水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備發(fā)展與研究

【摘 要】水泵是一種輸送液體或使液體增壓的機(jī)械，被廣泛應(yīng)用于供水、土木、建筑、水利、化工、石油、冶金等多個(gè)領(lǐng)域，是現(xiàn)代生產(chǎn)與生活必不可少的機(jī)械。在水泵中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值。本文就水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，有利于理清水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備發(fā)展的不足，更好的把握水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備研發(fā)方向。

【關(guān)鍵詞】變頻節(jié)能；水泵變頻；控制設(shè)備；發(fā)展研究

0 引言

水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，包括城市供水、污水系統(tǒng)、土木建筑、農(nóng)田水利、石油化工、礦山冶金、輕工業(yè)等，在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)與人民生活中起著極為重要的作用。水泵的性能參數(shù)有流量、吸程、揚(yáng)程、軸功率、水功率、效率等，不同的應(yīng)用場(chǎng)所對(duì)水泵的要求不同。同時(shí)，由于液體輸送或液體增壓需求呈現(xiàn)出一定的隨機(jī)性，在傳統(tǒng)應(yīng)用中往往取最大液體輸送量或最大液體增加量來選擇水泵，造成水泵長期存在較大余量，不僅使得水泵效率低下且造成大量能源浪費(fèi)。水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備即是均勻改變水泵工作頻率，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)水泵能力以降低能源消耗的一類設(shè)備。

1 水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 早期水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備

在早期，水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備主要采用交變頻技術(shù)，應(yīng)用交變頻節(jié)能控制設(shè)備，水泵主電路開關(guān)器一直處于自然斷開狀態(tài)不存在換流問題，因此通常采用晶閘管來實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能功能。目前，交變頻節(jié)能控制設(shè)備的技術(shù)較為成熟，在國內(nèi)還在很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。采用這類技術(shù)，水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備需要大量晶閘管，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)較為困難，同時(shí)這類系統(tǒng)采用移相控制，功率因數(shù)較低，往往還需要進(jìn)行無功補(bǔ)償和加設(shè)濾波裝置，性價(jià)比不高，正漸漸退出實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域。

1.2 中壓變頻節(jié)能控制

中壓變頻節(jié)能控制設(shè)備也是較早出現(xiàn)的一種控制技術(shù)，這種技術(shù)采用交—直—交變頻模式，雖然實(shí)質(zhì)上還是一種低壓變頻技術(shù)，但在電網(wǎng)和水泵兩端則是高壓，僅只在中間環(huán)節(jié)采用低壓的方式，不過這種方式依然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電流大、可靠性差的問題，不過技術(shù)較為成熟，在一定程度上替代了早期的交變頻節(jié)能控制設(shè)備，還在被廣泛使用。近年來，隨著直接中壓變頻技術(shù)的發(fā)展，消除了傳統(tǒng)交直中壓變頻節(jié)能技術(shù)的低壓環(huán)節(jié)，成為當(dāng)前變頻節(jié)能控制設(shè)備發(fā)展的主流，正逐步取代傳統(tǒng)變頻節(jié)能控制設(shè)備。

1.3 逆變器控制技術(shù)

在早期水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備中，多采用MOSET、GTR、GTO等自關(guān)斷元件作為逆變器元件，其中以GTR應(yīng)用較為普遍。不過，GTR在成本、輸出諧波、變頻節(jié)能策略等方面，越來越不能適應(yīng)水泵變頻節(jié)能的需要，一種新型晶體管——IGBT被研發(fā)出來并迅速推廣，IGBT全稱為絕緣柵雙極晶體管，是電壓型雙極復(fù)合元器件，具有MOSET和GRT的優(yōu)點(diǎn)，在變頻損耗、變頻速度、輸入阻抗、電流容量、穩(wěn)定性方面都具有極高的水平，是一種低想的變頻節(jié)能控制元器件，能廣泛應(yīng)用于大、中、小功率范圍的變頻器之中，正迅速取代傳統(tǒng)變頻節(jié)能控制設(shè)備，成為變頻節(jié)能控制設(shè)備應(yīng)用的主流。

