變頻器節能的意義和措施研究

彭海洪

摘要：研究表明，全國近20.9% 的電力需求是由泵系統消耗的。1970年代，一些研究人員提出用變頻器來調節泵的運行，使泵的運行效率得到明顯的提高。然而，采用一種變頻方案的多型泵配置仍然存在一個問題： 它應該作為變速泵運行。如果在變速泵中采用大泵，則系統可以達到最大運行能力，如果選用小泵作為變速泵，則可以在精細運行過程中達到較高的運行效率。因此，如果變速泵可以在大型泵和小型泵之間切換，將是一種理想的方式。本文對相關技術進行了研究。

關鍵詞：變頻器節能;技術研究;措施分析

中圖分類號：TM921?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）11-0036-01

1 變頻器節能技術概述

變頻器控制策略是水泵節能運行的關鍵，應根據目前的系統配置和系統要求制定，但實際情況并非如此。為此，研究了泵系統要求和變頻組合泵的特性，并建立了數學模型。在此基礎上，建立了基于當前系統結構和系統要求的變頻器最優控制策略模型，并提出了黃金分割搜索和遺傳算法相結合的方法求解該最優控制模型。該模型建立了一個最優逆變控制策略，以提高泵的運行效率，跟蹤過程線接近最小要求，以改善運行條件。控制律的實施難度也有所降低。最后，將優化模型應用于工業循環水泵系統，結果表明，該模型不僅可以確定最優的變頻控制策略，而且可以評價泵配置的運行現狀，確定電流配置的節能潛力，有助于后續的節能改造。

變頻器控制泵的運行，主要控制泵的運行速度，具體的運行原理和節能方法如下： 在泵、閥、管道系統中，泵克服管道系統阻力，輸出水或其他介質。在沒有變頻器控制的管道系統中，泵的流量由出口閥門調節，泵必須克服閥門和管道形成的阻力，而不受閥門的影響，從而降低管道系統對泵揚程的要求。此時，如果需要改變泵的流量，可以調整泵的轉速，使泵揚程與管路系統的阻力相匹配。

2 變頻器節能技術研究

2.1水泵泵組模型的設計。根據系統特性與運行中所有泵的綜合特性的交點，推導出各泵的運行點。在并聯運行時，每個單元都必須對著系統施加的相同壓差泵水。這樣，將所有運行泵在恒揚程下的流量相加，就得到了泵的綜合特性。

多泵并聯組合的優點是靈活、冗余和能夠滿足系統中不斷變化的流量需求效率。特別是，可調速驅動器往往是更有效的可變需求的要求。因此，配備變頻器的配置在工程實踐中很常見。多逆變法可以保證泵在高效區運行，覆蓋了系統的主要工作范圍，從節能角度看，兩種配置方法都是可行的。與單個仰拱相比，高效區域擴大。但是高效區域的重疊面積明顯增加，這意味著可選優化調度方案更多。因此，優化后的方案更加優越。顯然，采用單逆變控制的多型泵較大的泵配置方案可以取得良好的節能效果。高效區的配置比同型泵多變頻器更能覆蓋更多的區域功。結果表明，與同類型泵相比，多型泵在不同時段具有較大的流量和揚程范圍，更適合于工業生產的需要。然而，高效重疊區域較小，這意味著調度方案的選擇可能較少，其優化可能是調節能力相對較低的結果。即便如此，對于低初始投資而言，這仍然是一個成本效益高的配置方案。如果采用單逆變控制小泵配置方案，由于調節能力差，與其他方案相比，高效面積特別小，但也清楚地表明，它可以在精細運行區域實現高效率，從而比其他方案具有更大的節能能力。

單逆變控制的多型泵采用同步開關控制。高效區域的配置幾乎可以覆蓋工作區域，正如單逆變控制的多型泵配置方案較大，但高效區域的重疊區域顯著增加，這意味著可選優化調度方案較多。因此，優化后的配置方案更為優越，初始投資與小泵單逆變方案基本相同，可能是最經濟有效的配置方案。

2.2同步開關控制技術硬件系統的設計。當水泵系統只裝有一臺變頻器，并且需要變頻器能夠實時自由切換不同水泵時，系統必須遵守以下規則。首先，根據調度模型的要求，變頻器可以實現對相關泵的控制。其次，要克服開關內工作變頻電源直接對設備產生沖擊電流而造成的損壞。要解決這些問題，需要完成以下工作。電路原理圖可以根據調度模型實現邏輯控制。當泵 M1需要逆變控制時，主電路接觸器 K2l 首先關閉吸入，然后變頻器開始控制 M1。當 M1電機加速到額定轉速時，同步開關模式控制通過關閉旁路操作接觸器 K11抽吸，一段時間后斷開主電路接觸器 K21，然后將 M1電機切換到工頻運行。變頻器可以用于其他的電機控制。當需要停止電機 M 1時，K11斷開，K21同時關閉，然后由變頻器控制M 1直到轉速幾乎為零。

與可編程控制繼電器、電路接觸器和一些控制器易于實現的邏輯控制電路相比，逆變電源與電源之間的同步開關控制更難解決。本文采用同步相環控制電路實現逆變電源和電源的同步開關，該循環結構由相位解調環組成，消除了相位同步、幅值（電壓）鑒頻器、頻率檢測器和門電路引起的電流浪涌。在工作過程中，檢測出頻率、幅值、相位與外部電源一致，即可實現開關操作。

2.3軟件系統設計。同時，在現有的優化調度模型中，定速泵和變速泵之間不切換，也不顯示切換技術，因此相關調度模型可以實現變速泵和定速泵之間的切換，當系統中的所有泵都可以逆變控制時，每個泵都有機會成為變速泵，這將使調度模型的數量和泵的數量一樣多，從而給求解帶來困難。由于同類泵具有相同的特性，因此可以根據泵類型的數目建立調度模型。所以在軟件系統設計的過程中首先建立了以各類泵為變速泵的最小軸功率調度模型組。然后通過求解模型組得到最佳節能運行狀態，根據控制方案實施的難易程度，在能耗最小的要求下，選擇最佳控制方案。最后將控制方案發送到控制中心進行實現。

3 結語

變頻器在水泵上的應用具有明顯的效益和優勢。無論水泵大小，都能實現節能處理，控制水泵的運行費用。目前，變頻器的技術水平在不斷提高，成本也在不斷降低，使用變頻器所取得的節能效益逐漸增加，發展前景也更加廣闊。

參考文獻：

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[2]王煜. 采用PLC控制的變頻恒壓供水系統設計[D].大連理工大學，2014.