芮雪

摘 要：本文將對(duì)水泵與風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能原理進(jìn)行分析，并闡述變頻技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，希望可以為相關(guān)工作者的研究提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);水泵;風(fēng)機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.133

0 前言

進(jìn)入新時(shí)代后，隨著城市化進(jìn)程的深入，人們生活質(zhì)量逐漸提高，這也使得能源消耗逐漸成為了限制我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的一個(gè)重要因素。目前，水泵、風(fēng)機(jī)中的電動(dòng)機(jī)大部分都是非調(diào)速性的電動(dòng)機(jī)，若將其改成調(diào)速電動(dòng)機(jī)，那么就能夠達(dá)到理想節(jié)能效果，因此，必須了解變頻技術(shù)節(jié)能原理與優(yōu)點(diǎn)，并加強(qiáng)對(duì)其的運(yùn)用，從而有效解決能源不足問題。

1 變頻技術(shù)節(jié)能原理

變頻技術(shù)指的就是將直流電逆變成頻率不同的交流電的一種轉(zhuǎn)換技術(shù)，其不但可以把交流電變成直流電之后再將其逆變成各種頻率的交流電，其還能夠把直流電變成交流電后再變成直流電，這一過程中，發(fā)生變化的是頻率而不涉及到電能[1]。變頻器是以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)產(chǎn)生的，由于可以對(duì)速度進(jìn)行精確控制，變頻器能夠在眾多電機(jī)拖動(dòng)場(chǎng)合運(yùn)用，并為機(jī)械的變速、升、降等操作提供便利。通常情況下，變頻器是在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、高負(fù)荷、惡劣工作環(huán)境以及復(fù)雜系統(tǒng)等工況中運(yùn)用。

1.1 水泵節(jié)能原理

在對(duì)水泵進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員會(huì)在綜合考慮用戶平均消耗量總和的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)其容量，并根據(jù)額定用量來明確水泵類型。但是，在實(shí)際運(yùn)行過程中，用戶需求量會(huì)在天氣和氣候等的影響下出現(xiàn)變化，并導(dǎo)致水壓力與流量的變化，所以，必須對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)。以往給水調(diào)節(jié)主要是運(yùn)用管路壓力調(diào)節(jié)閥來完成節(jié)流調(diào)節(jié)，但是這種方式不僅不會(huì)減少對(duì)電能的消耗，還有著較大的擾動(dòng)范圍。若是使用分布式的水泵系統(tǒng)，那么在變頻技術(shù)的作用下，則不需要安裝調(diào)節(jié)閥門就可以完成節(jié)流調(diào)節(jié)。在離心泵中，流量Q和轉(zhuǎn)速n之間成正比例，即Q1/Q=n1/n2;揚(yáng)程H和轉(zhuǎn)速n的二次方也成正比例，即H1/H2=n12/n22;而軸功率N則是和轉(zhuǎn)速三次方之間成正比例，即N1/N2=n13/n23。同時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式是n=60f（1-s）/p，其中f是頻率，s是轉(zhuǎn)差率，p則是極對(duì)數(shù)。由于轉(zhuǎn)速和頻率之間是正比例關(guān)系，所以，在頻率發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)變化。通過這一原理的運(yùn)用，變頻器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的節(jié)流調(diào)節(jié)。另外，在不考慮水泵轉(zhuǎn)動(dòng)速度下降導(dǎo)致效率降低的情況下，通過上述公式可知，在流量Q下降到Q1后，水泵轉(zhuǎn)速、壓力以及電機(jī)功率等都會(huì)呈現(xiàn)不同程度的下降。由此看來，將變頻技術(shù)運(yùn)用到水泵中可以實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。

1.2 風(fēng)機(jī)節(jié)能原理

變頻器在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中工作的過程如下：先通過變頻器輸入端子來對(duì)風(fēng)壓進(jìn)行設(shè)定，之后，傳感器把接收到的壓力信號(hào)傳輸給變頻器，在預(yù)編程序的作用下，變頻器可以針對(duì)不同壓力將對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)輸出，以此來通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，讓風(fēng)壓隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，最后，風(fēng)壓傳感器可以把相關(guān)信號(hào)輸送到變頻器中，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制。

