浅谈变频调速节能控制技术在水泵电机中的应用

摘

要：目前我国泵类电机普遍存在运行效率偏低的问题，造成大量能源浪费，在国家大力倡导节能减排的大环境下，对泵类电机进行节能改造势在必行。现首先分析了水泵电机节能改造的原理，接着分析了常用的水泵电机调速方法，经比较发现，变频调速是最佳的调速方法，但其缺点是前期投资成本较高。最后结合实例分析，对于耗电量较大且需要频繁变换工况的大型泵站，变频调速节能控制技术是最佳选择。关键词：变频调速；水泵节能；变工况0引言相关数据显示，我国泵类电机所消耗的电量占全国总耗电量的20%以上。泵类电机的运行效率普遍偏低，大部分电机运行效率在50%～70%，部分老旧电机运行效率甚至在30%左右，这造成了大量的电能浪费。因此，采取有效的节能控制技术对泵类电机进行节能改造势在必行。目前水泵电机的节能调节主要有两类方法，即非变速调节和变速调节。其中，非变速调节包括改变水泵的启停数量以及节流调节；变速调节则包括变级调速、串级调速、串电阻调速、调压调速、滑差调速、液力耦合器调速和变频调速等。从理论上讲，变速调节相比非变速调节更加节能，且变频调速是目前公认最优的调速方法。许多研究报道显示，对于需要经常变更工况的水泵，影响其能耗的主要原因是未选择合适的调速方法。由此可见，水泵电机的调速方式与其节能降耗密切相关。本文将分析如何进行水泵电机的节能改造，并阐述变频调速节能技术相比其他调速技术的优势。1水泵电机节能改造原理大部分水泵需要根据实际情况调整工况，而一旦工况改变，其对应的扬程和流量等参数都会发生变化。图1为某水泵电机的工作曲线（水泵性能和管道阻力曲线），从图中可知，A工况点是曲线1和曲线3的相交点，通过控制阀门降低流量，其摩擦阻力就会变大，阻力曲线就会从1移到2，而此时工况点由A调整为B，扬程相应提高，流量下降。若通过调速控制，则曲线1不变，曲线3变为曲线4，工况点也从A调整为C，工况点C的扬程和流量相比A工况点均有下降。通过对应的公式计算B工况点和C工况点水泵的轴功率，两者之差即为图1中阴影部分的面积。所以，若通过阀门来调节流量，图中阴影部分代表的就是被浪费的电能，且这一能耗会随着阀门的不断关小而急剧增加。反之，若控制阀门开度不变，通过改变水泵电机的转速来实现工况的调整，能够避免许多电能的浪费。因此，在需要经常改变工况的水泵中，通过调节其转速改变其工况的节能方法是切实可行的。2水泵电机常用调速方法水泵电机的调速方法有很多种，常见的如变级调速、串级调速、串电阻调速、调压调速、滑差调速、液力耦合器调速以及变频调速等。其中，调压调速、滑差调速和液力耦合器调速的机械特性相对较差，串级调速和串电阻调速则功率因数较差，而变级调速的缺点在于需要频繁启动，这会产生较大的电流，影响水泵电机的使用寿命。而在各项评价指标上，除投资成本较高外，变频调速均优于其他调速方法。目前在国外泵类电机中，变频调速节能技术应用十分广泛，相关的研究报道也较多，大量的实践应用也证明变频调速节能技术相比其他调速节能技术具有明显的优势，具体体现在以下几个方面：（1）节能效率极高，大量报道表明水泵电机采用变频调速节能技术，其综合能耗可降低35%左右；（2）调速效率高，范围广；（3）可实现软启动和软停机，对电网造成的冲击小，能有效避免水锤现象的发生；（4）无需调节阀门，因此管道阻力常年保持固定不变，阀门及阻力管道使用寿命更长；（5）噪声小；（6）即使变频设施发生故障，也可改由电网供电，不影响水泵的正常运行。3变频调速系统在水泵电机中的应用实践我国泵站中较为常用的是Q400-13-30型潜水电泵，通过厂家公布的性能曲线，可以查得其最优工况点A=595m3/h，运行效率约为70%。该潜水泵可调工况范围大，流量在280～700m3/h，此范围内综合运行效率在52%～70%。对于此类工况变化较大的水泵，建议优先考虑采用变频调速节能技术，可选择常用的CVF-P2型变频器，该变频器市场价约为1.5万元。假设安装变频器后水泵电机能节能35%，根据水泵电机30kW的额定功率计算，一年能节省的电费就高达1.5万元，即1年节能效益即可收回投资成本。上述成本分析是基于大型泵站考虑的，对于小型泵站站或家用的潜水泵，由于不需要经常变换工况，变频节能器的投资成本可能需要5年以上的节能效益才能收回成本，因此性价比较低。4结语在传统水泵站中，主要通过调节阀门或挡板的开度来实现节流，此种节流调节方法操作简单，成本低廉，但缺点是会造成大量的能源浪费。根据水泵电机的运行调节原理，学者们提出了变频调速节能技术，此技术能够有效降低水泵电机的能耗。然而变频设备前期投入成本较高，甚至高于水泵的价格，这在一定程度上制约了其广泛应用。近几年，随着