變頻器在暖通循環(huán)水泵上的節(jié)能控制

朱楠楠

摘 要：近些年來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)雖然取得了良好的發(fā)展，但是同時(shí)我國(guó)的能源消耗問題也非常的嚴(yán)重，所以當(dāng)前我國(guó)十分注重可持續(xù)發(fā)展，十分強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排。而在傳統(tǒng)的暖通系統(tǒng)之中，往往會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)，因?yàn)槭彝獾臏囟韧遣粩嘧兓?，室外溫度的變化?huì)對(duì)室內(nèi)溫度造成一定的影響，所以就使得暖通循環(huán)水泵出現(xiàn)了能源的浪費(fèi)。而將變頻器應(yīng)用在暖通循環(huán)水泵之中，能夠利用變頻調(diào)節(jié)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通循環(huán)水泵的節(jié)能控制，從而使得暖通循環(huán)系統(tǒng)能夠更加節(jié)能地運(yùn)行，進(jìn)而有效減少能源的浪費(fèi)。因此文章就變頻器在暖通循環(huán)水泵上的節(jié)能控制進(jìn)行了一定的研究，以期能夠使得暖通循環(huán)系統(tǒng)更加節(jié)能高效地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變頻器；暖通循環(huán)水泵；節(jié)能控制

前言

當(dāng)前我們正面臨著能源問題和環(huán)境問題的困擾，所以當(dāng)前如何減少能源浪費(fèi)和保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為了全社會(huì)非常重視的一個(gè)問題。在現(xiàn)代的建筑之中，暖通工程往往都是必不可少的，暖通循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用大大地改善了人們的生活質(zhì)量，但是另一方面在暖通循環(huán)系統(tǒng)之中，水泵往往發(fā)揮著非常重要的作用，但是水泵也是較容易產(chǎn)生能耗的一個(gè)設(shè)備，因此在暖通循環(huán)水泵上應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行節(jié)能控制，既可以降低水泵的能耗，同時(shí)又能夠提高水泵的效率，使得整個(gè)暖通循環(huán)系統(tǒng)能夠更加的節(jié)能高效。而將變頻器應(yīng)用于暖通循環(huán)水泵之中，往往能夠起到較好的節(jié)能控制效果，所以對(duì)于變頻器在暖通循環(huán)水泵上的節(jié)能控制進(jìn)行研究有著非常重要的意義。

1 變頻器技術(shù)概述

1.1 變頻器的概念

所謂變頻器，實(shí)質(zhì)上是一種電力控制設(shè)備，它通過對(duì)變頻技術(shù)和微電子技術(shù)的應(yīng)用來(lái)對(duì)電機(jī)工作電源頻率方式加以改變，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制。變頻器可以對(duì)工頻電源進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，然后形成另外一種頻率。變頻器的主要電路也可以被劃分為兩大類，第一類是電流型，第二類是電壓型。所謂電流型，指的是能夠?qū)τ陔娏髟催M(jìn)行交流和直流變化的變頻器；而電壓型則是對(duì)于電壓源進(jìn)行交流和直流轉(zhuǎn)換的變頻器。

1.2 變頻器的基本構(gòu)成

變頻器實(shí)質(zhì)上也是一種電力電子裝置，但是通過對(duì)變頻器節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒐潭l率、電壓的交流電進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都可供調(diào)節(jié)的交流電，構(gòu)成變頻器的電路實(shí)際上是非常復(fù)雜的，在其內(nèi)部，主要是由主電路單元、驅(qū)動(dòng)控制單元、中央處理單元、保護(hù)與報(bào)警單元和監(jiān)視與參數(shù)設(shè)定單元所構(gòu)成的。其中主電路單元主要是把電網(wǎng)電壓接入變頻器，該單元主要是由逆變器和整流器所構(gòu)成的；驅(qū)動(dòng)控制單元的主要作用就是用于產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)逆變器開關(guān)信號(hào)，而且驅(qū)動(dòng)控制單元是受中央處理單元控制的；中央處理單元?jiǎng)t是對(duì)變頻器的各種外部信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)內(nèi)部信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，它是整個(gè)變頻器的控制核心，對(duì)變頻器的控制主要就是依賴于中央處理單元；而保護(hù)與報(bào)警單元的主要功能就是對(duì)變頻器的故障進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警；監(jiān)視與參數(shù)設(shè)定單元主要是對(duì)變頻器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)對(duì)變頻器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

