程紅苓（天津市天鐵軋二制鋼有限公司，天津300400）

變頻水泵控制系統(tǒng)節(jié)能估算

程紅苓（天津市天鐵軋二制鋼有限公司，天津300400）

[摘要]為了節(jié)約電能，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，利用變頻器控制水泵調(diào)節(jié)流量的方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的閥門控制。通過繪制揚(yáng)程-流量特性曲線，選取兩點(diǎn)計算電機(jī)軸的輸出功率并進(jìn)行比對，經(jīng)計算，可節(jié)約電能20% ~30%。變頻器節(jié)能實(shí)現(xiàn)了調(diào)速無級化，能夠滿足生產(chǎn)的需要，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]變頻器；水泵；節(jié)能

1　引言

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對能源的需求不斷增加，從而導(dǎo)致能源稀缺和環(huán)境惡化，這已成為當(dāng)今社會的兩大難題，所以節(jié)能減排十分必要。變頻器在一定情況下可以節(jié)能，在滿足生產(chǎn)要求的前提下降低頻率，在一定范圍內(nèi)，下降值越大，節(jié)能越多。本文將對變頻水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能估算。

2　變頻器———水泵系統(tǒng)節(jié)能估算

2.1節(jié)電與負(fù)載率的關(guān)系

變頻器節(jié)電的原理是將原需通過其他消耗能源的方式達(dá)到的工藝要求通過變頻調(diào)速的方式實(shí)現(xiàn)同樣的工藝要求。節(jié)電多少與負(fù)載類型及負(fù)載率有關(guān)，若同一臺電機(jī)負(fù)載變化大，負(fù)載率低，節(jié)電率相應(yīng)高一些。負(fù)載類型包括：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載、二次方律轉(zhuǎn)矩負(fù)載等。據(jù)試驗(yàn)顯示，二次方律轉(zhuǎn)矩負(fù)載使用變頻器時實(shí)現(xiàn)的節(jié)電效果最顯著。下面以本單位水泵為例對變頻器的節(jié)電情況進(jìn)行估算。

2.2水泵及用水量概況

本單位水處理濁環(huán)井供穿水冷卻水，現(xiàn)采用上海凱泉泵業(yè)有限公司的單級雙吸離心泵供水，揚(yáng)程為78 m，電機(jī)功率250 kW，工頻，三角型直接啟動。經(jīng)多年觀察，發(fā)現(xiàn)供穿水冷卻水根據(jù)軋制產(chǎn)品性能的不同，所需水流量及壓力不同，所需流量不同：550~820 m3/h，壓力0.73~0.83 MPa。由于其流量變化大，在保證工藝要求壓力的情況下，將其改為變頻器控制，可節(jié)省電能，計算過程如下。

2.3針對某一工作點(diǎn)計算節(jié)電情況

2.3.1根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)繪制揚(yáng)程-流量特性曲線

這里僅估算流量在600 m3/h時，使用變頻器與不使用變頻器兩種情況電能消耗情況。水泵的額定流量719 m3/h，即轉(zhuǎn)速為額定1 480 r/min時，水的流量為719 m3/h。由實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)（見表1）可畫出水泵的實(shí)際揚(yáng)程（壓力）-流量特性曲線，見圖1。

由圖1可知：假設(shè)原工作點(diǎn)在額定運(yùn)行點(diǎn)A，A點(diǎn)的流量為719 m3/h，壓力為0.75 MPa，非變頻控制時若想減小流量，應(yīng)當(dāng)關(guān)小閥門，此時工作點(diǎn)由A點(diǎn)轉(zhuǎn)移到C點(diǎn)，流量下降為600 m3/h，壓力上升為0.80 MPa。變頻控制時，若想獲得C點(diǎn)的流量，應(yīng)當(dāng)降低頻率，從而降低轉(zhuǎn)速，工作點(diǎn)由A點(diǎn)變成B點(diǎn)，流量與C點(diǎn)流量相等，壓力比A、C兩點(diǎn)降低了。

