變頻調速技術的風機與泵類節能應用

張亞平+王芳+李連海+鞠傳勝

摘要：文章在闡述了變頻器的種類和作用之后，具體分析了泵類、風機變頻節能的工作原理以及變頻器調速與水泵、風機的節能原理，并在實踐中證明變頻調速是一種理想的調速控制方式，對泵類和風機的節能可以提供很好的借鑒作用。

關鍵詞：變頻調速；變頻器；水泵；節能減排

中圖分類號：TP214 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0077-02

在企業的生產過程中，對泵類和風機設備的應用非常廣泛，而這類設備的電能消耗非常大，其耗能占企業總耗能比重很大。當前，我國正深化市場經濟體制改革，市場競爭已可以用“慘烈”這個詞來形容，因此，企業為了增強自身的競爭力，必須優化生產技術和工藝，降低生產過程中的能耗，降低生產成本，提高產品的價格競爭力。

1 變頻器的作用

在實現電機控制中經常會用到的設備是變頻器，該設備實現對電機控制的方式是改變電源輸出的頻率。在企業生產過程中，必須追求對電機的更好控制，而實現對整個電機的更好控制，就必須使用變頻器，通過該設備來實現被控交流電機的過電流電壓保護、過載保護以及變頻調速，同時整個系統的電能綜合利用率以及工作效率也由變頻器來負責調節。

2 不同種類下的變頻器

2.1 開關方式不同下的變頻器分類

開關不同，則變頻器的種類也不同，按照開關分類，變頻器可分為四種：第一，SPWM控制變頻器；第二，PAM控制變頻器；第三，SVPWM控制變頻器；第四，PWM變頻器。在這四種不同類型的變頻器中，PAM控制是脈沖幅度調制，它通過改變脈沖列脈沖的幅度，實現對波形和輸出量值的調制，從而實現變頻器的變頻功能；和PAM控制不同，PWM控制是脈沖寬度調制控制，也就是在調節波形和輸出量時，它能用改變脈沖的寬度的方式，從而實現變頻器的變頻功能；在PWM的基礎上，改變調制脈沖后便是SPWM控制，為了做到正弦波輸出，需要遵循正弦規律，排列出適當的脈沖寬度來過濾并輸出波形，經常在生產中運用到支流交流逆變器；而SVPWM控制則是空間矢量脈寬調制，作為PWM技術調制的一種方法，將PWM插入電機三相定子繞組中，促進旋轉磁場在定子中的產生，從而帶動電機旋轉。

2.2 按照工作原理對變頻器進行分類

按照工作原理進行分裂，變頻器可以分為三種：第一種是矢量控制變頻器，第二種是V/f控制變頻器，第三種是轉差頻率控制變頻器。V/f控制變頻器可以保證頻率與輸出電壓成正相關，這樣就可以實現電動機磁通的一致性，有效地避免了弱磁和、磁飽和問題的產生；所謂轉差調速就是在調速時采用改變異步電動機滑差的方式，速度決定滑差要求，通過轉差頻率控制技術，在一定程度上能夠對系統的動態性能和靜態性能進行改善；矢量控制變頻器最主要的一個特點就是直流電動機調速控制，按照矢量變化的方法分解異步電動機定子繞組電流，可以實現直流電動機的磁場電流分量。

3 風機、泵類變頻節能的工作原理分析

風機、泵類變頻要實現節能，有兩種途徑：一種是軟啟動節能，一種是變頻節能。筆者下面具體介紹這兩種節能方式的節能原理：

3.1 關于軟啟動節能

由于電機為Y/D啟動或者是直接啟動，額定電流的4～7倍就是啟動電流，這樣就會對供電電網和機電設備產生巨大的沖擊，如果對供電容量要求很高，在啟動時就會產生很大的損害性，比如閥門和擋板遭到電流和震動的損害，從而縮短設備的使用壽命等。安裝變頻節能裝置以后，變頻器的軟啟動功能能夠將開始時的啟動電流自動調節為0，這樣就不用擔心產生的電流會超過額定電流，在一定程度上減輕了對電網產生的沖擊，起到了延長閥門和設備使用壽命的作用，從而可以節省變頻器維護的相關

費用。

3.2 關于變頻節能

流體力學上有一個公式，即P=H×Q，專業人士都知道，P、H和Q三者之間是存在一定的關系的，且都是正比例關系，只是大小有所不同。如果水泵的效率是一個固定值，那么，當降低調節流量時，轉速N也會跟著下降，而輸出功率P也會跟著下降，且是立方關系的下降。這也就是說，水泵的轉速與水泵電機的耗電率是立方關系。

4 變頻調速與風機、水泵節能

4.1 調節風機、水泵流量的方法

調節風機、水泵流量的方法多種多樣，每種方法各具優點，有三種是經常用到的：（1）交流電動機變頻調速；（2）在對水泵、風機的轉速進行調節時，采用電磁轉差離合器的方式，但是電動機在這種情況下的運轉是恒速的；（3）在調節風機擋板時，如果采用傳統的機械方法，則可使實現對水泵、導流器的閥門開啟度的調節。在節電率百分比相同的情況下，裝機容量和電節能會變成最大值，因此，在生產過程中，應廣泛應用高壓變頻調速節能技術，而把變頻調速應用到大容量壓縮機、水泵和風機上，以達到節能的目的。

4.2 變頻調速在風機、水泵節能中的應用

將流體理論作為基本的出發點，可以用三次方函數來表示離心式風機、水泵的軸功率和轉速的關系。在研究中表明，滑差后液力調速的效率會隨著調速方案效率的變化而降低，當轉速下降為50%時，變頻調速器會呈現出較高的效率，這樣一來，就會發現一切基本沒有發生任何變化。所以變頻調速是所有調速方案中節能效果最好的。用一個實際例子來說明，同一臺水泵、風機的轉速流量和軸功率都為100%時，將轉速流量調到50%，軸功率也會降到50%。但如果滑差調到50%，則只需從電網中吸入25%左右的功率；假如通過變頻的方式，將流量降到50%，則只需從電網中吸入10%左右的功率。因此，我們不難發現，變頻調速具有無可比擬的優勢。

5 變頻調速與環境保護

在企業電能總消耗中，電機驅動耗能占很大比例。我們有理由相信，天然氣、燃煤、石油等燃料的枯竭，很大程度上要歸咎于過度的電力消耗。二氧化氮和二氧化碳的過量排放，會造成嚴重的空氣污染，會對大氣臭氧層造成無法修補的嚴重破壞，對人類的生活造成極為不利的影響。當前，環境問題日益嚴重，已經影響到了人們的日常生活，但隨著人們環保意識的不斷提高，越來越多的人開始關注環境問題，并積極投身到環境保護中來。因此，在企業的生產過程中，企業理應廣泛采用變頻調速節能技術，這樣不僅有效地節約了能源，還減少了污染的排放，起到了保護環境的作用。

6 結語

綜上所述，泵類、風機等設備的節能運行通過變頻調速技術來實現，受到國家和政府的普遍重視。通過實踐表明，在泵類和風機設備驅動控制中運用變頻器能夠收到明顯的節能效果，是一種可廣泛采用的調速控制方式。變頻調速技術有許多優點，不僅能夠提高設備的運轉效率，而且能夠最大限度滿足企業對于高效率生產的需求。同時，它還可以切實減少設備的養護和維修費用，有效延長其壽命，可謂一舉多得。在國內外，變頻調速技術已經并將持續受到人們的關注，在我國的經濟建設中，其也必會發揮重要作用。

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