2 水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備發(fā)展方向

2.1 模塊化

模塊化是未來水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備發(fā)展的主要方向。目前水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備模塊化水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，僅有一些企業(yè)推出了模塊化變頻節(jié)能控制器，而且模塊化程度還不高。變頻節(jié)能控制設(shè)備模塊化，有利于降低變頻節(jié)能控制設(shè)備生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品適應(yīng)能力，提高產(chǎn)品的功能拓展能力。當(dāng)前，水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備已經(jīng)有了模塊化發(fā)展的趨勢(shì)，并有了相應(yīng)的研究成果，在未來還將不斷提升水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備的模塊化水平，構(gòu)建起主控模塊、擴(kuò)展模塊、功率模塊等為一體的變頻節(jié)能控制設(shè)備模塊化體系，根據(jù)用戶需求靈活的選擇主控模塊、功能模塊、擴(kuò)展模塊進(jìn)行組合，并且滿足用戶在生產(chǎn)過程中需求發(fā)生變化時(shí)的適應(yīng)能力，這既能有效降低水泵變頻節(jié)能設(shè)備的生產(chǎn)成本，也能有效降低期使用成本。

2.2 集成化

目前，水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備容量越來越大，體積越來越小，性能越來越高，尤其隨著微電子技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，變頻節(jié)能控制設(shè)備正向多功能化、集成化方向發(fā)展，不斷突破傳統(tǒng)變頻節(jié)能控制設(shè)備的領(lǐng)域。尤其是AISC的應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用水平的不斷提升，變頻節(jié)能控制設(shè)備的控制算法更為先進(jìn)，能進(jìn)行更多的性能擴(kuò)充。此外，在實(shí)踐應(yīng)用中，用戶的需求也在不斷變化，這也將推動(dòng)變頻節(jié)能控制設(shè)備集成化發(fā)展，與信息技術(shù)、通訊技術(shù)、微電子技術(shù)等緊密結(jié)合，發(fā)展出功能更為豐富的變頻節(jié)能控制設(shè)備。如西門子公司在近年就提出了全集成自動(dòng)化平臺(tái)概念，將通訊、設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理集成為一體，在變頻節(jié)能控制設(shè)備中集成變頻器、伺服裝置、控制器、通訊裝置，并嵌入全集成自動(dòng)化系統(tǒng)模式構(gòu)建起驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為一體，內(nèi)置多種應(yīng)用軟件的集成化變頻節(jié)能控制設(shè)備。

2.3 智能化

當(dāng)前，變頻節(jié)能控制設(shè)備已經(jīng)有了智能化的傾向，出現(xiàn)了可利用PC機(jī)完成頻率設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)給定、在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷的變頻節(jié)能控制設(shè)備。不過整體來說，當(dāng)前變頻控制設(shè)備智能化水平還有所不足，需要大量人工干預(yù)。在工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需求下，客戶對(duì)變頻節(jié)能控制設(shè)備智能化程度的要求將不斷提高，這必將推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)與變頻節(jié)能控制設(shè)備的深度結(jié)合，促進(jìn)變頻節(jié)能控制的智能化控制和智能化保護(hù)。如根據(jù)調(diào)制策略智能輸出電壓、根據(jù)編碼實(shí)現(xiàn)不同傳動(dòng)調(diào)速需求、根據(jù)自我診斷保護(hù)方案完成相關(guān)檢測(cè)保護(hù)動(dòng)作等等，這幾個(gè)方面都將成為變頻節(jié)能控制設(shè)備智能化發(fā)展的主要內(nèi)容。

3 結(jié)束語

水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備對(duì)降低能源消耗，提高生產(chǎn)效能有著極為重要的意義，能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。當(dāng)前，水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備已經(jīng)有了較為成熟的發(fā)展，但還有很多不足的地方，不能滿足用戶全方位的需求。在未來，水泵變頻節(jié)能控制設(shè)備將不斷向模塊化、集成化、智能化方向發(fā)展，以獲得更高的應(yīng)用價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：丁艷]