李輝 趙夢詩

摘要：隨著工業(yè)生產(chǎn)對風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)水泵主要采用三相交流電固定轉(zhuǎn)速，從啟動(dòng)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)后一直是保持一個(gè)轉(zhuǎn)速，不能根據(jù)不同需求而改變轉(zhuǎn)速，極大的浪費(fèi)了電能，本文則主要介紹現(xiàn)代交流變頻器應(yīng)用于風(fēng)機(jī)水泵的知識與問題，從而解決了不同場合根據(jù)不同需求改變轉(zhuǎn)速，從而節(jié)約了能源。

關(guān)鍵字：變頻器 風(fēng)機(jī)水泵 節(jié)能

一、變頻器工作原理

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交一直一交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。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(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩、沖無功功率。

二、變頻器調(diào)速原理

我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：n=60 f（1-s）/p （1）

式中

n---異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;

f---異步電動(dòng)機(jī)的頻率;

s---一電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率;

p---電動(dòng)機(jī)極對數(shù)。

由式（1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

三、變頻器在風(fēng)機(jī)水泵中的節(jié)能計(jì)算

當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)節(jié)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵的電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速隨之變化，可降低功耗，節(jié)約電能。由流體力學(xué)理論可知，風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即

因此，當(dāng)系統(tǒng)工藝流程需調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速下降可使功率降低很多。例如，當(dāng)調(diào)節(jié)量與轉(zhuǎn)速均下降到80%時(shí)，功率將降低到額定功率的51%;當(dāng)調(diào)節(jié)量與轉(zhuǎn)速均下降到60%時(shí)，功率將降低到額定功率的21%。

四、風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速的節(jié)電原理

如圖示為離心風(fēng)機(jī)水泵的風(fēng)壓、（水壓）H -風(fēng)量流量）Q曲線特性圖。

nl-代表風(fēng)機(jī)水泵在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性;

n2 -代表風(fēng)機(jī)水泵降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性;

R1-代表風(fēng)機(jī)水泵管路阻力最小時(shí)的阻力特性;

R2 -代表風(fēng)機(jī)水泵管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。

1、風(fēng)機(jī)水泵在管路特性曲R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1. H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AHIOQ1的面積。由于工藝要求需減小風(fēng)量（流量）到Q2，實(shí)際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)水泵.的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，風(fēng)壓（水壓）增大到H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)水泵所需的功率正比H2Q2的面積，即近比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)水泵所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡單控制方式。

若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓.力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)（水泵）所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少明顯的。

2、風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能的計(jì)算

風(fēng)機(jī)水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是節(jié)電之有效的措施。根據(jù)B- 12497對電機(jī)經(jīng)濟(jì)濟(jì)運(yùn)行管理的規(guī)定有如下的計(jì)算公式。

采用檔板調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入功率PIV與流量Q的關(guān)系為：

PIV≈0. 45 +0 55（Q/QN）2）Ple （1）

式中： Ple-額定流量時(shí)電動(dòng)機(jī)輸入功率（kW ）。

QN-額定流量

3應(yīng)用實(shí)例

2#水泵1250KW，電機(jī)4極、實(shí)際用為0.6～0.7，為變頻器驅(qū)動(dòng)，估算節(jié)電率。

所需的軸功率為803kW，變頻器調(diào)速器調(diào)節(jié)電率為0. 6。年節(jié)電量，每年按365天計(jì)算。

24 *365 *803 *60% = 4223196kW h

≈422萬kW h）

年節(jié)電費(fèi)（電價(jià)取0.3元/kWh） 0. 3 *4223196 =126萬元

通過以上分析可以看出，風(fēng)機(jī)水泵采用變頻器調(diào)速后，節(jié)電效果是明顯的，此外，機(jī)械的轉(zhuǎn)速降低后，機(jī)械的磨損減少，使用壽命延長了，間接經(jīng)濟(jì)效益也很可觀。

五、結(jié)束語

變頻器控制技術(shù)用于風(fēng)機(jī)水泵控制可以達(dá)到顯著的節(jié)電效果，變頻器應(yīng)用于風(fēng)機(jī)水泵控制已經(jīng)成為當(dāng)今節(jié)能控制的主流產(chǎn)品。使用變頻技術(shù)既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。變頻器控制系統(tǒng)卓越的調(diào)速性能，不僅改善了現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設(shè)備利用率，延長了設(shè)備使用壽命，在節(jié)能方面也取得了顯著的效果，通過變頻改進(jìn)后每年節(jié)約電費(fèi)金額十分可觀。

參考文獻(xiàn)：

（1）變頻器原理及應(yīng)用 作者：徐海、施利春、孫佃升清華大學(xué)出版社出版

（2）高職高專機(jī)電-體化專業(yè)規(guī)劃教材 編者：王照清出版社：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社出版

李輝 1984.05 男 甘肅蘭州 本科 電氣自動(dòng)化

趙夢詩 1994.02 女 漢 甘肅蘭州 本科 電氣自動(dòng)化