变频调速节能控制在水泵电机系统中的应用研究

基于变频调速技术在水泵控制系统中的应用摘要本文介绍了交流变频调速的原理、节能原理及变频调速技术在水泵控制系统中的应用。

应用结果表明,水泵采用变频调速控制,节能效果显著,具有明显的经济效益和社会效益。

关键词变频调速技术;水泵;节能中图分类号tv7 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)26-0181-020 引言在工业生产中,风机和水泵的应用范围非常广泛,其电能消耗和相关设备的节流损失及维护维修费用占到生产成本的7%~25%,是一笔不消的生产费用开支。

随着经济改革的不断深入,节能降耗已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。

而20世纪80年代初发展起来的变频调速技术是一项集现代电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术,它使得电动机及其拖动负载在无需任何改动的情况下即可按照生产工艺要求调整转速输出,从而降低电动机功耗达到系统高效运行的目的。

目前,变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。

卓越的调速性能、显著的节电效果,改善现有设备的运行工况,提高系统的安全可靠性和设备利用率,延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。

它顺应了工业生产自动化的要求,开创了一个全新的智能电机时代。

1 交流变频调速原理三相异步电动机可用下式表示:式中:n—电动机转速,r/min;n1—电动机的同步转速,r/min;p —磁极对数;f—电源频率,hz;s—转差率。

由上式可以得出,三相异步电动机的调速方法有3种,分别是:变极调速、变转差率调速和变频调速。

但是前两种方法有许多缺点,若变极调速,则调速范围较小,不能实现无级调速;若变转差率调速,低速时转差率大,转差损耗也大,则效率低;若用变频调速,从高速到低速均可保持有限的转差率,因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。

所以,我们认为交流变频调速是三相异步电动机调速的一种理想方式。

交流异步电动机变频调速可以分为两大类:交—直—交变频调速与交—交变频调速。

变频调速技术在水泵控制系统中的应用摘要水泵调频是利用调节电机输入电源频率的原理进行调节水泵流量的自动化控制技术，较先前的阀门调节而言，具有节约能源、工作效率高、噪音污染小等特点。

本文在此对变频调速技术在水泵控制中的原理和其应用效益进行了分析和论述。

关键词水泵调频；变频调速技术；水泵控制中图分类号tm921 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）52-0175-01随着社会的进步，工业技术得到了快速的发展，在大多数的工业生产、居民生活过程中，水泵得到了广泛的普及和应用。

在日常的工业生产或者是生活中，水资源的用量一般会根据实际工业、生活应用环境而定，而传统的水泵对水资源的控制基本上都是横流量控制，显然对于大多水企业或者是社区来说都存在着经济、水资源浪费现象。

随着高频电力电子技术的发展，使得电动机及其拖动负载的转速能够根据实际和工作需求的变化而变化，从而有效的降低了能源耗损，目前电频调速技术已经在工业水泵控制中得到了广泛的推广与应用。

1 变频调速原理我们通常使用的水泵电机为三相异步电机，其转速公式为： n = (1-s) ，式中n 为三相电机的转速，f 为电机电源频率，p 为电机磁极对数， s 为转差率。

通过上面的公式可以知道磁极对数、转差率、电源频率这三大因素都能影响到三相电机的转速。

通过实践工作表明，如果通过改变电机磁极对数进行调速，调速范围不太大，不能够有效的进行无极调速；如果采用电机转差率进行调速，可以有效的提高调速范围，但是在低速情况下，转差率比较大，电机的效率比较低；如果采用调节电源频率进行调速，无路是高频到低频，还是从低频到高频都能够保持有限的转差率，电机效率比较高，而且随着电机电源频率的变，化，其调速范围比较广，而且精度比较高。

在实际工作中，我们也采用交流调频技术来调节电机转动速度。

电机变频调速可以分为两种情况，一种是交流转直流，最后直流转交流进行调速，另外一种就是交流直接转交流调速，实际工作中应用比较广泛的是前者。

变频调速技术在水泵控制中的应用研究随着工业技术的不断进步和发展，变频调速技术在水泵控制中的应用越来越多，其灵活性、调节性能优越，可以有效地提高水泵的控制精度和效率，同时还可以保护水泵的安全运行。

