8-11.

[3]孫東輝,王宏宇,趙秀芬等.變頻技術(shù)在中央空調(diào)冷卻水壓差控制中的應(yīng)用[J].低壓電器,2009,(6):27-29.