浅析水泵电机变频调速技术的应用

栾海彦

摘 要：目前在我国工业生产企业中，水泵电机是广泛应用的生产设备，同时也是功耗较大的设备，在当前国家节能减排政策的大力提倡下，如何在提升水大泵电机工作效率的同时，使其实现节能已成为当前工业生产企业广泛关注的重要课题。水泵电机变频调速技术就是在此基础上发展起来并得到大家普遍欢迎，这对于工业企业改进生产也发挥了极其重要的作用。文章对水泵电机变频调速技术的原理、优越性及常用的变频调速技术进行了分析，并进一步对影响水泵电机变频调速节能效果主要原因进行了具体的阐述。

关键词：水泵电机；变频调速技术；节能效果

处于运行中的水泵电机，只有处于运行的高效区才能确保其实现节能的效果，但水泵电机在运行中会受到诸多因素的影响，如水量和压力等，而且这些影响因素处于动态的状态下，所以运行中也不可能维护单一的工况进行运行，要想使其始终处于高效区运行的可能性不大。所以需要针对工况点来对水泵电机的运行进行合理的调节，而且在长期的实际运行中发现，利用水泵特性贡线调节可以实现良好的节能效果。所以利用变频调速对水泵性能曲张具有连续的改变作用，可以使水泵工况点沿管路特性曲线变化来运行，而且可以实现良好的控制。

1 水泵电机变频调速技术原理

长期以来所用的水泵电机都具有固定的转速，利用这样的电机来驱动水泵，同时利用控制阀来实现对管道流量变化的控制。这种控制方式在用水量大时，由于水泵会处到额定条件下运行，其运行效率则处到最高水平，而一旦用水量减少时，则会利用调节阀门来减小出水量，实现对流量的控制，但此时水泵运行及出水量之间具有较大的压差，水泵仍处到额定的功率下运行，这样势必会导致大量的能量随着水流被带走，所以利用阀门来对流量进行控制，能量的损失十分大。而利用变频调速来对水泵电机进行控制则会达到有效的节能目的。因为此时的水泵电机会处于一个可变速情况下，这时水泵的特性曲线则会与系统中任何流量条件下的需要相互匹配，这样则会有效的避免能量的损失，实现良好的节能效果。利用变频调速技术可以在压力传感性的帮助下将压力信号转换为电信号，然后与压力值在进行比较和运算，并将其运算结果转换为频率调节信号送至变频器，从而实现对水泵电机电源频率的调整，对水泵的转速进行控制。

2 水泵电机变频调速技术的优越性

目前在我国工业生产企业中，水泵电机变频调整技术得到广泛的应用，而且也取得了良好的社会效益和经济效益，经过多年的运行和使用，不仅积累了丰富的运行经验，而且也达到了节电的效果。目前水泵电机变频调速技术不仅运行的稳定性较好，而且在操作上更为简单方便、易于管理，而且随着计算机技术的发展，目前水泵电机变频调速系统已实现了微机的自动管理，这对于生产企业工作效率的提升起到了积极的作用，而且也有效的确保了生产服务的质量，实现了节能增效的目标。水泵变频调速技术广泛应用后，有效的降低了生产企业的能耗，但由于应用电机变频调整速控制技术需要加强许多电力设备和设施，投入较大，但如果从长远的经济效益和社会效益来讲，其还具有非常好的经济性，是节能的最重要措施之一。

3 常用的水泵电机变频调速技术

电网所供应的电流，利用变频调速技术，将交流电转变为电压和频率均可以进行调节的交流电，将可调节的交流电供给电动机，使其实现在可变速的情况下进行运行。在实际运行中，利用变频调速在调频的同时，通过对定子电压进行改变，这样在保证转矩不变的同时，也避免了铁芯发热情况的发生。因此实现调频调压的电路通常有两种：即交-直-交变频器；交-交变频器。

3.1 交-直-交变频器

它是由三个环节组成：可控硅整流电路，其作用是将电压、定频率的交流电路变为电压可调的直流电；可控硅逆变电路，其作用是将整流电路输出的直流电变换为频率可调的交流电；滤波环节，它在整流电路和逆变电路之间，一般是利用无电源电容或电抗器对整流后的电压或电流进行滤波。近年来，由于电力电予器件和微机控制技术的发展，脉冲宽度调制（简称PWM）变频器技术获得了飞速的发展。PWM变频器也有电压型和电流型两种，目前以电压为主，由不可控整流电路、滤波电容及逆变电路组成。它不仅可改变逆变器输出电压，而且具有抑制谐波功能，是一种比较理想的方式。

3.2 交-交变频器

它是由两组反并联的整流电路组成，直接将电网的交流电通过变频电路同时调节电压和频率，变成电压和频率可调的交流电输出。交-交变频器由于直接交换，减少换流电路，减少损耗，效率高，波型好，但调速范围小，控制线路复杂，功率因数低，目前应用的较少。

4 影响水泵变频调速节能效果的主要原因

4.1 调速范围对调速机组效率的影响

4.1.1 调速范围过大影响水泵自身效率

从理论上讲，水泵的最佳运行状况是水泵运行工况点沿管路特性曲线变化，水泵效率高且管路压力合适，供水系统则可以实现最大限度的节能。但在实际运行过程中，变频调速却无法保证这些工况点始终处于水泵调速的高效区内运行。

4.1.2 调速范围过大影响电机效率

若电机输出功率过度偏移额定功率，或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快。同时，频率过低，也会影响电机效率。电机效率的过低，导致整个水泵机组的效率不可能理想，也就不能实现节能目的。而且自冷电机连续低速运转时，也会因风量不足影响散热，威胁电机安全运行。

4.2 调速对与之并列运行的定速泵效率的影响

供水系统往往是多台水泵并联供水，一般采用调速泵、定速泵联合供水。但应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。由于并列运行的定速泵的协同影响，调速泵的调速范围受到了很大的限制，随着调速的进行，工频泵的工况点最好位于水泵高效区的最左端，调速范围最大；变频泵的工况点最好位于水泵高效区的最右端，调速范围最大。同型号水泵一调一定，其要求则完全相反，很难同时满足。

4.3 不同调速供水方式对节能效果的影响

水泵电机变频调速技术在应用中，其通常会采用变频恒压变流理供水和变频变压变流量供水两种方式，恒压供水时水泵工况点处于一条水平直线上，而变压供水会是工况点沿管线特性曲线进行移动。在这两种供水方式中，恒压供水方式没有考虑到供水管路流量小时水头损失小所造成的能量浪费情况，所以其经济性较之变频变压流量供水方式要差得多。

5 结束语

目前变频调速技术的广泛应用，对于水泵电机进行调速已取得了非常好的运行效果，不仅其运行特性较为明显，而且实现了明显的节能，在工业生产企业中已成为较为常用的一项技术，对实现节能发挥了非常积极的作用。

参考文献

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