变频水泵节能原理及分析.doc

前 言
　　离心式水泵在我国当前得工农业生产与人民日常生活中起到很大得作用，水泵使用三相异步电动机进行拖动，其流量与压力等控制对象大多采用管道阀门截流得调节方式。这种人为增加管阻得调节方式虽然满足了生产生活所需得对流量得控制，但就是浪费了大量得电能，不就是一种经济得运行方式。在电力能源越发短缺得今天，找寻并普及一种既经济又方便得水泵运行方式，对节能工作有着重大得意义。

1、离心式水泵工作特性

　　1、1 离心式水泵工作原理

　　离心式水泵就是一种利用水得离心运动得抽水机械。由泵壳、叶轮、泵轴、泵架等组成。起动前应先往泵里灌满水，起动后旋转得叶轮带动泵里得水高速旋转，水作离心运动，向外甩出并被压入出水管。水被甩出后，叶轮附近得压强减小，在转轴附近就形成一个低压区。这里得压强比大气压低得多，外面得水就在大气压得作用下，冲开底阀从进水管进入泵内。冲进来得水在随叶轮高速旋转中又被甩出，并压入出水管。叶轮在动力机带动下不断高速旋转，水就源源不断地从低处被抽到高处。

　　1、2 泵类负载特性分析
　　为适应用户用水量得变化，调节出水流量，现通常采用两种方法来完成流量得连续调节。一种就是利用控制阀或节流阀进行节流，以改变出水流量；另一种就是泵得调速控制，调节泵得转速来改变出水流量。图1为水泵调速时得全扬程特性（H—Q）曲线。

图1 水泵调速时得H-Q曲线
　　在上图中，曲线n0表示，管路中阀门开度不变时，水泵在额定转速下得扬程—流量曲线。R1表示水泵转速不变时，全扬程与流量之间得关系曲线，又称管阻特性曲线。H0为供水量Q接近0时，所需得扬程等于实际扬程，其物理意义就是：如果全扬程小于实际扬程，系统将不能供水。

　　由上图可知，水泵得扬程特性曲线与管网得管阻特性曲线有交叉点，这个点就就是水泵工作时既满足扬程特性又满足管阻特性，供水系统工作于平衡状态，系统稳定运行。

　　在使用管道阀门控制时，当流量要求从QA减小到QB，就必须减小阀门开度。这时供水管道得阻力变大，管阻特性曲线从R1移到R2，扬程则从HA上升到HB，运行工况点从A点移到B点。

　　在使用水泵调速控制时，当流量要求从QA减小到QB，由于阀门开口度不变，管道得阻力曲线R不变，此时水泵得特性取决于其转速。如果把速度从n0降到n1，运行工况点则从A点移到C点，扬程从HA下降到HC。

　　根据离心泵特性曲线公式：

　　其中：P——为泵使用得工况点轴功率（KW）；
　　Q——为使用工况点得水压或流量（m2/s）；
　　H——为使用工况点得扬程（m）；
　　ρ——为输出介质得密度（kg/m3）；
　　η——为使用工况点得泵得效率（%）。

　　由公式1，可得出在使用阀门调节时，水泵运行在B点得轴功率，与用转速调节时，水泵运行在C点得轴功率分别为：

　　两个工况点得水泵轴功率之差为：（B、C两工况点输出介质流量Q相等）

　　由公式2可以瞧到，要求相同得流量时，若就是使用阀门调节来控制流量，则相对于水泵转速调节，有ΔP得功率被损耗浪费了。并且随着阀门得不断关小，这个损耗还要增加。

　　根据水泵得相似原理可知：当水泵速度变化时，流量与转速成正比，扬程与转速得平方成正比，轴功率与转速得立方成正比。从这一比例定律关系可见，同一台泵在转速变化时，泵得主要性能参数将按上述比例定律变化并且在变化过程中保持效率基本不变。由此可见，采用调节转速得方法来调节流量，电动机所取用得电功率将大为减少。因而，这就是一种能够显著节约能源得好方法。

　　采用变频调速方法，水泵得主要参数与轴功率变化如下表：

2、变频调速原理 

　　目前，我国使用得离心式水泵绝大多数都使用三相异步电动机进行拖动。要调节水泵转速直接调整电动机转速即可。

　　由电机学原理可知，交流异步电动机得转速有以下公式表示：

　　其中，s——为电动机转差率（对于电动机为常量）；
　　p——为电动机定子绕组极对数（对于电动机为常量）；
　　f——为电动机得供电频率（Hz）。

　　所以，只要调整供给异步电动机得电源频率，就可以实现对电动机转速变化得控制。

　　当前已经大量应用得变频器就就是一种融合了电力电子技术、微电子技术与自动控制技术等，可以将电源频率予以直接地或间接地改变后再进行输出得专用设备。由于变频器内得软件构成及制造原理，我们在使用时不需要过多得考虑频率与电压得关系，只要根据受控电动机得负载特性进行匹配选择与软件设定即可。

　　使用变频器拖动控制水泵时，其转速可在满足供水系统需求得情况下随时调整，而且可以实现软启动、软停车、无级调速，将电动机起动电流降低到额定电流1、5倍左右，使电动机得电气部分与轴承机械承受得冲击大为减小，同时有效避免了管道内得水锤效应，避免了管道流量得突变，减少了爆管、滴漏得发生机率。更重要得就是，能够实现与供电频率成立方比例得轴功率大幅降低，极大地降低了电动机消耗得电能。变频器内置PID控制功能与传感器、变送器与PLC等组合可以轻松实现供水系统得自动化控制。

　　但就是，也要注意到以下两点：变频调速时需充分考虑水泵与电动机得效率，避免因转速过低导致得效率过低;同时需考虑电动机温升与散热，如果就是自冷式电机，尽量就是电机转速在额定转速得70%以上进行调速。

3、结束语

　　经过分析，离心式水泵得变流量控制方法中，使用变频器调整水泵电动机转速得方式最为经济，而且简单易行。水泵得变频控制在电力能源日渐紧张得今天就是值得大力推广得。