利用变频技术实现水泵风机有效节能

芮雪

摘 要：本文将对水泵与风机的变频节能原理进行分析，并阐述变频技术应用的优点，希望可以为相关工作者的研究提供一些帮助。

关键词：变频技术;水泵;风机

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.133

0 前言

进入新时代后，随着城市化进程的深入，人们生活质量逐渐提高，这也使得能源消耗逐渐成为了限制我国经济健康发展的一个重要因素。目前，水泵、风机中的电动机大部分都是非调速性的电动机，若将其改成调速电动机，那么就能够达到理想节能效果，因此，必须了解变频技术节能原理与优点，并加强对其的运用，从而有效解决能源不足问题。

1 变频技术节能原理

变频技术指的就是将直流电逆变成频率不同的交流电的一种转换技术，其不但可以把交流电变成直流电之后再将其逆变成各种频率的交流电，其还能够把直流电变成交流电后再变成直流电，这一过程中，发生变化的是频率而不涉及到电能[1]。变频器是以变频技术为基础产生的，由于可以对速度进行精确控制，变频器能够在众多电机拖动场合运用，并为机械的变速、升、降等操作提供便利。通常情况下，变频器是在长时间运行、高负荷、恶劣工作环境以及复杂系统等工况中运用。

1.1 水泵节能原理

在对水泵进行设计时，设计人员会在综合考虑用户平均消耗量总和的基础上，合理设计其容量，并根据额定用量来明确水泵类型。但是，在实际运行过程中，用户需求量会在天气和气候等的影响下出现变化，并导致水压力与流量的变化，所以，必须对水泵进行调节。以往给水调节主要是运用管路压力调节阀来完成节流调节，但是这种方式不仅不会减少对电能的消耗，还有着较大的扰动范围。若是使用分布式的水泵系统，那么在变频技术的作用下，则不需要安装调节阀门就可以完成节流调节。在离心泵中，流量Q和转速n之间成正比例，即Q1/Q=n1/n2;扬程H和转速n的二次方也成正比例，即H1/H2=n12/n22;而轴功率N则是和转速三次方之间成正比例，即N1/N2=n13/n23。同时，异步电动机的转速公式是n=60f（1-s）/p，其中f是频率，s是转差率，p则是极对数。由于转速和频率之间是正比例关系，所以，在频率发生变化时，转速也会相应变化。通过这一原理的运用，变频器可以实现对水泵的节流调节。另外，在不考虑水泵转动速度下降导致效率降低的情况下，通过上述公式可知，在流量Q下降到Q1后，水泵转速、压力以及电机功率等都会呈现不同程度的下降。由此看来，将变频技术运用到水泵中可以实现有效节能。

1.2 风机节能原理

变频器在风机控制系统中工作的过程如下：先通过变频器输入端子来对风压进行设定，之后，传感器把接收到的压力信号传输给变频器，在预编程序的作用下，变频器可以针对不同压力将对应的控制信号输出，以此来通过对电动机的控制，让风压随着风机转速变化，最后，风压传感器可以把相关信号输送到变频器中，从而实现电动机的自动控制。

引风机与鼓风机的共同点就是耗电量大、运行效率低以及调节效率不高，在具体调节过程中，其会损失大量能量。虽然在设计时留出了较大的安全裕量，但由于风机实际参数和额定参数存在较大不同，这就导致风机在实际运行中有着较低的效率。对风机风量进行调整的传统方法就是通过对挡板开度的改变来实现风量调节，而这种方法虽然可以减少风量，但是其同时也加大了风的阻力，并不具备节能效果。变频技术的运用主要是通过电机转速来调节风量，风量与电机转速是成正比的，即风量变小，电机的转动速度也会下降，这样耗电量就会减少，从而真正实现风机节能。

通过流体力学可以发现，风量和转速之间成正比例，风压和转速的二次方之间成正比例，而轴功率则是和转速的三次方之间成正比例。在运用变频器后，转速与轴功率也会随着风量的减少而减少。虽然还需要对转速下降带来的效率下降与附加控制装置效率影响等进行综合考虑，但其仍然有着较好的节能效果。

通过对不同控制方式下风机运行效率的对比得出如下结果：在负荷较高时，无论是哪种控制方式，其消耗的功率基本相同;而在负荷较低时，变频控制方式消耗的功率随着负荷降低而减少。因此，若风机在高负荷区工作，那么就使用工频电源;若风机在低负荷区工作，那么就使用变频控制，这样，就能够得到良好节能效果。

2 变频技术的优点

变频技术具有以下四方面优点：首先，对电机启动电流进行控制。在直接启动工频电机时，启动的电流会超出额定电流，通常情况下是比额定电流高出4到7倍，而这也就会使电阻绕机电应力大幅增加并导致热量的产生，会减少电机的使用寿命。而变频技术的运用则可以实现电机的零电压、零速启动。只要将电压与频率联系起来，变频器就能够通过矢量控制方法或者是WF来带动负载，并完成相应工作。通过这一方式，不仅可以使电机启动电流大幅度下降，还能够促进绕组承受能力的提升，从而增加电机使用寿命并减少维护成本。其次，降低电压波动。在启动电机时，不仅电流会增加，电压也会出现较大波动。其中电机启动功率的大小与配电网容量对电压下降程度起着决定性作用。同时，电压的下降也会给电压敏感设备带来不良影响，如故障跳闸或者是接触器、传感器、咒机以及接近开关等出现错误。但是，在使用变频技术之后，因为电机可以实现零压力、零频启动，所以可以有效避免电压下降问题的出现。再次，变频技术可以实现电机与风机的低速运行，减少其受到的磨损并降低噪音，从而延长二者额使用寿命。最后，节能效果较好。因为能耗和电机转速之间成立方比，所以，在运用变频技术之后，可以节省大量成本[2]。

3 结论

综上所述，变频技术具有使用便利、结构简单、运行稳定、调速范围广、保护功能完善以及节能效果好等特点。因此，必须加强变频技术在水泵、風机中的运用，降低交流电动机的能耗，节省大量资源、能源，从而促进我国经济更好更快发展。

参考文献：

[1]张德全.变频技术在电厂泵与风机中的运用综述[J].变频器世界，

2018（06）：51-54.

[2]程丽娟，程丽娟.变频技术在火电厂的泵与风机中的应用[J].电子世界，2017（20）：169+171.