利用變頻技術實現水泵風機有效節能

芮雪

摘 要：本文將對水泵與風機的變頻節能原理進行分析，并闡述變頻技術應用的優點，希望可以為相關工作者的研究提供一些幫助。

關鍵詞：變頻技術;水泵;風機

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

0 前言

進入新時代后，隨著城市化進程的深入，人們生活質量逐漸提高，這也使得能源消耗逐漸成為了限制我國經濟健康發展的一個重要因素。目前，水泵、風機中的電動機大部分都是非調速性的電動機，若將其改成調速電動機，那么就能夠達到理想節能效果，因此，必須了解變頻技術節能原理與優點，并加強對其的運用，從而有效解決能源不足問題。

1 變頻技術節能原理

變頻技術指的就是將直流電逆變成頻率不同的交流電的一種轉換技術，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，發生變化的是頻率而不涉及到電能[1]。變頻器是以變頻技術為基礎產生的，由于可以對速度進行精確控制，變頻器能夠在眾多電機拖動場合運用，并為機械的變速、升、降等操作提供便利。通常情況下，變頻器是在長時間運行、高負荷、惡劣工作環境以及復雜系統等工況中運用。

1.1 水泵節能原理

在對水泵進行設計時，設計人員會在綜合考慮用戶平均消耗量總和的基礎上，合理設計其容量，并根據額定用量來明確水泵類型。但是，在實際運行過程中，用戶需求量會在天氣和氣候等的影響下出現變化，并導致水壓力與流量的變化，所以，必須對水泵進行調節。以往給水調節主要是運用管路壓力調節閥來完成節流調節，但是這種方式不僅不會減少對電能的消耗，還有著較大的擾動范圍。若是使用分布式的水泵系統，那么在變頻技術的作用下，則不需要安裝調節閥門就可以完成節流調節。在離心泵中，流量Q和轉速n之間成正比例，即Q1/Q=n1/n2;揚程H和轉速n的二次方也成正比例，即H1/H2=n12/n22;而軸功率N則是和轉速三次方之間成正比例，即N1/N2=n13/n23。同時，異步電動機的轉速公式是n=60f（1-s）/p，其中f是頻率，s是轉差率，p則是極對數。由于轉速和頻率之間是正比例關系，所以，在頻率發生變化時，轉速也會相應變化。通過這一原理的運用，變頻器可以實現對水泵的節流調節。另外，在不考慮水泵轉動速度下降導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，水泵轉速、壓力以及電機功率等都會呈現不同程度的下降。由此看來，將變頻技術運用到水泵中可以實現有效節能。

1.2 風機節能原理

變頻器在風機控制系統中工作的過程如下：先通過變頻器輸入端子來對風壓進行設定，之后，傳感器把接收到的壓力信號傳輸給變頻器，在預編程序的作用下，變頻器可以針對不同壓力將對應的控制信號輸出，以此來通過對電動機的控制，讓風壓隨著風機轉速變化，最后，風壓傳感器可以把相關信號輸送到變頻器中，從而實現電動機的自動控制。

引風機與鼓風機的共同點就是耗電量大、運行效率低以及調節效率不高，在具體調節過程中，其會損失大量能量。雖然在設計時留出了較大的安全裕量，但由于風機實際參數和額定參數存在較大不同，這就導致風機在實際運行中有著較低的效率。對風機風量進行調整的傳統方法就是通過對擋板開度的改變來實現風量調節，而這種方法雖然可以減少風量，但是其同時也加大了風的阻力，并不具備節能效果。變頻技術的運用主要是通過電機轉速來調節風量，風量與電機轉速是成正比的，即風量變小，電機的轉動速度也會下降，這樣耗電量就會減少，從而真正實現風機節能。

通過流體力學可以發現，風量和轉速之間成正比例，風壓和轉速的二次方之間成正比例，而軸功率則是和轉速的三次方之間成正比例。在運用變頻器后，轉速與軸功率也會隨著風量的減少而減少。雖然還需要對轉速下降帶來的效率下降與附加控制裝置效率影響等進行綜合考慮，但其仍然有著較好的節能效果。

通過對不同控制方式下風機運行效率的對比得出如下結果：在負荷較高時，無論是哪種控制方式，其消耗的功率基本相同;而在負荷較低時，變頻控制方式消耗的功率隨著負荷降低而減少。因此，若風機在高負荷區工作，那么就使用工頻電源;若風機在低負荷區工作，那么就使用變頻控制，這樣，就能夠得到良好節能效果。

2 變頻技術的優點

變頻技術具有以下四方面優點：首先，對電機啟動電流進行控制。在直接啟動工頻電機時，啟動的電流會超出額定電流，通常情況下是比額定電流高出4到7倍，而這也就會使電阻繞機電應力大幅增加并導致熱量的產生，會減少電機的使用壽命。而變頻技術的運用則可以實現電機的零電壓、零速啟動。只要將電壓與頻率聯系起來，變頻器就能夠通過矢量控制方法或者是WF來帶動負載，并完成相應工作。通過這一方式，不僅可以使電機啟動電流大幅度下降，還能夠促進繞組承受能力的提升，從而增加電機使用壽命并減少維護成本。其次，降低電壓波動。在啟動電機時，不僅電流會增加，電壓也會出現較大波動。其中電機啟動功率的大小與配電網容量對電壓下降程度起著決定性作用。同時，電壓的下降也會給電壓敏感設備帶來不良影響，如故障跳閘或者是接觸器、傳感器、咒機以及接近開關等出現錯誤。但是，在使用變頻技術之后，因為電機可以實現零壓力、零頻啟動，所以可以有效避免電壓下降問題的出現。再次，變頻技術可以實現電機與風機的低速運行，減少其受到的磨損并降低噪音，從而延長二者額使用壽命。最后，節能效果較好。因為能耗和電機轉速之間成立方比，所以，在運用變頻技術之后，可以節省大量成本[2]。

3 結論

綜上所述，變頻技術具有使用便利、結構簡單、運行穩定、調速范圍廣、保護功能完善以及節能效果好等特點。因此，必須加強變頻技術在水泵、風機中的運用，降低交流電動機的能耗，節省大量資源、能源，從而促進我國經濟更好更快發展。

參考文獻：

[1]張德全.變頻技術在電廠泵與風機中的運用綜述[J].變頻器世界，

2018（06）：51-54.

[2]程麗娟，程麗娟.變頻技術在火電廠的泵與風機中的應用[J].電子世界，2017（20）：169+171.