淺談風(fēng)機(jī)水泵自控系統(tǒng)變頻節(jié)能改造

蘇躍華

摘 要：對我國各領(lǐng)域中泵與風(fēng)機(jī)耗電量做了詳細(xì)的闡述，引出了變頻技術(shù)的概念。對泵與風(fēng)機(jī)在自控系統(tǒng)中的變閥調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)進(jìn)行了相關(guān)的描述和區(qū)分。通過分析風(fēng)機(jī)水泵自控系統(tǒng)的變頻節(jié)能原理，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)水泵自控系統(tǒng)的變頻節(jié)能改造。并列舉出變頻調(diào)節(jié)在風(fēng)機(jī)水泵自控系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)水泵；控制系統(tǒng)；變頻節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.072

0 引言

現(xiàn)如今的流量調(diào)節(jié)方式大部分依然是閥門調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式僅僅是改變了流通的阻力，對泵和風(fēng)機(jī)的輸出功率并沒有太大的改變，即浪費(fèi)了資源，又增加了工廠的運(yùn)營成本。因此，泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究越來越受到重視。變頻節(jié)能技術(shù)在泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造中得到了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)少數(shù)電廠也開始采用變頻器對風(fēng)機(jī)水泵進(jìn)行節(jié)能改造，取得了良好的節(jié)能效果。

1 變閥調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)

1.1 變閥調(diào)節(jié)

變閥調(diào)節(jié)的基本原理是通過改變管道閥門的開度，進(jìn)而調(diào)節(jié)泵和風(fēng)機(jī)的流量。當(dāng)變閥調(diào)節(jié)時(shí)，泵或風(fēng)機(jī)的功率和性能曲線基本，但是管道阻力的特性曲線會發(fā)生變化，泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線與新的管道阻力特性曲線的交點(diǎn)處就是新的工作點(diǎn)。

工作中，根據(jù)工作的需求，會開不同的風(fēng)量，一般現(xiàn)實(shí)中會采用機(jī)械的方法來調(diào)節(jié)檔風(fēng)板和閥門的幵啟角度，這種機(jī)械的操作方法具有以下缺點(diǎn)：（1）電機(jī)及風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，負(fù)荷也增強(qiáng)，功率高會出現(xiàn)浪費(fèi)電能的情況；（2）機(jī)械調(diào)節(jié)的方法，會出現(xiàn)調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確的情況，會出現(xiàn)調(diào)節(jié)不精確的情況，容易出現(xiàn)故障；（3）機(jī)械控制的方式，沒有緩沖作用，會導(dǎo)致剛剛啟動時(shí)電流急速上升，引起對電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)對風(fēng)機(jī)的電源容量要求比較高；（4）因?yàn)閯倓倖訒r(shí)對電網(wǎng)風(fēng)機(jī)沖擊十分大，會降低設(shè)備的使用壽命。

1.2 變頻調(diào)節(jié)

變頻調(diào)節(jié)是一種相對來說比較理想的調(diào)節(jié)方法，這種方法主要是通過改變性能曲線來進(jìn)而改變工作點(diǎn)，這種方法所利用的原理是變速調(diào)節(jié)沒有附加阻力。這種變頻調(diào)節(jié)的方法主要是利用變頻器來改變電源的工作頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)的無級調(diào)速。當(dāng)對泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速調(diào)節(jié)時(shí)，泵和風(fēng)機(jī)的效率基本上不會出現(xiàn)變化，流量會根據(jù)轉(zhuǎn)速按照一次方的規(guī)律進(jìn)行變化，而軸功率是按照三次方的規(guī)律發(fā)生變化的。工作中采用變頻調(diào)節(jié)，可以大大的減輕泵和風(fēng)機(jī)的磨損，進(jìn)而降低泵和風(fēng)機(jī)的噪聲，延長設(shè)備的使用壽命。利用變頻器可以實(shí)現(xiàn)大功率電動機(jī)的軟停、軟啟，可以避免了啟動時(shí)的電網(wǎng)沖擊，減少電動機(jī)的一些故障，進(jìn)而延長設(shè)備的使用壽命，同時(shí)也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。