表1　實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表

圖1　水泵的實(shí)際揚(yáng)程（壓力）-流量特性曲線

2.3.2計算非變頻控制時C點(diǎn)電機(jī)軸的輸出功率

查表1可知，流量為600 m3/h，壓力為0.8 MPa，電流為356 A，則電機(jī)軸輸出功率為：

2.3.3計算變頻控制時B點(diǎn)電機(jī)軸的輸出功率

（1）流量：600 m3/h不變。

（2）壓力：大于0.55 MPa（根據(jù)圖1可知）。

生產(chǎn)要求大于0.5 MPa即可，這里壓力大于0.55 MPa，符合生產(chǎn)要求。

（3）電流：269 A。

①先計算600 m3/h時電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1 235r/min。

②由轉(zhuǎn)速可知頻率為41.6 Hz。

③假設(shè)變頻器在此階段調(diào)節(jié)時的V/F比為定值，計算41.6 Hz下的電壓為316 V。

④已知水泵屬二次方律轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即電流與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。

由以上可知，

2.3.4比較B、C兩點(diǎn)的節(jié)能情況

這里計算的是P2，若計算P1，則加上定子銅損，機(jī)械損耗，附加損耗，電磁功率，不再詳細(xì)計算，故以P2估算電費(fèi)。一年按249天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，電費(fèi)按0.68元/kW·h計算。若選用西門子變頻器6SE7036-0EK60（590 A），本身耗電量8.2 kW，效率95%以上。

非變頻控制時用電量：

變頻控制時用電量：

節(jié)電：

節(jié)約成本：

由以上可知：對于水泵來講，變頻器節(jié)能的前提是降低了某個工況參數(shù)，即壓力，降低以后的數(shù)值仍然滿足生產(chǎn)要求，一年可節(jié)約電費(fèi)24.7萬元左右。

3　實(shí)際應(yīng)用效果

為了確保本改造項(xiàng)目的成功，我們先將一臺恒壓供水系統(tǒng)的水泵改為變頻控制，電動機(jī)功率為55 kW。運(yùn)行一段時間后，根據(jù)長期記錄的數(shù)據(jù)可知：用水量最少時，改造前的電流為70 A，計算出的電機(jī)軸輸出功率約37 kW，改造后電流為30 A，計算出的電機(jī)軸輸出功率約8 kW，顯然可節(jié)約電能30%以上，試驗(yàn)取得了很好的節(jié)電效果。以后我們會將穿水冷卻水泵也改為變頻器控制。

4　結(jié)束語

變頻器的出現(xiàn)為我們節(jié)約了很多電能，使調(diào)速無級化，更能滿足生產(chǎn)的需要，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。但變頻器的污染問題也是一個不可回避的現(xiàn)實(shí)。目前治理變頻器污染的主要措施是在其輸入端加裝輸入電抗器、無線電噪聲濾波器、輸入濾波器，輸出端加輸出濾波器，采用屏蔽電纜等，從而提高功率因數(shù)，減少諧波，減少干擾，減少噪聲，使用電質(zhì)量符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。變頻器可與PLC聯(lián)網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化提供保證，還可以節(jié)能，在風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載中節(jié)能效果更加顯著，為國家的節(jié)能事業(yè)做出了突出的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[3]許曉峰.電機(jī)及拖動[M].2版.北京：高等教育出版社，2001.

Estim ation on Energy Saving ofVariable Frequency W ater Pum p ControlSystem

CHENG Hong-ling
(Tianjin Tiantie Zha'erSteelCo.,Ltd.,Tianjin 300400,China)

AbstractUnderthe precondition thatproduction requirements were met,the method thatfrequency con原verterwasutilized to controlwaterpump to adjustwaterflow substituted traditionalvalve controlin orderto save electric energy.Afterlift-flow characteristic curve wasplotted and two pointswere selected,motorshaft outputpowerswere calculated and compared.Resultsshowed thatthismethod could save electric energy by 20% ~30% .Energy saving by frequency converterachieved stepless speed adjustment.The production re原quirementsweremetand productqualitywasensured.

Key wordsfrequencyconverter;waterpump;energysaving

作者簡介：程紅苓（1981—），女，本科，主要從事棒線材生產(chǎn)線電器維護(hù)、管理與技術(shù)支持工作。

收稿日期：2014-09-02修回日期：2014-09-20