变频器在水泵调速中的应用优劣势分析

４２　新疆化工　２０１　０年第４期　

浅谈变频调速技术在风机、泵类中的节能应用　

周磊　

（新疆新化化肥有限责任公司，乌鲁木齐８３００９１）　

摘要：在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛，其电能消耗是一笔不小的生　

产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧，节能降耗业已成为降低生产成　

本、提高产品质量的重要手段之一。　

关键字：变频调速；节能　

１　引言　

八十年代初发展起来的变频调速技术，正是　

顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个　

全新的智能电机时代。普通电动机只能以定速方　

式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在　

无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求　

调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效　

运行的目的。　

通常在工业生产、产品加工制造业中风机设　

备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、　

通风系统等场合。根据生产需要对炉膛压力、风　

速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工　

艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调　

节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，　

不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运　

行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损　

失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到　限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。　

从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设　

备维护、维修费用高居不下。　

泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空　

间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）　

循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、　

齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产　需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设　

备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，　

不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性　

能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，　

严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。　

风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱　

动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电　

科技创新导报STyI2007NO.35ScienceandTechnologyInnovationHerald工程技术科技创新导报调速运行具有节能效果是转动机械本身具有的特性,只要能够根据负荷的需要调节转速就能达到节能的目的,我国常用的调速装置主要有两类,一类是电气类调速装置,另一类是机械类调速装置。电气类调速装置以其卓越的性能和利于设备改造等特点在实际生产中得到广泛应用,本文主要结合龙凤热电厂燃料分厂的生产实际,介绍变频调速技术在消防水泵中的应用。 1工作原理调速节能的原理已越来越多被广大技术人员所认识,那就是:液体的流量与转速的一次方成正比;压力与转速的二次方成正比;而功率则与转速的三次方成正比。因此,当系统工艺流程需减小流量而降低转速时,功率则大幅度下降。例如当流量与转速均降低1/2时,则功率降到原值的(1/2)3=1/8,节省了7/8。具有很高的节能价值。1.1变频调速的基本工作原理在变频调速中使用最多的变频调速器是电压型变频调速器,它是由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成(如图1所示)。在其工作时首先将三相交流电经桥式整流为直流电,脉动的直流电压经平滑滤波后在微处理器的调控下,用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源,输出到需要调速的电动机上。由电工原理可知电机的转速与电源频率成正比,通过变频器可任意改变电源输出频率从而任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。1.2自动切换的工作原理下面以两台消防水泵为例,介绍一下自动切换的控制原理,如图2。1、2号泵的电机与变频器连接,通过调节电机转速控制泵的输出能力。给定值和反馈值都接到变频器的PID控制器上(以1号泵运行为例),PID调节器通过调节1号泵的转速(频率)使反馈值跟随给定值,当PID的输出超过了用户设定值之后,变频器自动启动2号泵,当PID的输出低于用户设定值之后,变频器自动停止1号泵。2情况对比2.1传统水泵控制存在的弊端在传统的水泵控制方式中,靠调节出口或人工闸阀方式来进行,靠增加管网阻力达到变化流量和压力的目的。因此,在控制过程中,流程阻力相应增加,而此时水泵的特性曲线不变,叶片的转速不变,电机输入的功率并无减少,而是损失在调节过程中。传统的控制方式,造成水泵长期处于高速、满负荷状态下运行,因此造成维护量大,设备寿命低,通过节流调整流量还会造成运行现场噪声大,影响变频调速技术在消防水泵中的应用探讨刘建利(龙凤热电厂燃料分厂黑龙江大庆163711)摘要:变频调速技术是一项高新技术,对企业的挖潜增效有着及其重要的作用,变频装置的功能也日益完善,变频器以其优良的性能被广泛应用。本文从实际应用的角度出发,介绍变频调速技术的基本工作原理、并以龙凤热电厂燃料分厂为例进行了较详细的效益分析和论证,阐明了变频调速技术在生产实际中的作用。通过广泛应用此技术可以达到节能降耗,提高企业经济效益的目的。关键词:变频器功率能耗工况中图分类号:S762.3+3文献标识码:A文章编号:1674-098X(2007)12(b)-0072-01

２００９年第８卷第１１期（患第１３５期）　

变频技术在给水泵中的应用　

王冠桥，宋永增，刘顺，周忠安，周庆亮　

（山东兖矿集团华聚能源公司，山东邹城２７３５１３）　５３　

摘要：本文从变频技术的基本原理入手，通过讲述给水泵中变频技术运用的特点及实际运行效果，进一步阐明了变频技术在给　

水泵中的各项功能与优点，借以说明变频技术应在更广泛地领域中得到推广和应用。　

关键词：变频；给水泵；应用　

中图分类号：ＴＭ９２１．５１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—８０８９（２００９）１１－００５３—０１　

