水泵變頻節(jié)能技術分析與應用

水泵變頻節(jié)能技術分析與應用
隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，電力工業(yè)雖然有了長足進步，但能源的浪費卻是相當驚人的。據(jù)有關資料報導，我國風機、水泵、空氣壓縮機總量約4200萬臺，裝機容量約1.1億千瓦。但系統(tǒng)實際運行效率僅為30～40%，其損耗電能占總發(fā)電量的38%以上。這是由于許多風機、水泵的拖動電機處于恒速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而生產(chǎn)中的風、水流量要求處于變工況運行；還有許多企業(yè)在進行系統(tǒng)設計時，容量選擇得較大，系統(tǒng)匹配不合理，往往是“大馬拉小車”，造成大量的能源浪費。因此，搞好風機、水泵的節(jié)能工作，對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。
　1 水泵變頻調(diào)速運行的節(jié)能原理
　　圖1為水泵用閥門控制時，當流量要求從Q1減小到Q2，必須關小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大，管路曲線從R移到R′，揚程則從Ha上升到Hb，運行工況點從a點移到b點。
　　圖2為調(diào)速控制時，當流量要求從Q1減小到Q2，由于阻力曲線R不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把速度從n降到n′，性能曲線由（Q-H）變?yōu)椋≦-H）′,運行工況點則從a點移到c點，揚程從Ha下降到Hc。
　　根據(jù)離心泵的特性曲線公式：
　　N＝RQH／102η
　　式中：N——水泵使用工況軸功率（kw）
　　Q——使用工況點的流量（ｍ3／ｓ）　；
　　H——使用工況點的揚程（ｍ）；
　　R——輸出介質(zhì)單位體積重量（kg／ｍ3）?。?
　　η——使用工況點的泵效率（%）。
　　可求出運行在b點泵的軸功率和c點泵的軸功率分別為：
　　Nb＝RＱ2Ｈb／１０２η 　
　　Nc＝RＱ2Ｈc／１０２η 　
　　兩者之差為： ΔN＝Nc—Nb=R×Ｑ2×（Ｈb－Ｈc）／１０２η
　　也就是說，用閥門控制流量時，有ΔN功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關小，這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時，由于流量Ｑ與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；揚程Ｈ與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；軸功率Ｐ與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速n成３次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方法，而是把電機轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運同樣流量的情況下，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，取得良好的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)能原理。
　　2 變頻調(diào)速的基本原理
　　變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機工作原理中的轉(zhuǎn)速關系：
　　n＝６０ｆ（１－ｓ）／ｐ 　
　　式中：ｆ——水泵電機的電源頻率（Ｈｚ）；
　?。?mdash;—電機的極對數(shù)；
　　由上式可知，均勻改變電動機定子繞組的電源頻率ｆ，就可以平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。電動機轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應減少，電動機輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。
　　3 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設計
　　目前，國內(nèi)在水泵控制系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術，大部分是在開環(huán)狀態(tài)下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，以達到調(diào)速目的. 系統(tǒng)主要由四部分組成：(1)控制對象(2)變頻調(diào)速器(3)壓力測量變送器（ＰＴ）(4)調(diào)節(jié)器（ＰＩＤ）.
　　系統(tǒng)的控制過程為：
　　由壓力測量變送器將水管出口壓力測出，并轉(zhuǎn)換成與之相對應的４～２０ｍＡ標準電信號，送到調(diào)節(jié)器與工藝所需的控制指標進行比較，得出偏差。其偏差值由調(diào)節(jié)器按預先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進行運算得出調(diào)節(jié)信號，該信號直接送到變頻調(diào)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(xù)可調(diào)電壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機。
　　4 水泵變頻調(diào)速應用的注意事項
　　水泵調(diào)速一般是減速問題。當采用變頻調(diào)速時，原來按工頻狀態(tài)設計的泵與電機的運行參數(shù)均發(fā)生了較大的變化，另外如管路特性曲線、與調(diào)速泵并列運行的定速泵等因素，都會對調(diào)速的范圍產(chǎn)生一定影響。超范圍調(diào)速則難以實現(xiàn)節(jié)能的目的。因此，變頻調(diào)速不可能無限制調(diào)速。一般認為，變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50％，*好處于75％～100％，并應結(jié)合實際經(jīng)計算確定。
　　 4.1 水泵工藝特點對調(diào)速范圍的影響
　　理論上，水泵調(diào)速高效區(qū)為通過工頻高效區(qū)左右端點的兩條相似工況拋物線的中間區(qū)域。實際上，當水泵轉(zhuǎn)速過小時，泵的效率將急劇下降，受此影響，水泵調(diào)速高效區(qū)萎縮,若運行工況點已超出該區(qū)域，則不宜采用調(diào)速來節(jié)能了。
　　4.2 定速泵對調(diào)速范圍的影響
　　實踐中，供水系統(tǒng)往往是多臺水泵并聯(lián)供水。由于投資昂貴，不可能將所有水泵全部調(diào)速，所以一般采用調(diào)速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統(tǒng)中，應注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效段運行，并實現(xiàn)系統(tǒng)*優(yōu)。此時，定速泵就對與之并列運行的調(diào)速泵的調(diào)速范圍產(chǎn)生了較大的影響。主要分以下兩種情況：
　　 4.2.1 同型號水泵一調(diào)一定并列運行時，雖然調(diào)度靈活，但由于無法兼顧調(diào)速泵與定速泵的高效工作段，因此，此種情況下調(diào)速運行的范圍是很小的。
　　 4.2.2 不同型號水泵一調(diào)一定并列運行時，若能達到調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)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(xiàn)*大范圍的調(diào)速運行。但此時調(diào)速泵與定速泵**不允許互換后并列運行。
　　 4.3 電機效率對調(diào)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(zhuǎn)速的下降，軸功率會急劇下降，但若電機輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工頻，都會使電機效率下降過快，*終都影響到整個水泵機組的效率。而且自冷電機連續(xù)低速運轉(zhuǎn)時，也會因風量不足影響散熱，威脅電機**運行。

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