2 變頻調(diào)節(jié)原理

變頻調(diào)速技術(shù)所原理是電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)工作電源的輸入功率是成正比的關(guān)系（n =60f（1-s）/p），（式中n是轉(zhuǎn)速，f是輸入功率，s是點(diǎn)擊轉(zhuǎn)差率，p是電機(jī)磁極對數(shù)）。變頻技術(shù)一般是利用電動機(jī)工作電源頻率的改變，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。根據(jù)流體力學(xué)的基本定律可知：泵和風(fēng)機(jī)都是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，他們的轉(zhuǎn)速n和流量Q是成正比關(guān)系的；壓力和轉(zhuǎn)速的平方是成正比關(guān)系；軸功率P與轉(zhuǎn)速的三次方是成正比關(guān)系。如圖1所示的H-Q流量特性曲線。

對風(fēng)機(jī)水泵的自控系統(tǒng)采用變頻控制技術(shù)，這種變頻技術(shù)就是用變頻器控制泵或風(fēng)機(jī)，減少泵或風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的空氣阻力，這種方法和調(diào)節(jié)擋風(fēng)板或調(diào)節(jié)閥門的開度相比，具有較好的節(jié)能效果。其節(jié)能原理如圖1所示。

曲線（1）是在功率不變的情況下風(fēng)機(jī)達(dá)到的轉(zhuǎn)速n1，此時(shí)是風(fēng)機(jī)的H-Q特性曲線。曲線（2）表示的是管道運(yùn)行時(shí)的風(fēng)阻特性。曲線（4）表示在風(fēng)機(jī)上進(jìn)行變頻改造后的運(yùn)行特性。當(dāng)風(fēng)機(jī)的額定功率在A點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)的風(fēng)壓為 H2，風(fēng)量為 Q1。根據(jù)流體力學(xué)可知軸功率 N1 與 Q1、H2 的乘積成正比。如果風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，假設(shè)從 Q1 減至 Q2，用閥門調(diào)節(jié)的方法就會增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的工況由A變到新的工況點(diǎn)B運(yùn)行。這時(shí)從圖中的交叉曲線可以明顯看出，風(fēng)壓隨著工況的變化發(fā)生了變化，風(fēng)壓增加，而軸功率與面積成正比。所以軸功率下降不大。而采用變頻調(diào)節(jié)的方法，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由 n1 降到 n2，根據(jù)上述的風(fēng)機(jī)變頻工作原理可得到轉(zhuǎn)速 n2 風(fēng)量（Q- H）特性，如曲線（4）所示。這時(shí)明顯看出，相對于閥門調(diào)節(jié)的方法，變頻調(diào)節(jié)在達(dá)到同樣的風(fēng)量下，風(fēng)壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效果是十分明顯的。

3 風(fēng)機(jī)水泵變頻改造的優(yōu)點(diǎn)

風(fēng)機(jī)與水泵通過變頻技術(shù)達(dá)到節(jié)能的原理基本相同的。根據(jù)上述的變頻調(diào)節(jié)原理可知，改變泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以改變其功率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。對風(fēng)機(jī)或水泵進(jìn)行變頻改造的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）變頻器可以控制電機(jī)在啟動時(shí)的電流。利用變頻調(diào)速則可以將頻率和電壓相關(guān)聯(lián)，變頻器就會根據(jù)矢量控制的方式控制電機(jī)運(yùn)行。所以用變頻調(diào)速的方法會在泵或風(fēng)機(jī)啟動時(shí)降低電機(jī)的啟動電流大小，使得電機(jī)繞組產(chǎn)生的熱量降低，從而增加了電機(jī)的使用壽命。（2）變頻器可以降低線路中的電壓波動。在電機(jī)的啟動和運(yùn)行過程中，電路中的電壓會隨著電機(jī)的功率發(fā)生波動。（3）采用變頻調(diào)節(jié)的改造方式使得所需功率下轉(zhuǎn)速降低。泵或風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行的情況下能夠減少磨損，降低噪音，減少運(yùn)營成本。（4）能夠?qū)崿F(xiàn)極佳的節(jié)能效果。因?yàn)樽罱K的能耗和電機(jī)的轉(zhuǎn)速是成立方比關(guān)系的，所以一般情況下采用變頻后，可以節(jié)省了很多的電量，同時(shí)也降低了成本，提高了效率。

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)水泵自控系統(tǒng)的應(yīng)用上已將越來越廣泛。變頻技術(shù)在節(jié)能、安全等方面比調(diào)節(jié)閥門開度的方法在性能上更優(yōu)良，能夠增加泵和風(fēng)機(jī)的使用壽命，節(jié)省用電成本。

參考文獻(xiàn)：

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