引風(fēng)機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)的共同點(diǎn)就是耗電量大、運(yùn)行效率低以及調(diào)節(jié)效率不高，在具體調(diào)節(jié)過程中，其會(huì)損失大量能量。雖然在設(shè)計(jì)時(shí)留出了較大的安全裕量，但由于風(fēng)機(jī)實(shí)際參數(shù)和額定參數(shù)存在較大不同，這就導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中有著較低的效率。對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整的傳統(tǒng)方法就是通過對(duì)擋板開度的改變來實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，而這種方法雖然可以減少風(fēng)量，但是其同時(shí)也加大了風(fēng)的阻力，并不具備節(jié)能效果。變頻技術(shù)的運(yùn)用主要是通過電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)量與電機(jī)轉(zhuǎn)速是成正比的，即風(fēng)量變小，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也會(huì)下降，這樣耗電量就會(huì)減少，從而真正實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能。

通過流體力學(xué)可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)量和轉(zhuǎn)速之間成正比例，風(fēng)壓和轉(zhuǎn)速的二次方之間成正比例，而軸功率則是和轉(zhuǎn)速的三次方之間成正比例。在運(yùn)用變頻器后，轉(zhuǎn)速與軸功率也會(huì)隨著風(fēng)量的減少而減少。雖然還需要對(duì)轉(zhuǎn)速下降帶來的效率下降與附加控制裝置效率影響等進(jìn)行綜合考慮，但其仍然有著較好的節(jié)能效果。

通過對(duì)不同控制方式下風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率的對(duì)比得出如下結(jié)果：在負(fù)荷較高時(shí)，無論是哪種控制方式，其消耗的功率基本相同;而在負(fù)荷較低時(shí)，變頻控制方式消耗的功率隨著負(fù)荷降低而減少。因此，若風(fēng)機(jī)在高負(fù)荷區(qū)工作，那么就使用工頻電源;若風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷區(qū)工作，那么就使用變頻控制，這樣，就能夠得到良好節(jié)能效果。

2 變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

變頻技術(shù)具有以下四方面優(yōu)點(diǎn)：首先，對(duì)電機(jī)啟動(dòng)電流進(jìn)行控制。在直接啟動(dòng)工頻電機(jī)時(shí)，啟動(dòng)的電流會(huì)超出額定電流，通常情況下是比額定電流高出4到7倍，而這也就會(huì)使電阻繞機(jī)電應(yīng)力大幅增加并導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生，會(huì)減少電機(jī)的使用壽命。而變頻技術(shù)的運(yùn)用則可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的零電壓、零速啟動(dòng)。只要將電壓與頻率聯(lián)系起來，變頻器就能夠通過矢量控制方法或者是WF來帶動(dòng)負(fù)載，并完成相應(yīng)工作。通過這一方式，不僅可以使電機(jī)啟動(dòng)電流大幅度下降，還能夠促進(jìn)繞組承受能力的提升，從而增加電機(jī)使用壽命并減少維護(hù)成本。其次，降低電壓波動(dòng)。在啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，不僅電流會(huì)增加，電壓也會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)。其中電機(jī)啟動(dòng)功率的大小與配電網(wǎng)容量對(duì)電壓下降程度起著決定性作用。同時(shí)，電壓的下降也會(huì)給電壓敏感設(shè)備帶來不良影響，如故障跳閘或者是接觸器、傳感器、咒機(jī)以及接近開關(guān)等出現(xiàn)錯(cuò)誤。但是，在使用變頻技術(shù)之后，因?yàn)殡姍C(jī)可以實(shí)現(xiàn)零壓力、零頻啟動(dòng)，所以可以有效避免電壓下降問題的出現(xiàn)。再次，變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)與風(fēng)機(jī)的低速運(yùn)行，減少其受到的磨損并降低噪音，從而延長(zhǎng)二者額使用壽命。最后，節(jié)能效果較好。因?yàn)槟芎暮碗姍C(jī)轉(zhuǎn)速之間成立方比，所以，在運(yùn)用變頻技術(shù)之后，可以節(jié)省大量成本[2]。

3 結(jié)論

綜上所述，變頻技術(shù)具有使用便利、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、保護(hù)功能完善以及節(jié)能效果好等特點(diǎn)。因此，必須加強(qiáng)變頻技術(shù)在水泵、風(fēng)機(jī)中的運(yùn)用，降低交流電動(dòng)機(jī)的能耗，節(jié)省大量資源、能源，從而促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)更好更快發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德全.變頻技術(shù)在電廠泵與風(fēng)機(jī)中的運(yùn)用綜述[J].變頻器世界，

2018（06）：51-54.

[2]程麗娟，程麗娟.變頻技術(shù)在火電廠的泵與風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用[J].電子世界，2017（20）：169+171.