前言：随着电力技术的迅速发展，电力企业改革的各项工作　

日新月异，许多企业不断地在探索中摸索一些先进的管理方法、　科学技术及借鉴国外的先进经验。借助于计算机技术的不断渗　

透，渐渐地以微处理机ＣＰＵ为控制核心的变频器，在许多电力企　业中被越来越多的运用到各个生产设备和环节中，为企业的发展　

提供了新的方向和可操作空间。　山东华聚能源鲍店矿电厂经过几年来的摸索与实践，在利用　

变频技术方面已经有了许多宝贵的经验，在煤泥给料机、输渣系　

统、给水系统中已经充分采用了这种技术，并在生产过程中占据　举足轻重的位置．华聚能源鲍店矿电厂现有２台３５吨，／Ｊ、时、１台　

４Ｏ吨／／Ｊ、时、１台７５吨／／Ｊ、时锅炉，给水方式采用母管制，配备六台　

给水泵，其中ｌ＃一斜台给水泵电机的功率为１６０ｋＷ，其余５帮一　台功率为３５５ｋＷ。给水母管的压力在５．３～５．９ＭＰａ之间，而实　

际满足锅炉给水要求的正常压力则为５．４ＭＰａ左右。这样，给水泵　

长期处于轻载运行状态，造成了某种程度的能源浪费。实践证明，　应用变频调速技术改造泵组等设备，所取得的节能效果是十分显　

著的。　

一、变频原理　

变频器中的整流器将３８０Ｖ、５０Ｈｚ电压变换为直流电源，再　经过受控逆变器，转换为电压与频率比值一定的变频电源。由于　

变频器采用了以ＣＰＵ为核心的微处理技术及脉冲宽度调制技术　ＰＷＭ，使变频器的输出电流波形近似于正弦波。变频器可接受调　

ＡＣＡＤＥＭＩＧ　ＦＡＩＲＬＡＮＤ　Ｉ学术园地　◎董金刚长春市自来水公司　摘要：文章对变频调速的工作原理及在自来水供水工程中的应用做了详细的介绍，同　时还对变频恒压控制系统的工作原理进行了较为详尽的阐述，指出了给水行业采用频调　速技术应注意Ｂ０　ｉ＇￣题。　关键词：自来水供水变频调速应用　１．变频调速基本工作原理　通过改变供给电动机电源的频率值　达到改变电动机转速的目的，被我们称　之为变频调速。　２．变频调速技术的应用　变频器是将交流顺变成直流，平滑　滤波后再经过逆变回路，将直流变成不　同频率的交流电，使电机获得无级调速　所需的电流、电压和频率。　通过流体力学的基本定律可知：泵　类设备、风机都属于平方转矩负载，流量　与转速成正比，压力与转速的平方成正　比，功率与转速的立方成正比。我们知　道，在变频器向下调速时，属于恒转矩特　性。但是由于通用三相异步电动机的结　构特　，在其运行频率低于５０Ｈｚ以下时，　其额定输出转矩很难达到。而风机泵类　负载在低速运行时所要求的转矩也相应　降低，这正好适应了采用变频器驱动三　相异步电动机在低速运行时输出转矩下　降的特点。　３．变频调速的节能降耗作用　由于风机、水泵类大多为平方转矩　负载，轴功率与转速成立方关系，所以当　风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大　大下降，因此节能的潜力非常大，利用变　频器拖动电动机，启动电流小，可以实现　软启动和无极调速，方便地进行加减速　控制，使电动机获得高性能，大幅度的节　约电能，因而变频器在工业生产和生活　６０　中得到了越来越广泛的应用。　由于恒速电动机利用阀门调节供水　量，扬程特性不变，管组特性改变，大量　的能量损失在阀门上。　变频调速时的阀门为完全打开状　态，管组特性不变，扬程特『生随电机转速　的变化而变化，当泵的转速改变后泵的　性能曲线将同时改变，而转速将随频率　Ｈｚ改变而改变。对循环水泵性能分析可　知，水泵的扬程、流量和轴功率均与水　泵的叶轮转速之间存在着一定的比例关　系，即水泵流量与水泵转速的一次方成　正比。水泵的扬程与电机转速的二次方　成正比，电机转速与水泵的轴功率的三　次方成正比。即当水泵的流量降低２０％　的时候，电机的转速应降低２Ｏ％，水泵的　电耗将降低５Ｏ％；当水泵的流量降低５０％　的时候，电机的转速注降低５０％，水泵的　电耗降低８７．５％。当系统需要的流量降低　时，通过降低转速，相应地水泵的流量　降低，水泵的轴功率降低，节约电能效果　显著。并且由于采用变速调节，采用阀１－］　调节时不必要的阀门压头损耗也避免　使水泵在变频速度的过程中始终处在高　效区。而电动机在变频调速过程中，由于　电动机电压随着转速而变化，确保了电　动机在轻载时也能工作在高效区。　４．变频恒压供水技术　恒压供水调速系统实现水泵电机无　极调速，依据用水量的变化（实际为供水　管网的压力变化）自动调节系统的运行参　数，在用水量发生变化时保持水压恒定　以满足用水要求。　４．１变频恒压控制系统的工作原理　变频调速控制是厘压供水系统的核　心部分，整个系统见图１。　图中，水泵电机是输出环节，转速由　变频器控制，实现交流量恒压控制，变频　器接收控制器的信号对水泵进行速度控　制；控制器综合给定信号后，经过ＰＩＤ调　节，向变频器输出运转频率指令；压力传