淺談變頻調(diào)速節(jié)能控制技術(shù)在水泵電機中的應(yīng)用

摘

要：目前我國泵類電機普遍存在運行效率偏低的問題，造成大量能源浪費，在國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的大環(huán)境下，對泵類電機進行節(jié)能改造勢在必行?，F(xiàn)首先分析了水泵電機節(jié)能改造的原理，接著分析了常用的水泵電機調(diào)速方法，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，變頻調(diào)速是最佳的調(diào)速方法，但其缺點是前期投資成本較高。最后結(jié)合實例分析，對于耗電量較大且需要頻繁變換工況的大型泵站，變頻調(diào)速節(jié)能控制技術(shù)是最佳選擇。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；水泵節(jié)能；變工況0引言相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國泵類電機所消耗的電量占全國總耗電量的20%以上。泵類電機的運行效率普遍偏低，大部分電機運行效率在50%～70%，部分老舊電機運行效率甚至在30%左右，這造成了大量的電能浪費。因此，采取有效的節(jié)能控制技術(shù)對泵類電機進行節(jié)能改造勢在必行。目前水泵電機的節(jié)能調(diào)節(jié)主要有兩類方法，即非變速調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)。其中，非變速調(diào)節(jié)包括改變水泵的啟停數(shù)量以及節(jié)流調(diào)節(jié)；變速調(diào)節(jié)則包括變級調(diào)速、串級調(diào)速、串電阻調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速、液力耦合器調(diào)速和變頻調(diào)速等。從理論上講，變速調(diào)節(jié)相比非變速調(diào)節(jié)更加節(jié)能，且變頻調(diào)速是目前公認最優(yōu)的調(diào)速方法。許多研究報道顯示，對于需要經(jīng)常變更工況的水泵，影響其能耗的主要原因是未選擇合適的調(diào)速方法。由此可見，水泵電機的調(diào)速方式與其節(jié)能降耗密切相關(guān)。本文將分析如何進行水泵電機的節(jié)能改造，并闡述變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)相比其他調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢。1水泵電機節(jié)能改造原理大部分水泵需要根據(jù)實際情況調(diào)整工況，而一旦工況改變，其對應(yīng)的揚程和流量等參數(shù)都會發(fā)生變化。圖1為某水泵電機的工作曲線（水泵性能和管道阻力曲線），從圖中可知，A工況點是曲線1和曲線3的相交點，通過控制閥門降低流量，其摩擦阻力就會變大，阻力曲線就會從1移到2，而此時工況點由A調(diào)整為B，揚程相應(yīng)提高，流量下降。若通過調(diào)速控制，則曲線1不變，曲線3變?yōu)榍€4，工況點也從A調(diào)整為C，工況點C的揚程和流量相比A工況點均有下降。通過對應(yīng)的公式計算B工況點和C工況點水泵的軸功率，兩者之差即為圖1中陰影部分的面積。所以，若通過閥門來調(diào)節(jié)流量，圖中陰影部分代表的就是被浪費的電能，且這一能耗會隨著閥門的不斷關(guān)小而急劇增加。反之，若控制閥門開度不變，通過改變水泵電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)工況的調(diào)整，能夠避免許多電能的浪費。因此，在需要經(jīng)常改變工況的水泵中，通過調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速改變其工況的節(jié)能方法是切實可行的。2水泵電機常用調(diào)速方法水泵電機的調(diào)速方法有很多種，常見的如變級調(diào)速、串級調(diào)速、串電阻調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速、液力耦合器調(diào)速以及變頻調(diào)速等。其中，調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速和液力耦合器調(diào)速的機械特性相對較差，串級調(diào)速和串電阻調(diào)速則功率因數(shù)較差，而變級調(diào)速的缺點在于需要頻繁啟動，這會產(chǎn)生較大的電流，影響水泵電機的使用壽命。而在各項評價指標上，除投資成本較高外，變頻調(diào)速均優(yōu)于其他調(diào)速方法。目前在國外泵類電機中，變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，相關(guān)的研究報道也較多，大量的實踐應(yīng)用也證明變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)相比其他調(diào)速節(jié)能技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）節(jié)能效率極高，大量報道表明水泵電機采用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，其綜合能耗可降低35%左右；（2）調(diào)速效率高，范圍廣；（3）可實現(xiàn)軟啟動和軟停機，對電網(wǎng)造成的沖擊小，能有效避免水錘現(xiàn)象的發(fā)生；（4）無需調(diào)節(jié)閥門，因此管道阻力常年保持固定不變，閥門及阻力管道使用壽命更長；（5）噪聲??；（6）即使變頻設(shè)施發(fā)生故障，也可改由電網(wǎng)供電，不影響水泵的正常運行。3變頻調(diào)速系統(tǒng)在水泵電機中的應(yīng)用實踐我國泵站中較為常用的是Q400-13-30型潛水電泵，通過廠家公布的性能曲線，可以查得其最優(yōu)工況點A=595m3/h，運行效率約為70%。該潛水泵可調(diào)工況范圍大，流量在280～700m3/h，此范圍內(nèi)綜合運行效率在52%～70%。對于此類工況變化較大的水泵，建議優(yōu)先考慮采用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，可選擇常用的CVF-P2型變頻器，該變頻器市場價約為1.5萬元。假設(shè)安裝變頻器后水泵電機能節(jié)能35%，根據(jù)水泵電機30kW的額定功率計算，一年能節(jié)省的電費就高達1.5萬元，即1年節(jié)能效益即可收回投資成本。上述成本分析是基于大型泵站考慮的，對于小型泵站站或家用的潛水泵，由于不需要經(jīng)常變換工況，變頻節(jié)能器的投資成本可能需要5年以上的節(jié)能效益才能收回成本，因此性價比較低。4結(jié)語在傳統(tǒng)水泵站中，主要通過調(diào)節(jié)閥門或擋板的開度來實現(xiàn)節(jié)流，此種節(jié)流調(diào)節(jié)方法操作簡單，成本低廉，但缺點是會造成大量的能源浪費。根據(jù)水泵電機的運行調(diào)節(jié)原理，學(xué)者們提出了變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，此技術(shù)能夠有效降低水泵電機的能耗。然而變頻設(shè)備前期投入成本較高，甚至高于水泵的價格，這在一定程度上制約了其廣泛應(yīng)用。近幾年，隨著