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一控二一控三恒壓變頻供水設(shè)備節(jié)能技術(shù)分析與應(yīng)用

1 一控二一控三恒壓變頻供水設(shè)備水泵的變頻調(diào)速的節(jié)能方法與原理

　　根據(jù)流體力學(xué)可以得知，H(壓力) ×Q(流量) = P(功率)；其中，轉(zhuǎn)速N的二次方和壓力H成正比；轉(zhuǎn)速N和流量Q成正比；轉(zhuǎn)速N的三次方和功率P成正比；假設(shè)水泵效率為定值時(shí)，當(dāng)將流量調(diào)節(jié)下降的時(shí)候，轉(zhuǎn)速N也將跟著成正比下降；此時(shí)的軸所輸出的功率P也將成三次方的關(guān)系下降。也就是說，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速和其所消耗的電功率成三次方比例關(guān)系。即將流量采用閥門控制的時(shí)候，功率被損耗給浪費(fèi)掉了；同時(shí)，隨著不斷的將閥門關(guān)小，這一損耗還會(huì)相應(yīng)的增大。當(dāng)采用轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的時(shí)候，因?yàn)檗D(zhuǎn)速n的二次方和揚(yáng)程H成正比例關(guān)系，轉(zhuǎn)速n和流量Q成正比例關(guān)系；轉(zhuǎn)速n的三次方和功率成正比例關(guān)系，也就是轉(zhuǎn)速n和功率成三次方關(guān)系下降。若并非采用將閥門關(guān)小的方法，而采用降下電機(jī)的轉(zhuǎn)速；則在轉(zhuǎn)運(yùn)等量的流量這一情況之下，原本在閥門所消耗的功率則能夠全部避免；并能獲取很好的節(jié)能效果；這則是水泵的調(diào)速節(jié)能的原理。

　　有很多種方法可以對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速，這些方法主要可以分為兩大類。第一類，直接將電機(jī)轉(zhuǎn)速改變；例如，變頻調(diào)速和可控硅地串級(jí)調(diào)速等；第二類，電機(jī)地轉(zhuǎn)速不變，經(jīng)過附加的裝置把水泵轉(zhuǎn)速改變，例如，變速箱地調(diào)速，電磁離合器地調(diào)速，以及液力耦合器地調(diào)速等均是這一類。在水泵站地應(yīng)用當(dāng)中，前者是應(yīng)用的很多也很常見。

2 一控二一控三恒壓變頻供水設(shè)備變頻調(diào)速的控制系統(tǒng)分析

　　當(dāng)前，在我國水泵的控制系統(tǒng)當(dāng)中，絕大多數(shù)是于開環(huán)的狀態(tài)之下采取變頻調(diào)速的技術(shù)；也就是人為的依據(jù)外界條件、工藝地變化，將變頻器頻率值改變；以此達(dá)到調(diào)速的效果。其系統(tǒng)主要有調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象，壓力測(cè)量的變送器以及變頻的調(diào)速器等四個(gè)部分組成。

　　控制系統(tǒng)的過程是：水管出口的壓力由壓力測(cè)量的變送器測(cè)量出來，接著將其轉(zhuǎn)換成為和它對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)的4至20mA電信號(hào)；傳至調(diào)節(jié)器進(jìn)行和工藝需要的指標(biāo)做對(duì)對(duì)，取得偏差。所得偏差值依照預(yù)先所定調(diào)節(jié)地規(guī)律有調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算，獲取調(diào)節(jié)的信號(hào)并傳輸至變頻的調(diào)速器；進(jìn)而致使變頻器把輸入的380.0V／50.0Hz交流電，轉(zhuǎn)換為輸出是0.0—380.0V／0.0～400.0Hz地連續(xù)頻率交流電和可調(diào)的電壓；并直接的供應(yīng)給水泵的電機(jī)。

　　將變頻的調(diào)速其安裝至水泵的電機(jī)之上后，通過相關(guān)實(shí)測(cè)，其節(jié)能的效果很好；與未裝之前相比節(jié)能約有53%，同時(shí)生產(chǎn)的工業(yè)也很穩(wěn)定；其表現(xiàn)主要有：在采用了變頻調(diào)速的技術(shù)之后，有非常顯著的節(jié)能效果；把電機(jī)功率因素提高了，并將無功的功率消耗降低了。平均每月的節(jié)電率有53%，經(jīng)濟(jì)效率非常的顯著。采取變調(diào)技術(shù)之后，因?yàn)槿_水泵的出口閥，將閥門因?yàn)楣?jié)流所產(chǎn)生的噪音消除了；使工作的環(huán)境得到改善。此外，還將因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障而對(duì)生產(chǎn)造成的影響克服了。采取變調(diào)技術(shù)之后，降低了57%的水泵壓力；下降了490%的電源頻率；下降了64%的電機(jī)定子的電流。此外，因?yàn)檎{(diào)速平穩(wěn)與變頻器的啟動(dòng)，將電網(wǎng)沖擊減少了。

　　于系統(tǒng)當(dāng)中采取閉環(huán)的控制，使得參數(shù)超調(diào)地波動(dòng)范圍不大，能及時(shí)的進(jìn)行偏差的控制?？梢罁?jù)工藝需要自動(dòng)地調(diào)節(jié)變頻器地加、減速，高精度的控制，保障了生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定；使得產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量得到提高。此外，因?yàn)樽冋{(diào)器具備非常靈敏的故障診斷，檢測(cè)以及數(shù)字顯示等功能，使得電機(jī)水泵地運(yùn)行可靠性得到了很大的提高。

