九洲高壓變頻器在泵類負載的節(jié)能原理及分析

1、九洲高壓變頻器在泵類負載的節(jié)能原理及分析1前言     在冶金、化工、電力、市政供水和采礦等行業(yè)廣泛應用的泵類負載，占整個用電設備能耗的40左右，電費在自來水廠甚至占制水成本的50。這是因為：一方面，設備在設計時，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工況的變化，需要泵機輸出不同的流量。隨著市場經濟的發(fā)展和自動化，智能化程度的提高，采用高壓變頻器對泵類負載進行速度控制，不但對改進工藝、提高產品質量有好處，又是節(jié)能和設備經濟運行的要求，是可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。對泵類負載進行調速控制的好處甚多。從應用實例看，大多已取得了較好的效果(有的節(jié)能高達30%-40%)

2、，大幅度降低了自來水廠的制水成本，提高了自動化程度，且有利于泵機和管網的降壓運行，減少了滲漏、爆管，可延長設備使用壽命。2泵類負載的流量調節(jié)方法及原理泵類負載通常以所輸送的液體流量為控制參數(shù)，為此，目前常采用閥門控制和轉速控制兩種方法。2.1閥門控制這種方法是借助改變出口閥門開度的大小來調節(jié)流量的。它是一種相沿已久的機械方法。閥門控制的實質是改變管道中流體阻力的大小來改變流量。因為泵的轉速不變，其揚程特性曲線HQ保持不變，如圖1所示。由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電感元件而得名，其優(yōu)點是具有四象限運行能力，能很方便地實現(xiàn)電機的制動功能。缺點是需要對逆變橋進行強迫換流，裝置結構復雜，調整較為困難。

3、另外，由于電網側采用可控硅移相整流，故輸入電流諧波較大，容量大時對電網會有一定的影響。如圖1、3所示。當閥門全開時，管阻特性曲線R1Q與揚程特性曲線HQ相交于點A，流量為Qa，泵出口壓頭為Ha。若關小閥門，管阻特性曲線變?yōu)镽2Q，它與揚程特性曲線HQ的交點移到點B，此時流量為Qb，泵出口壓頭升高到Hb。則壓頭的升高量為：Hb=Hb-Ha。于是產生了陰線部分所示的能量損失：Pb=Hb×Qb 。 2.2轉速控制借助改變泵的轉速來調節(jié)流量，這是一種先進的電子控制方法。轉速控制的實質是通過改變所輸送液體的能量來改變流量。因為只是轉速變化，閥門的開度不變，如圖2所示，管阻特性曲線R1Q也就維持

4、不變。額定轉速時的揚程特性曲線HaQ與管阻特性曲線相交于點A，流量為Qa，出口揚程為Ha。當轉速降低時，揚程特性曲線變?yōu)镠cQ，它與管阻特性曲線R1Q的交點將下移到C，流變?yōu)闉镼c 。此時，假設將流量Qc控制為閥門控制方式下的流量Qb，則泵的出口壓頭將降低到Hc。因此，與閥門控制方式相比壓頭降低了：Hc=Ha-Hc。據(jù)此可節(jié)約能量為：Pc=Hc×Qb。與閥門控制方式相比，其節(jié)約的能量為：PPb+Pc(HbHc)×Qb。這一部分能量如圖2陰線部分所示。     將這兩種方法相比較可見，在流量相同的情況下，轉速控制避免了閥門控制下因壓頭的

5、升高和管阻增大所帶來的能量損失。在流量減小時，轉速控制使壓頭反而大幅度降低，所以它只需要一個比閥門控制小得多的，得以充分利用的功率損耗。2.3泵機在變速下的效率分析泵的效率特性曲線Q，如圖3所示。隨著轉速的降低，泵的高效率區(qū)段將向左方移動。這說明，轉速控制方式在低速小流量時，仍可使泵機高效率運行。3在變頻狀態(tài)下供水方式的研究在由多點、多泵站構成的供水系統(tǒng)中，需對泵站出口的壓頭進行控制，以便與管網系統(tǒng)適配，達到更好的系統(tǒng)性能指標，這可以分為恒壓供水、變壓供水和分時段變壓供水。3.1恒壓供水使泵站出口壓頭維持不變，是該系統(tǒng)控制的目標。在圖4中，給定出口壓頭為Hg。當流量Q變動時，因轉速變化導致?lián)P程

6、特性H1Q上下移動，泵的工作點將在HHg線上作水平移動（A、B、C、D）。這雖然滿足了流量的要求，但因為管阻特性R變陡，造成了能量浪費。恒壓供水系統(tǒng)實施比較方便，易于和多泵站供水的中、大型管網系統(tǒng)相協(xié)調，具有一定的通用性，和實用性，所以目前有些裝備調速泵機的自來水廠樂于采用此法，在恒壓控制方式下，因泵站出口處的壓頭維持不變，使泵并聯(lián)特性與負載的實際特性之間有一定的差距，節(jié)能效果不如變壓供水系統(tǒng)。3.2變壓供水方式為了節(jié)約能量，應盡量使出口壓頭隨著流量的減小而降低(至少不能升高)，此時可采用泵站出口端“變壓供水”方式，如圖5所示。在圖中，因轉速下降時揚程特性下移，與管阻特性R1Q相交于點C，流量從Qa減小到Qc（設流量Qc與恒壓控制時的QB相等）。變壓控制形成了較大的壓差 HHac，因而可節(jié)約如圖5陰線部