基于变频技术的水泵节能控制系统的研究

现代电子技术ModernElectronicsTechnique2013年8月1日第36卷第15期Aug.2013Vol.36No.150引言目前，在国民经济各部门中水泵与风机的应用面非常广，数量极多，耗电量大。据相关统计，全国电力总量的40%左右被风机、水泵消耗。当前，风机、水泵依然还有非常大的节能空间，其节能的焦点问题是如何最大程度提高水泵和风机的运行效率。现在，大约70%的泵类、风机负载中仍采用阀门或风挡的方法来调节流量，导致电机长时间处在轻载或空载的运行状态，造成能源的大量浪费[1]。正因如此，在全国普及节能潜力巨大的变频调速技术有着重大的社会和经济价值以及现实意义。1水泵节能的原理分析可以通过两种方法来调节水流量，其一是通过关小或开大阀门来调节流量，而转速保持不变（通常为额定转速）即阀门控制法。另一种方法是通过改变水泵电机转速来调节流量，而阀门开度保持不变（通常为最大开度）即转速控制法[2]。前者易于理解，不再多述。后者是利用水泵电动机的变频调速技术进行转速控制，从而达到对水流量的控制以及行之有效的节能效果。接下来重点对转速控制法的节能原理进行阐述。1.1供水功率的比较（1）若水泵、风机能够符合三个相似条件即运动相似、动力相似、几何相似，那么它可以应用相似定律。对于一台水泵而言，在不改变流体的密度ρ，而仅改变转速的条件下，它的性能参数遵守比例定律[3]：Q1Q2=n1n2，H1H2=æèçöø÷n1n22，P1P2=æèçöø÷n1n23由上式可以看出，泵的流量、扬程以及轴功率分别与其转速、转速的平方、转速的立方成正比。图1是水泵变转速调节的节能原理图。图中曲线①为水泵在额定转速下的扬程特性曲线，其与管阻特性曲线②交于A点，对应流量QA，此时水泵轴功率P与矩形QAAHTAO的面积成正比。若欲将流量减半，使用阀门控制时，则新的管阻特性曲线③与扬程特性曲线①相交于B点，此时水泵轴功率P正比于矩形QBBHTBO的面积。由图可见，两者面积相差不大，如果采用调速方法将水泵转速降为曲线④，管路特性仍为曲线②，故工作点移至C点。此时与水泵轴功率P成正比的矩形的面基于变频技术的水泵节能控制系统的研究王瑜瑜，刘少军（西安航空职业技术学院，陕西西安710089）摘要：随着变频技术的不断完善、发展，变频调速性能日趋完美。变频技术已被广泛应用于不同领域的交流调速。通过分析变频器在水泵控制系统中的应用，阐述了水泵变频技术的节能原理，控制方法及变频技术改造的优点。关键词：水泵；节能；变频技术；变频调速中图分类号：TN344⁃34；TE937文献标识码：A文章编号：1004⁃373X（2013）15⁃0166⁃02ResearchonwaterpumpenergyconversationcontrolsystembasedonfrequencyconversiontechnologyWANGYu⁃yu，LIUShao⁃jun（Xi’anAeronauticalPolytechnicInstitute，Xi’an710089，China）Abstract：Withthecontinuousperfectionanddevelopmentofthefrequencyconversiontechnology，thefrequencycontrolperformanceisbecomingmoreandmoreperfect.ThefrequencyconversiontechnologyhasbeenwidelyusedindifferentfieldsofACspeedcontrol.Throughanalyzingtheapplicationoffrequencyconverterinthewaterpumpcontrolsystem，theenergy⁃savingprinciple，controlmethodandadvantagesofthefrequencyconversiontechnologyreformofthewaterpumpfrequencyconversiontechnologyaredescribed.Keywords：waterpump；energyconversation；frequencyconversiontechnology；frequencycontrol收稿日期：2013⁃04⁃08166166第15期王瑜瑜，等：基于变频技术的水泵节能控制系统的研究积QBCHTCO与QAAHTAO相比明显减少，这说明轴功率下降了很多，节能效果十分明显[4⁃5]。图1水泵变转速调节的节能原理图1.2水泵工作效率的对比水泵的工作效率ηP等于水泵的供水功率PG和水泵轴功率PP之比，可表示为：ηP=PGPP式中：水泵的供水功率PG是根