水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用探討

王瑞玲

（黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150025）

水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用探討

王瑞玲

（黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150025）

本文通過對(duì)水泵電機(jī)變頻調(diào)速的原理和探究過的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析，闡明了水泵變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，也分析了水泵電機(jī)變頻的原理和應(yīng)用結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際情況，要從變頻調(diào)速和節(jié)流調(diào)速兩方面進(jìn)行分析，研究管路和水泵的特性曲線，闡明水泵電機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能效果，實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的顯著效果。

水泵電機(jī)；變頻調(diào)速；變頻器；節(jié)能；高效率

如今隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)普遍在生活之中，而對(duì)于水泵電機(jī)的要求也越來越高，變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為了首選的控制設(shè)備，并已經(jīng)開始廣泛的應(yīng)用到生活中。而節(jié)約能源也是當(dāng)前社會(huì)宣傳倡導(dǎo)的一項(xiàng)活動(dòng)，不管是企業(yè)還是個(gè)人，都要自覺的節(jié)約能源。這樣一來，降耗就開始變成當(dāng)代企業(yè)用來減少資本，提升生產(chǎn)效率的最有效的環(huán)節(jié)。水泵電機(jī)變頻的原理和應(yīng)用是具有很強(qiáng)的實(shí)用性的，我國(guó)耗電設(shè)備容量巨大，耗電較多，節(jié)能空間卻是很廣的，所以，變頻調(diào)速技術(shù)的研究成了熱門的話題。

1 變頻調(diào)速的作用

變頻器采用微電子和變頻的技術(shù)，通過改變電源的頻率，來控制電力控制設(shè)備，根據(jù)工作需要的電壓來提供電壓，從而達(dá)到調(diào)速和節(jié)能的目的。隨著我國(guó)工業(yè)迅猛的發(fā)展，變頻器的應(yīng)用也更加廣泛。變頻器雖然有昂貴的價(jià)格，但是它的功能強(qiáng)大，應(yīng)用到了好多領(lǐng)域，它的通途和外形也多種多樣，它的結(jié)構(gòu)原理雖然復(fù)雜，但是它操作簡(jiǎn)便，易于使用。變頻器有節(jié)能的作用，也可以穩(wěn)定電機(jī)的系統(tǒng)。變頻器最主要的目的是用來省電，在電機(jī)中裝用了變頻器之后，節(jié)省下來的電量是很大的。

1.1 控制電機(jī)啟動(dòng)的電流

當(dāng)電機(jī)的直接啟動(dòng)是通過該工頻時(shí)，電機(jī)會(huì)產(chǎn)生七到八倍的額定電流，而這個(gè)電流會(huì)產(chǎn)生熱量，并且顯著加大電機(jī)的繞組電應(yīng)力，最終減小了電機(jī)壽命。變頻調(diào)速的使用，可以在電機(jī)無電壓無速度時(shí)啟動(dòng)，也可以適當(dāng)?shù)募愚D(zhuǎn)矩提升。如果明確的電壓和頻率的關(guān)系，變頻器就能夠開始依照矢量控制的方式來帶動(dòng)負(fù)載，從而進(jìn)行工作。想要有效的減小電機(jī)的啟動(dòng)電流，就要使用變頻調(diào)速技術(shù)，而且變頻調(diào)速技術(shù)還明顯的提高了繞組的承受力。這種技術(shù)可以降低電機(jī)維護(hù)的成本，讓電機(jī)的使用壽命變長(zhǎng)。

1.2 能降低電力線路中電壓的波動(dòng)

當(dāng)電機(jī)的直接啟動(dòng)是通過工頻時(shí)，不僅是電流急劇的增加，而且電壓相應(yīng)的也會(huì)有很大的波動(dòng)，電機(jī)的配電網(wǎng)容量和功率的大小決定著電壓的下降幅度。相同供電的網(wǎng)絡(luò)中，電壓的敏感設(shè)備故障發(fā)生跳閘或者工作異常等，都是由于電壓的下降而導(dǎo)致的。例如，接觸器、接近開關(guān)和傳感器等，都會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在應(yīng)用了變頻調(diào)速之后，因?yàn)殡姍C(jī)可以在無電壓無速度時(shí)啟動(dòng)，所以降低了電壓波動(dòng)的幅度，從而在平穩(wěn)電壓的下降程度上盡到了最大的可能。

