王瑞玲

（黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院，黑龍江哈爾濱 150025）

水泵電機變頻調速技術應用探討

王瑞玲

（黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院，黑龍江哈爾濱 150025）

本文通過對水泵電機變頻調速的原理和探究過的經(jīng)驗總結分析，闡明了水泵變頻調速的優(yōu)點，也分析了水泵電機變頻的原理和應用結構。根據(jù)實際情況，要從變頻調速和節(jié)流調速兩方面進行分析，研究管路和水泵的特性曲線，闡明水泵電機變頻調速的節(jié)能效果，實驗應用的顯著效果。

水泵電機；變頻調速；變頻器；節(jié)能；高效率

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

1 變頻調速的作用

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

1.1 控制電機啟動的電流

當電機的直接啟動是通過該工頻時，電機會產生七到八倍的額定電流，而這個電流會產生熱量，并且顯著加大電機的繞組電應力，最終減小了電機壽命。變頻調速的使用，可以在電機無電壓無速度時啟動，也可以適當?shù)募愚D矩提升。如果明確的電壓和頻率的關系，變頻器就能夠開始依照矢量控制的方式來帶動負載，從而進行工作。想要有效的減小電機的啟動電流，就要使用變頻調速技術，而且變頻調速技術還明顯的提高了繞組的承受力。這種技術可以降低電機維護的成本，讓電機的使用壽命變長。

1.2 能降低電力線路中電壓的波動

當電機的直接啟動是通過工頻時，不僅是電流急劇的增加，而且電壓相應的也會有很大的波動，電機的配電網(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)絡中，電壓的敏感設備故障發(fā)生跳閘或者工作異常等，都是由于電壓的下降而導致的。例如，接觸器、接近開關和傳感器等，都會出現(xiàn)錯誤。在應用了變頻調速之后，因為電機可以在無電壓無速度時啟動，所以降低了電壓波動的幅度，從而在平穩(wěn)電壓的下降程度上盡到了最大的可能。

1.3 使電機啟動的功率變低

電機的功率是與電流及電壓的乘積成正比的，變頻啟動時的電機所需要的功率，要遠遠小于用工頻直接來啟動的電機。在電機的配電系統(tǒng)達到最高的極限時，如果還是直接通過工頻來啟動電機，那么產生出的電涌就會使同一電網(wǎng)上其他的用戶產生較大的影響，將會導致來自電網(wǎng)的運營商的警示，甚至更嚴重的后果。因此，使用變頻調速器來控制電機的工作和停止，就能很好地控制電機啟動的頻率，這樣就能解決電機啟動時的電涌影響其他用戶的問題，變頻調速技術不僅能方便自己，也造福了別人。

1.4 加速的控制

變頻調速技術可以讓電機在沒有速度時啟動，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，還可以是自動加速。另外，在使用工頻啟動電機的時候，電機或者與其相連機械部分的分軸，或者齒輪等，也都會產生相應的劇烈振動。而這些振動，將加快電機和機械設備的損壞和磨損，降低了電機和和機械設備以及其內部零件的使用壽命。此外，電機的變頻啟動還可以在灌裝線上得到應用，避免瓶子的倒翻。

1.5 其他作用

變頻調速還有很多作用?？梢哉{節(jié)電機或者水泵的運行速度，還可以通過遠程控制來控制電機或者水泵的工作速度；可以調節(jié)的轉矩的極限程度，防止機械設備受到損壞，可以利用變頻調速來設置合適的準據(jù)極限。電機在沒有變頻的操作的幫助下，只能依靠熱保護控制轉矩的極限，通過變頻調速，就可以很好的改善電機的這一缺點；可以實現(xiàn)可逆的運行，可逆控制很簡單，不需要浪費財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，還可以減少維護電機維護的成本；能夠減少機械設備的傳動部件，因為高效率轉矩的輸出，只要依靠同步電機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作用的零件，從而形成直接的變頻的傳動系統(tǒng)，降低了使用的空間和成本，又能提高電機或水泵的穩(wěn)定性。

2 水泵電機變頻調速的優(yōu)點

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

2.1 節(jié)能

各種水泵舊式調速的方法，是通過調節(jié)出口或入口的閥門或擋板的開口大小，來調節(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為水泵運行時的轉速；K為比例系數(shù)。水泵變頻調速的技術，在水泵工作的過程中使用變頻調速，當要求水通過泵的流量減小時，就可以直接減小水泵的轉速，最終達到要求，減小了電能的消耗。實踐證明，使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%，大大降低了能耗。水泵的變頻調速，可以依照水泵實際用水的情況來制定管網(wǎng)壓力，可以自動調節(jié)和控制水泵的進出水量，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