3 一控二一控三恒壓變頻供水設(shè)備應(yīng)用需考慮的問題

　　通常，水泵調(diào)速所考慮的是減速的問題；在采取變調(diào)時(shí)，原本依照工頻所設(shè)計(jì)的電機(jī)和泵運(yùn)行的參數(shù)都產(chǎn)生了很大變化；此外定速泵和管路的特性曲線等也會(huì)給調(diào)速造成影響。導(dǎo)致超范圍的調(diào)速很難將節(jié)能目的實(shí)現(xiàn)。所以，無法無限制地進(jìn)行變調(diào)。通常情況，變調(diào)不能低于50%的額定轉(zhuǎn)速，應(yīng)在75%到100%之內(nèi)；同時(shí)與實(shí)際的計(jì)算相結(jié)合進(jìn)行確定。

3.1 調(diào)速范圍較小的場(chǎng)合

　　將閥門調(diào)節(jié)時(shí)，于管網(wǎng)、閥門之內(nèi)所產(chǎn)生阻力的損失減少，是采取調(diào)速的目的。若調(diào)節(jié)的翻過較小，這部分地壓降則不大，損耗也相應(yīng)較?。粍t不必采取復(fù)雜調(diào)速的裝置。所以，通常情況之下，若選擇的水泵合適，且流量于100%至90%這一范圍之內(nèi)發(fā)生變化的時(shí)候；則可以不采取調(diào)速的方式。

3.2 系統(tǒng)中要求具備固定的靜壓

　　我們將不隨著流量和轉(zhuǎn)速的變化而變化地固定壓力成為靜壓。如，需要向一定高度輸送流體。若采取調(diào)速的裝置，那么，出口的壓力則會(huì)隨著轉(zhuǎn)速成二次方的關(guān)系發(fā)生變化；這則很可能無法滿足預(yù)定工藝的要求。所以，在工藝需要靜壓地變動(dòng)不大、穩(wěn)定的時(shí)候，其調(diào)速的方案需依照負(fù)荷的曲線進(jìn)行慎重的選定。

3.3容量大水泵　　

　　當(dāng)采取大容量水泵的時(shí)候，有很高的運(yùn)行可靠性的要求；因此需慎重的采取調(diào)速的裝置。若流量、揚(yáng)程常出現(xiàn)變化，采取調(diào)速的裝置其節(jié)電效果顯著。此外，可增設(shè)應(yīng)急的可靠措施于調(diào)速的裝置之上，貨采取一備一用的方式，將其可靠性提高。

3.4 泵機(jī)配套不合理

　　在對(duì)老設(shè)備進(jìn)行改造的時(shí)候，將水泵更換了，未更換小容量的相應(yīng)電動(dòng)機(jī)；原設(shè)計(jì)的時(shí)候，選擇過大的電機(jī)、泵；導(dǎo)致泵機(jī)的不配套。則應(yīng)將電動(dòng)機(jī)或者水泵更換，使其相互配套。此外，泵機(jī)雖然配套，而實(shí)際的運(yùn)行處于低負(fù)荷區(qū)；則需采取將車削葉輪、水泵型號(hào)更換等措施，比采取調(diào)速的方式經(jīng)濟(jì)許多。

3.5 系統(tǒng)中定速泵對(duì)于調(diào)速范圍所產(chǎn)生的影響

　　在實(shí)際當(dāng)中，供水的系統(tǒng)通常采取多臺(tái)的水泵并聯(lián)進(jìn)行供水；因?yàn)橥顿Y太大，無法把全部水泵均調(diào)速；因此，通常采取定速、調(diào)速泵混合進(jìn)行供水。于此系統(tǒng)當(dāng)中，需注意當(dāng)定速、調(diào)速泵均可處于高效段運(yùn)行保證；同是將系統(tǒng)最優(yōu)實(shí)現(xiàn)。在這時(shí)，調(diào)速泵則會(huì)被和其并列運(yùn)行的定速泵嚴(yán)重的影響。其主要情況有：

　　型號(hào)不同的水泵，在一定一調(diào)并列的運(yùn)行的時(shí)候；如果可以使得定速泵的高效段的左端點(diǎn)的揚(yáng)程和調(diào)速泵于額定轉(zhuǎn)速的時(shí)侯高效段的右端點(diǎn)的揚(yáng)程相等。就能夠?qū)⒄{(diào)速運(yùn)行的最大范圍實(shí)現(xiàn)。但是，此時(shí)絕不允許將定速泵和調(diào)速泵互換之后，在并列的運(yùn)行。型號(hào)相同一定一調(diào)并列的運(yùn)行的時(shí)候；調(diào)度雖然靈活，但是，因?yàn)椴荒軐⒍ㄋ俦煤驼{(diào)速泵高效的工作段兼顧；所以，這種情況之下，調(diào)速的運(yùn)行范圍不大。

小結(jié)：

　　在水泵的控制系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用變調(diào)技術(shù)，具備著運(yùn)行的工藝可靠安全，顯著的節(jié)能效果以及性能良好的調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)；在如今，能源節(jié)約已被大力的提倡；將這一種把現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子電力技術(shù)集合到一起的高科技的節(jié)能裝置推廣應(yīng)用，將對(duì)降低耗能與將勞動(dòng)的生存率提高具備這非常重要的意義。