变频调速技术在水泵控制系统中的应用

作者：广州华南理工大学自动控制工程系（５１０６４１） 金传伟 毛宗源 来源：《电子技术应用》 变频调速技术在水泵控制系统中的应用 摘要：介绍了水泵变频调速控制系统的节能原理、系统结构及节能效果。系统运行结果表明：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：变频器 水泵 节能 调速技术 变频调速（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?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著的节能效果。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／１０２η?（１）? 式中：ｐ——水泵使用工况轴功率（ｋｗ）；? ｑ——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／１０２η ?（２）? ｐｃ＝ｑ１ｈ２ｒ／１０２η ?（３）? 两者之差为： δρ＝ｐｂ－ｐｃ＝ｑ１（ｈ１－ｈ２）ｒ／１０２η?（４） ? 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。而用转速控制时，根据流量ｑ、扬程ｈ、功率ｐ和转速ｎ之间的关系，有： q2 / q1=n2 / n1 ? h2 / h1=(n2 /n1 )2 (5) p2 / p1=( n2 / n1 )3