因此，对于水泵行业来说，深入研究变频调速技术在水泵控制中的应用具有重要意义。

1. 变频调速技术的基本原理及特点变频调速技术在水泵控制中的应用需要了解其基本原理及特点。

变频调速技术是通过快速控制电机电源的电压和电流频率，实现电机转速的控制，从而达到调节流量和压力的目的。

与传统的调节方式相比，变频调速技术具有以下特点：（1）调节性能优越。

采用变频调速技术可以实现水泵连续无级变速，流量和压力精度高，且响应速度快，可以满足不同工况下水泵的流量和压力要求。

（2）环境友好。

传统的调节方式多采用减少阀门开度的方式来调节流量和压力，这样会产生大量的损失水流能量，同时也会使水泵处于工作状态下，造成耗能和浪费。

而变频调速技术运行时，可以根据不同的工况合理调控电机转速，实现节能与减排。

（3）保护机械设备。

水泵运行时，可能会遭受来自外界的压力，变频调速技术可以使水泵在安全范围内稳定工作，保护水泵设备免受损害。

2. 变频调速技术在水泵控制中的应用变频调速技术在水泵控制中的应用主要体现在以下两个方面：（1）变频调速与水泵的匹配。

传统的水泵在运行时，稳态工作点和设计点的效率高，因此能耗也相应较低。

而当出现设备停机、电网压力突变、水泵进入非稳态工况时，水泵效率会显著下降，因而能耗与运行成本也会增加。

而采用变频调速技术，可以同时根据不同工况下的需求，调节水泵的流量和压力，从而使水泵的效率最大程度保持在高效工作状态下，并减少运行成本。

（2）水泵系统的控制。

水泵系统是一个由水泵、控制阀、流量计和传感器等组成的完整系统。

采用变频调速技术，可以使水泵和其他组成部分高效匹配，实现自动化控制，使得整个系统的运行流程更加智能化、稳定化。

3. 案例分析：变频调速技术在污水处理厂水泵控制中应用的效果为进一步了解变频调速技术在水泵控制中的应用效果，我们可以通过一个案例进行分析。

变频器在水泵系统中的应用变频器是一种用于控制马达转速的电子装置，在水泵系统中有广泛的应用。

本文将重点介绍变频器在水泵系统中的应用，包括其原理、优势以及适用场景。

同时，本文将分析变频器在水泵系统中的效果，并对未来的发展进行展望。

一、原理变频器是通过改变交流电频率来调整马达转速的装置。

具体而言，变频器通过将交流电转换为直流电，然后再将其转换回交流电，并可根据需要改变输出交流电的频率，从而控制马达的转速。

这种频率调节的能力使得变频器成为水泵系统的理想控制设备。

二、优势1. 节能高效：变频器可以根据实际需求自动调整水泵的转速，从而降低能耗。

在低负荷运行时，变频器能够将水泵的转速降低，节省能源。

相比之下，传统的水泵驱动方式往往只有两种转速选择，无法实现节能效果。

2. 平稳运行：变频器能够实现平稳加速和减速，避免了水泵启动和停止时的冲击，延长了设备的使用寿命。

3. 精确控制：变频器具有精确的转速控制功能，能够根据不同的工艺要求，将水泵转速调节到最佳状态，提高系统的运行效率。

4. 减少水击：水击是由于管路系统中的压力变化引起的水流冲击。

使用变频器能够控制马达启动和停止的速度，降低水击的风险。

三、适用场景变频器在水泵系统中广泛应用于以下场景：1. 极端条件：对于一些特殊工况，如恶劣环境、高温或低温条件下的水泵运行，传统的启停方式可能会导致设备受损。

而变频器能够实现平滑启停，在极端条件下更加可靠。

2. 变动负载：某些工业生产过程中，水泵负载可能会随着生产变动而有所调整。

采用变频器可以根据实时需求调整马达转速，保持水泵系统的高效运行。

3. 多泵系统：在某些应用中，多个水泵需要同时工作以满足需求。

变频器可以在不同水泵间实现联动控制，使得水泵系统协调工作，提高整体性能。

4. 高要求工艺：在一些对水流控制要求高的工艺过程中，变频器能够根据实际需求调整马达转速，确保流量和压力的精确控制。

四、效果与展望变频器在水泵系统中的应用已经取得了显著的效果。

变频调速技术在水泵上的节能改造背景水泵是工业和民用领域中常用的设备之一，具有广泛的应用。

然而，许多传统水泵在工作过程中存在能源浪费的问题。

传统水泵通常采用固定转速，这会导致在某些使用条件下，水泵会产生过多的流量和压力，进而浪费大量的能源。

为了解决这个问题，现代技术中引入了变频调速技术，可以通过控制水泵运转的转速，从而更好地适应不同的工况，实现更高效的能源利用。

本文将介绍变频调速技术在水泵上的应用及其节能改造效果。

变频调速技术变频调速技术是控制电动机转速的一种方法。

在传统的固定转速的电动机中，电源的频率决定了电动机的转速。

而在变频调速技术中，通过改变电源的频率，可以控制电动机的转速。

具体来说，变频器是控制电动机转速的核心部件。

变频器通过调整电源的频率，改变电动机的转速，从而达到节能效果。

变频调速技术除了能够提高电动机的效率和延长寿命之外，还有以下优点：1.在水泵运行时，可以实现流量的实时控制，以适应不同的工况。

2.降低水泵启动电流，减少电流冲击，对电网产生的影响较小。

3.因为减少了电动机的噪声和振动，因此可以提高设备的可靠性和使用寿命。

变频调速技术在水泵上的应用变频调速技术在水泵上的应用有两种方式：1. 单变频控制单水泵这种方式是用一个变频器控制一个水泵。

这种方式在给定的工作条件下，可以帮助水泵调整流量和压力，从而达到更好的节能效果。

这种方式的应用非常简单，适用于小型和中小型水泵系统。

2. 多变频控制多水泵这种方式是用多个变频器控制多个水泵。

这种方式可以实现更高水平的节能效果。

通过分别控制每个水泵的速度，可以在每个水泵产生最佳的流量和压力，最终实现整个系统的最佳节能效果。

这种方式需要比较高的技术含量和较复杂的控制系统，因此适用于大型工业和民用水泵系统。

变频调速技术在水泵上的节能效果变频调速技术在水泵上的节能效果非常显著。

具体来说，可以达到以下效果：1.在变频控制下的水泵可以实现在额定流量下降低运行速度，从而降低能耗。

高性能变频调速设备在水泵系统中的应用研究水泵是工业生产中常用的设备之一，它的运行效率和稳定性对生产过程的顺利进行起着关键性的作用。

而高性能变频调速设备作为现代工业自动化控制中的重要组成部分，已经在各个行业得到广泛的应用。

本文将从高性能变频调速设备在水泵系统中的应用研究角度出发，探讨其对水泵系统性能的优化作用以及相关的技术挑战和发展趋势。

首先，高性能变频调速设备在水泵系统中的应用能够显著提高系统的运行效率和节能效果。

传统的水泵系统通常采用定速电机驱动，其输出功率通过机械装置进行调节。

这种方式存在着能量的浪费和系统运动惯量大的问题，容易导致系统能效低下。

而采用高性能变频调速设备可以根据实际工况需求动态调整电机转速和输出功率，实现精确的流量控制，从而避免了过量供水和运动惯量大的问题，提高了水泵系统的运行效率和能源利用率。