1.3 變頻器的控制方式研究

變頻器的種類有很多，所以相應(yīng)的控制方式也是多種多樣的，因此依據(jù)變頻器的工作原理，大致可以將其分為以下幾種控制方式：第一是V/f控制方式。它是一種簡(jiǎn)單的開環(huán)控制方式，而且使用該方法來(lái)對(duì)于變頻器進(jìn)行控制，造價(jià)往往也非常的高，一般適用于控制精度要求較低的調(diào)速系統(tǒng)，比如說水泵和風(fēng)機(jī)等；第二種是轉(zhuǎn)差頻率控制方式。這一種方式是在V/f控制的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來(lái)的，但是轉(zhuǎn)差頻率控制方式是通過電路和速度傳感器給定轉(zhuǎn)速以及實(shí)際轉(zhuǎn)速的速度偏差信號(hào)，然后再利用控制器對(duì)于基準(zhǔn)速度偏差值加以計(jì)算，最后得出基準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速值，然后再計(jì)算出電壓控制信號(hào)以及逆變器的頻率；第三是矢量控制方式。這種變頻器控制方式屬于高精度的控制方式，矢量控制方式把一部電動(dòng)機(jī)的定子電流進(jìn)行了分解，將其分解為兩個(gè)部分，一個(gè)分量為轉(zhuǎn)矩電流分量，另一個(gè)分量為勵(lì)磁電流分量，通過對(duì)于二者的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于變頻器的控制。

2 變頻器在暖通循環(huán)水泵的節(jié)能控制原理

2.1 降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速

通過變頻器可以對(duì)于暖通循環(huán)系統(tǒng)中的水泵電機(jī)的頻率加以調(diào)節(jié)，而在調(diào)節(jié)其頻率之后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速往往也就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，而當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化之后，電機(jī)軸的功率也就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低之后，電機(jī)軸的功率會(huì)有所提升，所以通過降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠取得較好的節(jié)能效果。

2.2 動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)能

將變頻器應(yīng)用于暖通循環(huán)水泵上，能夠使得水泵迅速地對(duì)于負(fù)載變動(dòng)加以適應(yīng)，在其適應(yīng)了負(fù)載的變動(dòng)之后，能夠及時(shí)地給出最大效率的電壓，從而使得電機(jī)始終保持在高效率的運(yùn)行狀態(tài)，而電機(jī)的輸出效率一旦得到了提高，往往就能夠節(jié)約更多的能源，所以變頻器通過動(dòng)態(tài)的調(diào)整，也能夠起到較好的節(jié)能效果。

2.3 通過變頻器自身控制方式節(jié)能

對(duì)于采用V/f控制方式的變頻器而言，在保證了電機(jī)輸出力矩的前提之下，變頻器能夠自動(dòng)對(duì)于V/f曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)，適當(dāng)?shù)販p少電機(jī)的輸入力矩，在輸入力矩得以減少之后，就能夠使得輸入電流也相應(yīng)的減少，這樣就能夠起到較好的節(jié)能的效果。

2.4 變頻器軟啟動(dòng)節(jié)能

在暖通系統(tǒng)之中，如果電機(jī)是全壓?jiǎn)?dòng)，那么為了滿足電機(jī)啟動(dòng)力矩的需求，其往往就需要從電網(wǎng)吸收更多的電流，而這一電流值往往會(huì)達(dá)到電機(jī)額定電流的5～7倍，所以就使得電機(jī)的啟動(dòng)電流非常大，這樣不僅僅造成了能源的浪費(fèi)，而且由于在啟動(dòng)瞬間，電網(wǎng)的電壓波動(dòng)會(huì)很大，所以就增加了線損。但是變頻器所采用的變頻啟動(dòng)的方式，在啟動(dòng)的過程中，啟動(dòng)電流會(huì)從0A上升到電機(jī)的額定電流，這樣就避免了啟動(dòng)電流過大，同時(shí)也減少了對(duì)于電網(wǎng)的沖擊，進(jìn)而減少了線損，所以變頻器的軟啟動(dòng)功能也能夠起到較好的節(jié)能效果。

2.5 提高功率因數(shù)

因?yàn)樵谂ㄏ到y(tǒng)中，循環(huán)水泵的電動(dòng)機(jī)是由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組在電磁作用下產(chǎn)生力矩的，但是無(wú)論是對(duì)于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組而言，都是具有感抗作用的，所以就會(huì)使得電網(wǎng)面臨感性阻抗，這樣電機(jī)在運(yùn)行的過程中，就會(huì)吸收大量的無(wú)功功率，使得電機(jī)的功率因數(shù)很低。但是在應(yīng)用變頻器之后，在變頻器進(jìn)行整流濾波之后，電機(jī)的負(fù)載特性就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，變頻器對(duì)于電網(wǎng)的阻抗特性是呈現(xiàn)出阻性的特征，所以就會(huì)大大提高功率因數(shù)，進(jìn)而有效地減少了無(wú)功損耗，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