1.3 使電機(jī)啟動(dòng)的功率變低

電機(jī)的功率是與電流及電壓的乘積成正比的，變頻啟動(dòng)時(shí)的電機(jī)所需要的功率，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用工頻直接來啟動(dòng)的電機(jī)。在電機(jī)的配電系統(tǒng)達(dá)到最高的極限時(shí)，如果還是直接通過工頻來啟動(dòng)電機(jī)，那么產(chǎn)生出的電涌就會(huì)使同一電網(wǎng)上其他的用戶產(chǎn)生較大的影響，將會(huì)導(dǎo)致來自電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)商的警示，甚至更嚴(yán)重的后果。因此，使用變頻調(diào)速器來控制電機(jī)的工作和停止，就能很好地控制電機(jī)啟動(dòng)的頻率，這樣就能解決電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電涌影響其他用戶的問題，變頻調(diào)速技術(shù)不僅能方便自己，也造福了別人。

1.4 加速的控制

變頻調(diào)速技術(shù)可以讓電機(jī)在沒有速度時(shí)啟動(dòng)，并且能夠根據(jù)不同的需要來以均勻的速度加速工作，在工作過程中，還可以選擇不同的加速曲線，例如，可以是S型的加速，可以是直線型的加速，還可以是自動(dòng)加速。另外，在使用工頻啟動(dòng)電機(jī)的時(shí)候，電機(jī)或者與其相連機(jī)械部分的分軸，或者齒輪等，也都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的劇烈振動(dòng)。而這些振動(dòng)，將加快電機(jī)和機(jī)械設(shè)備的損壞和磨損，降低了電機(jī)和和機(jī)械設(shè)備以及其內(nèi)部零件的使用壽命。此外，電機(jī)的變頻啟動(dòng)還可以在灌裝線上得到應(yīng)用，避免瓶子的倒翻。

1.5 其他作用

變頻調(diào)速還有很多作用。可以調(diào)節(jié)電機(jī)或者水泵的運(yùn)行速度，還可以通過遠(yuǎn)程控制來控制電機(jī)或者水泵的工作速度；可以調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)矩的極限程度，防止機(jī)械設(shè)備受到損壞，可以利用變頻調(diào)速來設(shè)置合適的準(zhǔn)據(jù)極限。電機(jī)在沒有變頻的操作的幫助下，只能依靠熱保護(hù)控制轉(zhuǎn)矩的極限，通過變頻調(diào)速，就可以很好的改善電機(jī)的這一缺點(diǎn)；可以實(shí)現(xiàn)可逆的運(yùn)行，可逆控制很簡(jiǎn)單，不需要浪費(fèi)財(cái)力的額外的控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序就可以了，這樣一來，不僅能節(jié)省安裝額外的控制裝置的空間，還可以減少維護(hù)電機(jī)維護(hù)的成本；能夠減少機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)部件，因?yàn)楦咝兽D(zhuǎn)矩的輸出，只要依靠同步電機(jī)和變頻器就可以完成，這樣就可以直接省去了齒輪箱等起傳動(dòng)作用的零件，從而形成直接的變頻的傳動(dòng)系統(tǒng)，降低了使用的空間和成本，又能提高電機(jī)或水泵的穩(wěn)定性。

2 水泵電機(jī)變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

水泵電機(jī)變頻調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，分為直流和交流兩種。水泵電機(jī)變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是平滑性能好，調(diào)速效率也高，低速時(shí)的靜關(guān)率高，而且穩(wěn)定性也好。在啟動(dòng)電流較低時(shí)，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)和電網(wǎng)沒有沖擊，而且節(jié)約電的效果也很好。電機(jī)變頻的速率，不僅僅體現(xiàn)了節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，還能在節(jié)能的基礎(chǔ)之上提高工作的效率，它還具有良好的自我保護(hù)功能等。下面我們就來看一看這些優(yōu)點(diǎn)。