水泵電機變頻調速技術的應用不僅能提高產品的質量，還能提高產品的產量。變頻調速的主要目的是節(jié)能，但在節(jié)能的基礎之上，可以變頻調速的水泵電機還有更多的優(yōu)點。其一，它可以使水泵電機的運行更加可靠。在電機的啟動過程中，需要變頻器來實現(xiàn)軟啟動，軟啟動能使水泵不再受到工頻啟動的沖擊，能夠有效地防止管網(wǎng)受到?jīng)_擊，讓管網(wǎng)不能達到承受極限，也就不會發(fā)生管道破裂等現(xiàn)象；其二，現(xiàn)在的水泵變頻調速電機結合了高科技的設備，具有強大的聯(lián)網(wǎng)功能。它可以時刻監(jiān)控著每個站點，像電機工作的頻率、工作時的電流、電壓、管網(wǎng)的流量以及壓力等等。它還能夠統(tǒng)計各個站點的用電量和用水量，統(tǒng)計出來的結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候給水，或者在哪段給水，通過手動的控制，就可以簡便的完成；水泵電機的變頻調速有很強的自我保護能力，如果水泵出現(xiàn)了問題，警報信息就會很快的傳來，還會在警報的同時，啟用備用泵來維持供水。

3 兩種水泵電機變頻調速技術

要更好地調節(jié)水泵電動機的同步轉速，我們就要改變定子的頻率。同時也就改變了轉子的轉速，但轉差率卻可以較小或者不變。而定子頻率的轉變，也會給電動機的正常運行帶來影響，如果其電壓沒有變化，頻率若是增加，磁通量減少，從而電動機轉矩也就會一直下降。所以，在調頻的同時，應更改定子的電壓，但要保持磁通的不變，在鐵芯不發(fā)熱的同時，轉矩也不能改變?？紤]到這些事情之后，就出現(xiàn)了兩種水泵電機變頻調速技術。

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換成為直流電路?？煽刂频墓枘孀冸娐返淖饔檬菍⒅绷麟娹D換成為交流電。濾波環(huán)節(jié)則是對整流以后的電壓、電流進行濾波的過程。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，在調節(jié)頻率和電壓的同時，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，工作的效率相對來說就比較高。但缺點是調速范圍相對來說較小，需要操縱的線路較復雜，因此，少數(shù)人會應用這種變頻器。

4 水泵電機變頻調速技術在應用過程中要注意的事項

雖然水泵電機的變頻調速在工業(yè)領域中發(fā)展的很好，但是在實際的操作和應用中仍然存在著很多問題，以至于使用變頻調速的結果不夠理想。所以，我們要注意水泵電機變頻調速技術的合理使用，不能盲目操作，更不能濫用這種技術。不合理的使用水泵電機變頻調速技術，不僅不會帶來好處，反而會帶來危害。在變頻調速使用的過程中，也會有一些干擾變頻調速水泵節(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，水泵電機變頻調速技術在應用的過程中應該注意的事項。

4.1 變頻調速和水泵節(jié)能

工況點的調節(jié)合理化是水泵調節(jié)的重要環(huán)節(jié)，它的調節(jié)形式有下面兩種：一種是管路的特性曲線調節(jié)，就像關閥調節(jié)等；另一種是水泵的特性曲線調節(jié)，像水泵的調速等。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。變頻調速的應用如此廣泛，是因為在更改水泵的特性曲線方面，變頻調速處于優(yōu)勢地位，但我們還應該注意的是，有好多因素能影響著通過變頻調速來節(jié)能的方法，我們要謹慎合理的選用，才能達到預期的效果，否則會帶來危害。

4.2 影響變頻調速的因素

減速問題一直是水泵調速的普遍問題，在變頻調速時，發(fā)生很大變化的地方有水泵和電機原工頻狀態(tài)的運行參數(shù)。對變頻調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的調速就很難達到節(jié)能的目的。所以，變頻調速也是有范圍的。水泵自身性質的影響，定速泵的影響，根據(jù)實際情況來看，因為資金的投入很大，所以不能讓全部的水泵都可以調速。因此，供水系統(tǒng)在一般情況下都使用定速泵和調速泵相結合，來實現(xiàn)供水。在這種情況下定速泵就會影響到調速泵的調速。在定速泵和調速泵的型號一樣時，調速的范圍變得很小。當定速泵和調速泵的型號不一樣時，在定速泵和調速泵不允許相互調換的前提下，調速的范圍變得最大；電機效率的影響，在工況差不多的情況下，軸功率會隨著轉速的降低而下降，可是如果工作頻率過分偏移工頻或電機的輸出功率過分偏移額定的功率，電機的效率就會下降的較快，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 結束語

本文通過對水泵電機變頻調速的狀況分析得到了這種系統(tǒng)在運行時的節(jié)能原理，通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和經(jīng)驗對比，來說明水泵電機中使用了變頻調速技術的好處。隨著水泵電機變頻技術的成熟，以及節(jié)能降耗的嘗試，變頻調速技術已經(jīng)成為了當代社會企業(yè)運用的重要工具。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)濟效益，是我們所追求的原則。在完成了整個課題之后，通過研究和總結，對經(jīng)驗的探究和理論知識理解的更徹底，從而得到相應的知識，更好的掌握變頻調速的技能。在今后，在對水泵電機變頻調速技術的應用中出現(xiàn)的問題，我們應該一起討論探究，并找到合適的方式解決、改進，這也是在日后水泵電機變頻調速技術應用的探究中我們應該注意的。

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1003-5168(2014)04-0094-02

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