其次，高性能变频调速设备的应用还可以改善水泵系统的稳定性和可靠性。

常见的水泵系统在启动过程中存在启动电流冲击和机械震动等问题，这些问题对设备寿命和工艺稳定性造成影响。

而高性能变频调速设备可以通过软启动和电机转速平滑调整等技术手段，有效降低起动冲击和机械振动，提高水泵系统的启动稳定性。

此外，高性能变频调速设备还具备智能保护功能，可以监测水泵系统的工作状态，及时发现故障并进行报警处理，提高了整个系统的可靠性和安全性。

然而，高性能变频调速设备在水泵系统中的应用也面临一些技术挑战。

首先是技术复杂性和投资成本的考量。

高性能变频调速设备需要精确的控制策略和高速计算能力，对硬件和软件设计都提出了较高的要求。

此外，其成本较传统系统较高，对于一些中小型企业来说可能存在经济压力。

其次是对于系统集成的要求。

高性能变频调速设备需要与水泵系统紧密结合，涉及到机械传动、电气控制和自动化过程等多个领域的知识，对于系统集成的能力提出了较高的要求。

针对以上挑战，未来高性能变频调速设备在水泵系统中的应用还有一些发展趋势。

变频调速控制技术在水泵系统中的应用水泵是现代社会中不可或缺的设备，它广泛应用于建筑物、污水处理、农业灌溉等领域。

传统的水泵系统通常采用固定速度电机，需要根据不同的工作需求手动调节水泵的流量和压力，这种方式受到很多限制，效率低下，费用高昂。

而利用变频调速控制技术来实现水泵系统的升级和改造，不仅可以提高水泵的效率，降低能耗、减少环境污染，而且可以提供智能化的控制方式，使水泵具备更广泛的应用领域。

一、变频控制调速技术的原理和应用变频调速技术是一种通过调节电机转速来控制机器工作的一种先进技术。

其原理是将输入的电源交流电信号转化为直流电信号后，再将变频器中的先进控制电路对直流电进行变频，将变频后的交流电信号再送往电机进行控制。

在水泵系统中，变频调速技术可以根据需要调节电机转速，从而控制水泵的流量和压力。

通过变频调速技术，我们可以在水泵系统中实现以下功能：1.可实现高精度的调速控制。

变频器可以对电机的转速和输出功率进行精确的控制，从而更好地保证了水泵系统的运行效率。

2.可实现高效节能的水泵系统。

通过变频控制引入高效节能的能源管理理念，控制节能运行，降低能耗，减少能源的浪费，延长设备寿命。

3.可实现智能化的水泵控制系统。

变频调速技术可以实现水泵的自动化控制，不仅可以便于操作，而且可以确保操作的安全性和稳定性。

二、变频调速技术在水泵系统中的应用1.普通水泵的升级改造需要对水泵系统进行改造升级的，常常需要在原来基础上重新设计水泵的结构，来适应新的变频控制调速系统的应用。

首先，需要根据实际情况选用合适的电机和变频器，并进行电气配线。

然后，需要对水泵系统对原有的管路进行检查和改造，使得水泵同新的调速系统能够完美地相互配合。

这样以在投入使用之后能够呈现出一个稳定、高精度、高效的水泵系统。

2.高层建筑的冷却水泵系统建筑物中的冷却水泵系统通常采用固定速度电机，但是在不同的使用场景中，需要水泵输出的流量和压力是不尽相同的，这时用变频控制调速技术可以更好地控制水泵系统的运行。

变频调速技术在水泵控制系统中的应用变频调速（ＶａｒｉａｂｌｅＶｅｌｏｃｉｔｙＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ节能技术是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。

自８０年代世界各国将其投入工业应用以来，它显示出了强劲的竞争力，其应用领域也在迅速扩展。

现在凡是可变转速的拖动电机，只要采用该项技术就能取得非常显着的节能效果。

国家科委十分重视这一技术的推广工作，已在１９９５年将其列入国家级重点推广的科技成果项目。

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。