2.1 節(jié)能

各種水泵舊式調(diào)速的方法，是通過調(diào)節(jié)出口或入口的閥門或擋板的開口大小，來調(diào)節(jié)水量的大小。如果它輸入的功率較大，所以能源的消耗大部分在閥門或擋板的截流的過程中。眾所周知，水泵消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即P=Kn3。其中P為水泵消耗功率；n為水泵運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速；K為比例系數(shù)。水泵變頻調(diào)速的技術(shù)，在水泵工作的過程中使用變頻調(diào)速，當(dāng)要求水通過泵的流量減小時(shí)，就可以直接減小水泵的轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到要求，減小了電能的消耗。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，大大降低了能耗。水泵的變頻調(diào)速，可以依照水泵實(shí)際用水的情況來制定管網(wǎng)壓力，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制水泵的進(jìn)出水量，在一定程度上減少了漏水的現(xiàn)象，從而節(jié)約了水資源。

2.2 其他優(yōu)點(diǎn)

水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用不僅能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還能提高產(chǎn)品的產(chǎn)量。變頻調(diào)速的主要目的是節(jié)能，但在節(jié)能的基礎(chǔ)之上，可以變頻調(diào)速的水泵電機(jī)還有更多的優(yōu)點(diǎn)。其一，它可以使水泵電機(jī)的運(yùn)行更加可靠。在電機(jī)的啟動(dòng)過程中，需要變頻器來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)能使水泵不再受到工頻啟動(dòng)的沖擊，能夠有效地防止管網(wǎng)受到?jīng)_擊，讓管網(wǎng)不能達(dá)到承受極限，也就不會(huì)發(fā)生管道破裂等現(xiàn)象；其二，現(xiàn)在的水泵變頻調(diào)速電機(jī)結(jié)合了高科技的設(shè)備，具有強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能。它可以時(shí)刻監(jiān)控著每個(gè)站點(diǎn)，像電機(jī)工作的頻率、工作時(shí)的電流、電壓、管網(wǎng)的流量以及壓力等等。它還能夠統(tǒng)計(jì)各個(gè)站點(diǎn)的用電量和用水量，統(tǒng)計(jì)出來的結(jié)果還可以直接打印成書面文字，方便分析和檢查；它操作方便，可以靈活控制。我們可以隨意制定什么時(shí)候給水，或者在哪段給水，通過手動(dòng)的控制，就可以簡(jiǎn)便的完成；水泵電機(jī)的變頻調(diào)速有很強(qiáng)的自我保護(hù)能力，如果水泵出現(xiàn)了問題，警報(bào)信息就會(huì)很快的傳來，還會(huì)在警報(bào)的同時(shí)，啟用備用泵來維持供水。

3 兩種水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)

要更好地調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，我們就要改變定子的頻率。同時(shí)也就改變了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，但轉(zhuǎn)差率卻可以較小或者不變。而定子頻率的轉(zhuǎn)變，也會(huì)給電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行帶來影響，如果其電壓沒有變化，頻率若是增加，磁通量減少，從而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也就會(huì)一直下降。所以，在調(diào)頻的同時(shí)，應(yīng)更改定子的電壓，但要保持磁通的不變，在鐵芯不發(fā)熱的同時(shí)，轉(zhuǎn)矩也不能改變?？紤]到這些事情之后，就出現(xiàn)了兩種水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)。

3.1 交——交變頻器

這種變頻器是由可以控制的硅整流電路，可控制的硅逆變電路，還有濾波環(huán)節(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)組成的。可控制的硅整流電路的作用是把交流電路轉(zhuǎn)換成為直流電路。可控制的硅逆變電路的作用是將直流電轉(zhuǎn)換成為交流電。濾波環(huán)節(jié)則是對(duì)整流以后的電壓、電流進(jìn)行濾波的過程。在這種變頻器中，又分為電壓變頻器和電流變頻器。

3.2 交——直——交變頻器

這種變頻器是由兩組反并聯(lián)整流電路組成的，在調(diào)節(jié)頻率和電壓的同時(shí)，可以讓電網(wǎng)交流電直接通過變頻電路。由于這種變頻方式屬于直接交換，損失消耗就比較小，工作的效率相對(duì)來說就比較高。但缺點(diǎn)是調(diào)速范圍相對(duì)來說較小，需要操縱的線路較復(fù)雜，因此，少數(shù)人會(huì)應(yīng)用這種變頻器。

4 水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)在應(yīng)用過程中要注意的事項(xiàng)

