變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應用

作者：廣州華南理工大學自動控制工程系（５１０６４１） 金傳偉 毛宗源 來源：《電子技術(shù)應用》 變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應用 摘要：介紹了水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的節(jié)能原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及節(jié)能效果。系統(tǒng)運行結(jié)果表明：水泵采用變頻調(diào)速控制，節(jié)能效果顯著，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。 關(guān)鍵詞：變頻器 水泵 節(jié)能 調(diào)速技術(shù) 變頻調(diào)速（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?節(jié)能技術(shù)是一項集現(xiàn)代先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高效節(jié)能技術(shù)。自８０年代世界各國將其投入工業(yè)應用以來，它顯示出了強勁的競爭力，其應用領域也在迅速擴展?，F(xiàn)在凡是可變轉(zhuǎn)速的拖動電機，只要采用該項技術(shù)就能取得非常顯著的節(jié)能效果。國家科委十分重視這一技術(shù)的推廣工作，已在１９９５年將其列入國家級重點推廣的科技成果項目。 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(guān)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 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理 圖１為水泵調(diào)速時的全揚程特性（ｈ－ｑ）曲線。用閥門控制時，當流量要求從ｑ減小到ｑ１，必須關(guān)小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大，阻力曲線從ｒ移到ｒ′，揚程則從ｈ０上升到ｈ１，運行工況點從ａ點移到ｂ點。 用調(diào)速控制時，當流量要求從ｑ減小到ｑ１，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ｎ１００降到ｎ８０，運行工況點則從ａ點移到ｃ點，揚程從ｈ０下降到ｈ２。 根據(jù)離心泵的特性曲線公式： ｐ＝ｑｈｒ／１０２η?（１）? 式中：ｐ——水泵使用工況軸功率（ｋｗ）；? ｑ——使用工況點的水壓或流量（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： ｐｂ＝ｑ１ｈ１ｒ／１０２η ?（２）? ｐｃ＝ｑ１ｈ２ｒ／１０２η ?（３）? 兩者之差為： δρ＝ｐｂ－ｐｃ＝ｑ１（ｈ１－ｈ２）ｒ／１０２η?（４） ? 也就是說，用閥門控制流量時，有δｐ功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時，根據(jù)流量ｑ、揚程ｈ、功率ｐ和轉(zhuǎn)速ｎ之間的關(guān)系，有： q2 / q1=n2 / n1 ? h2 / h1=(n2 /n1 )2 (5) p2 / p1=( n2 / n1 )3