3 變頻器在暖通循環(huán)水泵上的節(jié)能控制應(yīng)用

3.1 調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速

對(duì)于傳統(tǒng)的暖通循環(huán)水泵而言，其往往都是通過閥門或者擋板來(lái)對(duì)于流量進(jìn)行控制，當(dāng)其在額定電壓下工作時(shí)，其電動(dòng)機(jī)的功率為額定功率，但是在很多時(shí)候，在暖通系統(tǒng)中，并不需要使用到很大的液體流量，這時(shí)即使通過閥門或者是擋板對(duì)于流量進(jìn)行控制，仍然不能夠使得水泵的轉(zhuǎn)速得以降低，從而造成了能源的浪費(fèi)。對(duì)于交流異步電機(jī)電動(dòng)機(jī)而言，其轉(zhuǎn)速可以通過式（1）來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而對(duì)于該電動(dòng)機(jī)如果通過變頻器來(lái)進(jìn)行控制，就可以使得水泵的轉(zhuǎn)速得以降低，變頻器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的原理如式（2）所示。這樣當(dāng)電動(dòng)機(jī)在較低的電壓下工作時(shí)，實(shí)際功率就會(huì)比額定功率要小得多，從而起到節(jié)能的效果。所以利用變頻器來(lái)對(duì)于水泵的轉(zhuǎn)速加以調(diào)整，節(jié)能效果是較為顯著的。而且就整個(gè)暖通系統(tǒng)而言，水泵是消耗能源最多的一個(gè)部分，如果能夠?qū)⒐?jié)能技術(shù)應(yīng)用到水泵之中，那么起到的節(jié)能效果將是十分顯著的。

3.2 在水泵并聯(lián)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在許多暖通系統(tǒng)中，往往都會(huì)將多臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)進(jìn)行使用，使得水泵構(gòu)成一個(gè)泵系統(tǒng)，所以此時(shí)可以對(duì)于多臺(tái)水泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，從而對(duì)于流量進(jìn)行有效的控制，達(dá)到節(jié)能的目的。但是由于變頻器的成本較高，如果水泵系統(tǒng)中的每一臺(tái)水泵都是用一個(gè)獨(dú)立的變頻器，往往并不是十分的經(jīng)濟(jì)，所以此時(shí)可以把并聯(lián)系統(tǒng)中的一臺(tái)水泵改為變頻調(diào)節(jié)泵，而其它的水泵保持不變，這樣也能夠達(dá)到節(jié)能的目的。因?yàn)樵诓⒙?lián)系統(tǒng)之中，當(dāng)其開始工作時(shí)，首先將變頻調(diào)速泵進(jìn)行啟動(dòng)，然后讓水泵的流量從零開始逐漸地增加，直到達(dá)到額定流量，當(dāng)額定流量超過了變頻泵的最大流量之后，就啟動(dòng)非變頻泵，這時(shí)變頻調(diào)速泵在得到了系統(tǒng)的信號(hào)反饋之后就會(huì)減小自身的轉(zhuǎn)速，從而使得泵系統(tǒng)的輸出總流量降低到額定要求。如果啟動(dòng)一臺(tái)非變頻泵不能夠滿足流量的要求，那么就可以啟動(dòng)第二臺(tái)非變頻泵，同理，如果兩臺(tái)非變頻泵也不能夠滿足要求，則可以啟動(dòng)第三臺(tái)。而且依據(jù)系統(tǒng)對(duì)于流量的不同需求，也可以選擇不同額定流量的水泵進(jìn)行搭配，從而起到最好的節(jié)能效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

將變頻器應(yīng)用在暖通循環(huán)水泵之中，能夠起到較好的節(jié)能控制效果，而且無(wú)論水泵的型號(hào)如何，通過變頻器處理，都能夠取得較好的節(jié)能效果，對(duì)于水泵運(yùn)行的成本進(jìn)行有效的控制。當(dāng)前變頻器在更多的領(lǐng)域之中得到了廣泛的應(yīng)用，不僅僅局限于循環(huán)水泵，在其它領(lǐng)域之中對(duì)于變頻器加以應(yīng)用，也能夠起到較好的節(jié)能效果。

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