雖然水泵電機(jī)的變頻調(diào)速在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)展的很好，但是在實(shí)際的操作和應(yīng)用中仍然存在著很多問題，以至于使用變頻調(diào)速的結(jié)果不夠理想。所以，我們要注意水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的合理使用，不能盲目操作，更不能濫用這種技術(shù)。不合理的使用水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，不僅不會(huì)帶來好處，反而會(huì)帶來危害。在變頻調(diào)速使用的過程中，也會(huì)有一些干擾變頻調(diào)速水泵節(jié)能的因素，這些干擾因素影響著節(jié)能的效果。下面，我們就來看一看，水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)在應(yīng)用的過程中應(yīng)該注意的事項(xiàng)。

4.1 變頻調(diào)速和水泵節(jié)能

工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)合理化是水泵調(diào)節(jié)的重要環(huán)節(jié)，它的調(diào)節(jié)形式有下面兩種：一種是管路的特性曲線調(diào)節(jié)，就像關(guān)閥調(diào)節(jié)等；另一種是水泵的特性曲線調(diào)節(jié)，像水泵的調(diào)速等。更改水泵的特性曲線的方法與更改管路的特性曲線相比，前者更能體現(xiàn)出節(jié)能的效果。所以，能夠體現(xiàn)水泵節(jié)能最好的方法，就是更改水泵的特性曲線。變頻調(diào)速的應(yīng)用如此廣泛，是因?yàn)樵诟乃玫奶匦郧€方面，變頻調(diào)速處于優(yōu)勢(shì)地位，但我們還應(yīng)該注意的是，有好多因素能影響著通過變頻調(diào)速來節(jié)能的方法，我們要謹(jǐn)慎合理的選用，才能達(dá)到預(yù)期的效果，否則會(huì)帶來危害。

4.2 影響變頻調(diào)速的因素

減速問題一直是水泵調(diào)速的普遍問題，在變頻調(diào)速時(shí)，發(fā)生很大變化的地方有水泵和電機(jī)原工頻狀態(tài)的運(yùn)行參數(shù)。對(duì)變頻調(diào)速范圍的影響的因素還有管路的特性曲線等。有一些超過范圍以內(nèi)的調(diào)速就很難達(dá)到節(jié)能的目的。所以，變頻調(diào)速也是有范圍的。水泵自身性質(zhì)的影響，定速泵的影響，根據(jù)實(shí)際情況來看，因?yàn)橘Y金的投入很大，所以不能讓全部的水泵都可以調(diào)速。因此，供水系統(tǒng)在一般情況下都使用定速泵和調(diào)速泵相結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)供水。在這種情況下定速泵就會(huì)影響到調(diào)速泵的調(diào)速。在定速泵和調(diào)速泵的型號(hào)一樣時(shí)，調(diào)速的范圍變得很小。當(dāng)定速泵和調(diào)速泵的型號(hào)不一樣時(shí)，在定速泵和調(diào)速泵不允許相互調(diào)換的前提下，調(diào)速的范圍變得最大；電機(jī)效率的影響，在工況差不多的情況下，軸功率會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的降低而下降，可是如果工作頻率過分偏移工頻或電機(jī)的輸出功率過分偏移額定的功率，電機(jī)的效率就會(huì)下降的較快，從而降低水泵的效率。

4.3 管路特性曲線的影響

盡管水泵節(jié)能的最主要的方法是水泵特性曲線的改變，但不相同管路的特性曲線，它們的節(jié)能效果也有很大的不同。

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)水泵電機(jī)變頻調(diào)速的狀況分析得到了這種系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的節(jié)能原理，通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)比，來說明水泵電機(jī)中使用了變頻調(diào)速技術(shù)的好處。隨著水泵電機(jī)變頻技術(shù)的成熟，以及節(jié)能降耗的嘗試，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為了當(dāng)代社會(huì)企業(yè)運(yùn)用的重要工具。能夠得到很好的節(jié)能效果以及能給自身得到更大的更高的經(jīng)濟(jì)效益，是我們所追求的原則。在完成了整個(gè)課題之后，通過研究和總結(jié)，對(duì)經(jīng)驗(yàn)的探究和理論知識(shí)理解的更徹底，從而得到相應(yīng)的知識(shí)，更好的掌握變頻調(diào)速的技能。在今后，在對(duì)水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，我們應(yīng)該一起討論探究，并找到合適的方式解決、改進(jìn)，這也是在日后水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的探究中我們應(yīng)該注意的。

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TV675

A

1003-5168(2014)04-0094-02

王瑞玲（1966.1—),女，黑龍江省哈爾濱市人，本科學(xué)歷，研究方向：電工電子技術(shù)。