据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约４２００万台，装机容量约１．１亿千瓦。

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。

这是由于许多风机、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；还有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”，造成大量的能源浪费。

因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。

１水泵调速运行的节能原理图１为水泵调速时的全扬程特性（Ｈ－Ｑ）曲线。

用阀门控制时，当流量要求从Ｑ减小到Ｑ１，必须关小阀门。

这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从Ｒ移到Ｒ′，扬程则从Ｈ０上升到Ｈ１，运行工况点从Ａ点移到Ｂ点。

用调速控制时，当流量要求从Ｑ减小到Ｑ１，由于阻力曲线Ｒ不变，泵的特性取决于转速。

如果把速度从Ｎ１００降到Ｎ８０，运行工况点则从Ａ点移到Ｃ点，扬程从Ｈ０下降到Ｈ２。

根据离心泵的特性曲线公式：Ｐ＝ＱＨｒ／１０２１式中：Ｐ——水泵使用工况轴功率（ｋＷＱ——使用工况点的水压或流量（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：ＰＢ＝Ｑ１Ｈ１ｒ／１０２２ＰＣ＝Ｑ１Ｈ２ｒ／１０２３两者之差为：Δρ＝ＰＢ－ＰＣ＝Ｑ１Ｈ１－Ｈ２ｒ／１０２４也就是说，用阀门控制流量时，有ΔＰ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。

高压变频调速节能控制技术在水电厂水泵系统中的应用摘要：在对水泵电机变频调速节能控制原理进行简单阐述后，结合水电厂6.3kV一期高压水泵系统概况，对水电厂高压水泵系统变频节能升级方案、经济效益等进行了详细分析研究。

关键词：水电厂高压变频器 6.3kV电机节能升级改造从大量研究资料和实践工作经验可知，将辅机水泵系统常规的定速节流静态调节方式升级改造为变频节能动态调速控制方式，可以确保水泵拖动系统长期输出与输入间的动态平衡，其节能效果非常明显[1]。

1 变频调速节能控制原理输出转矩是水泵拖动系统调节功能的主要表现，而电机输入电源频率（f）、转差率（s）、以及磁极对数（p）三个特性参数间又具有一定的逻辑关系，即：从式（1）可以看出，要想确保水泵电机拖动系统处于节能经济运行工况，就需要动态调节电机拖动系统的输出转矩，即调节水泵电机的转速。

通过改变电机转差率（s）和磁极对数（p）两种方式来改变水泵电机的输出转速（转矩），将会涉及到对整个水泵电机内部机械结构优化改进，这在实践工程应用中不具备很强的普及应用特性。

因此，改变水泵电机输入电源频率（f），其不仅在理论研究中较为成熟，而且是实践工程应用中也已取得较为良好的节能应用效果[2]。

2 水电厂高压水泵系统概况某水电厂共装有8台600mV A机组，选用2台6kV 1600kW水泵电机作为一期机组排水系统的核心设备。

该排水系统由于其设计过程中估算排水量偏大，导致其功率选型值偏大，其实际所需排水量只有设计值的56%左右，存在严重“大马拉小车”问题，加上水泵电机采用静态阀门调速，能耗非常大，水泵电机拖动系统设备性能老化较为严重。

水电厂发电机组其一期机组排水系统，给水泵额定流量为247m3/h，额定转速为2960r/min；配套电机型号为YKS5004-2，额定功率为1600kW，额定电压为6.3kV，额定电流为188.4A，额定转速为2980r/min，功率因素为0.9，防护等级为F级IP55。