蘇躍華

摘 要：對我國各領(lǐng)域中泵與風機耗電量做了詳細的闡述，引出了變頻技術(shù)的概念。對泵與風機在自控系統(tǒng)中的變閥調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)進行了相關(guān)的描述和區(qū)分。通過分析風機水泵自控系統(tǒng)的變頻節(jié)能原理，實現(xiàn)對風機水泵自控系統(tǒng)的變頻節(jié)能改造。并列舉出變頻調(diào)節(jié)在風機水泵自控系統(tǒng)中的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：風機水泵；控制系統(tǒng)；變頻節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.072

0 引言

現(xiàn)如今的流量調(diào)節(jié)方式大部分依然是閥門調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式僅僅是改變了流通的阻力，對泵和風機的輸出功率并沒有太大的改變，即浪費了資源，又增加了工廠的運營成本。因此，泵與風機的節(jié)能研究越來越受到重視。變頻節(jié)能技術(shù)在泵與風機的節(jié)能改造中得到了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)少數(shù)電廠也開始采用變頻器對風機水泵進行節(jié)能改造，取得了良好的節(jié)能效果。

1 變閥調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)

1.1 變閥調(diào)節(jié)

變閥調(diào)節(jié)的基本原理是通過改變管道閥門的開度，進而調(diào)節(jié)泵和風機的流量。當變閥調(diào)節(jié)時，泵或風機的功率和性能曲線基本，但是管道阻力的特性曲線會發(fā)生變化，泵或風機的性能曲線與新的管道阻力特性曲線的交點處就是新的工作點。

工作中，根據(jù)工作的需求，會開不同的風量，一般現(xiàn)實中會采用機械的方法來調(diào)節(jié)檔風板和閥門的幵啟角度，這種機械的操作方法具有以下缺點：（1）電機及風機的轉(zhuǎn)速提高，負荷也增強，功率高會出現(xiàn)浪費電能的情況；（2）機械調(diào)節(jié)的方法，會出現(xiàn)調(diào)節(jié)不準確的情況，會出現(xiàn)調(diào)節(jié)不精確的情況，容易出現(xiàn)故障；（3）機械控制的方式，沒有緩沖作用，會導致剛剛啟動時電流急速上升，引起對電網(wǎng)的沖擊，同時對風機的電源容量要求比較高；（4）因為剛剛啟動時對電網(wǎng)風機沖擊十分大，會降低設(shè)備的使用壽命。

1.2 變頻調(diào)節(jié)

變頻調(diào)節(jié)是一種相對來說比較理想的調(diào)節(jié)方法，這種方法主要是通過改變性能曲線來進而改變工作點，這種方法所利用的原理是變速調(diào)節(jié)沒有附加阻力。這種變頻調(diào)節(jié)的方法主要是利用變頻器來改變電源的工作頻率，進而實現(xiàn)對交流電機的無級調(diào)速。當對泵和風機進行變速調(diào)節(jié)時，泵和風機的效率基本上不會出現(xiàn)變化，流量會根據(jù)轉(zhuǎn)速按照一次方的規(guī)律進行變化，而軸功率是按照三次方的規(guī)律發(fā)生變化的。工作中采用變頻調(diào)節(jié)，可以大大的減輕泵和風機的磨損，進而降低泵和風機的噪聲，延長設(shè)備的使用壽命。利用變頻器可以實現(xiàn)大功率電動機的軟停、軟啟，可以避免了啟動時的電網(wǎng)沖擊，減少電動機的一些故障，進而延長設(shè)備的使用壽命，同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。

2 變頻調(diào)節(jié)原理

變頻調(diào)速技術(shù)所原理是電機的轉(zhuǎn)速和電機工作電源的輸入功率是成正比的關(guān)系（n =60f（1-s）/p），（式中n是轉(zhuǎn)速，f是輸入功率，s是點擊轉(zhuǎn)差率，p是電機磁極對數(shù)）。變頻技術(shù)一般是利用電動機工作電源頻率的改變，來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變。根據(jù)流體力學的基本定律可知：泵和風機都是平方轉(zhuǎn)矩負載，他們的轉(zhuǎn)速n和流量Q是成正比關(guān)系的；壓力和轉(zhuǎn)速的平方是成正比關(guān)系；軸功率P與轉(zhuǎn)速的三次方是成正比關(guān)系。如圖1所示的H-Q流量特性曲線。

對風機水泵的自控系統(tǒng)采用變頻控制技術(shù)，這種變頻技術(shù)就是用變頻器控制泵或風機，減少泵或風機運行時的空氣阻力，這種方法和調(diào)節(jié)擋風板或調(diào)節(jié)閥門的開度相比，具有較好的節(jié)能效果。其節(jié)能原理如圖1所示。

曲線（1）是在功率不變的情況下風機達到的轉(zhuǎn)速n1，此時是風機的H-Q特性曲線。曲線（2）表示的是管道運行時的風阻特性。曲線（4）表示在風機上進行變頻改造后的運行特性。當風機的額定功率在A點時，對應(yīng)的風壓為 H2，風量為 Q1。根據(jù)流體力學可知軸功率 N1 與 Q1、H2 的乘積成正比。如果風機運行狀態(tài)發(fā)生變化，假設(shè)從 Q1 減至 Q2，用閥門調(diào)節(jié)的方法就會增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），整個運行系統(tǒng)的工況由A變到新的工況點B運行。這時從圖中的交叉曲線可以明顯看出，風壓隨著工況的變化發(fā)生了變化，風壓增加，而軸功率與面積成正比。所以軸功率下降不大。而采用變頻調(diào)節(jié)的方法，風機轉(zhuǎn)速由 n1 降到 n2，根據(jù)上述的風機變頻工作原理可得到轉(zhuǎn)速 n2 風量（Q- H）特性，如曲線（4）所示。這時明顯看出，相對于閥門調(diào)節(jié)的方法，變頻調(diào)節(jié)在達到同樣的風量下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟效果是十分明顯的。

3 風機水泵變頻改造的優(yōu)點

風機與水泵通過變頻技術(shù)達到節(jié)能的原理基本相同的。根據(jù)上述的變頻調(diào)節(jié)原理可知，改變泵或風機的轉(zhuǎn)速就可以改變其功率，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。對風機或水泵進行變頻改造的優(yōu)點如下：（1）變頻器可以控制電機在啟動時的電流。利用變頻調(diào)速則可以將頻率和電壓相關(guān)聯(lián)，變頻器就會根據(jù)矢量控制的方式控制電機運行。所以用變頻調(diào)速的方法會在泵或風機啟動時降低電機的啟動電流大小，使得電機繞組產(chǎn)生的熱量降低，從而增加了電機的使用壽命。（2）變頻器可以降低線路中的電壓波動。在電機的啟動和運行過程中，電路中的電壓會隨著電機的功率發(fā)生波動。（3）采用變頻調(diào)節(jié)的改造方式使得所需功率下轉(zhuǎn)速降低。泵或風機在低速運行的情況下能夠減少磨損，降低噪音，減少運營成本。（4）能夠?qū)崿F(xiàn)極佳的節(jié)能效果。因為最終的能耗和電機的轉(zhuǎn)速是成立方比關(guān)系的，所以一般情況下采用變頻后，可以節(jié)省了很多的電量，同時也降低了成本，提高了效率。

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，變頻技術(shù)在風機水泵自控系統(tǒng)的應(yīng)用上已將越來越廣泛。變頻技術(shù)在節(jié)能、安全等方面比調(diào)節(jié)閥門開度的方法在性能上更優(yōu)良，能夠增加泵和風機的使用壽命，節(jié)省用電成本。

參考文獻：

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