苏跃华

摘 要：对我国各领域中泵与风机耗电量做了详细的阐述，引出了变频技术的概念。对泵与风机在自控系统中的变阀调节和变频调节进行了相关的描述和区分。通过分析风机水泵自控系统的变频节能原理，实现对风机水泵自控系统的变频节能改造。并列举出变频调节在风机水泵自控系统中的优点。

关键词：风机水泵；控制系统；变频节能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.072

0 引言

现如今的流量调节方式大部分依然是阀门调节，这种调节方式仅仅是改变了流通的阻力，对泵和风机的输出功率并没有太大的改变，即浪费了资源，又增加了工厂的运营成本。因此，泵与风机的节能研究越来越受到重视。变频节能技术在泵与风机的节能改造中得到了广泛应用，国内少数电厂也开始采用变频器对风机水泵进行节能改造，取得了良好的节能效果。

1 变阀调节与变频调节

1.1 变阀调节

变阀调节的基本原理是通过改变管道阀门的开度，进而调节泵和风机的流量。当变阀调节时，泵或风机的功率和性能曲线基本，但是管道阻力的特性曲线会发生变化，泵或风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的工作点。

工作中，根据工作的需求，会开不同的风量，一般现实中会采用机械的方法来调节档风板和阀门的幵启角度，这种机械的操作方法具有以下缺点：（1）电机及风机的转速提高，负荷也增强，功率高会出现浪费电能的情况；（2）机械调节的方法，会出现调节不准确的情况，会出现调节不精确的情况，容易出现故障；（3）机械控制的方式，没有缓冲作用，会导致刚刚启动时电流急速上升，引起对电网的冲击，同时对风机的电源容量要求比较高；（4）因为刚刚启动时对电网风机冲击十分大，会降低设备的使用寿命。

1.2 变频调节

变频调节是一种相对来说比较理想的调节方法，这种方法主要是通过改变性能曲线来进而改变工作点，这种方法所利用的原理是变速调节没有附加阻力。这种变频调节的方法主要是利用变频器来改变电源的工作频率，进而实现对交流电机的无级调速。当对泵和风机进行变速调节时，泵和风机的效率基本上不会出现变化，流量会根据转速按照一次方的规律进行变化，而轴功率是按照三次方的规律发生变化的。工作中采用变频调节，可以大大的减轻泵和风机的磨损，进而降低泵和风机的噪声，延长设备的使用寿命。利用变频器可以实现大功率电动机的软停、软启，可以避免了启动时的电网冲击，减少电动机的一些故障，进而延长设备的使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。

2 变频调节原理

变频调速技术所原理是电机的转速和电机工作电源的输入功率是成正比的关系（n =60f（1-s）/p），（式中n是转速，f是输入功率，s是点击转差率，p是电机磁极对数）。变频技术一般是利用电动机工作电源频率的改变，来实现电机转速的改变。根据流体力学的基本定律可知：泵和风机都是平方转矩负载，他们的转速n和流量Q是成正比关系的；压力和转速的平方是成正比关系；轴功率P与转速的三次方是成正比关系。如图1所示的H-Q流量特性曲线。

对风机水泵的自控系统采用变频控制技术，这种变频技术就是用变频器控制泵或风机，减少泵或风机运行时的空气阻力，这种方法和調节挡风板或调节阀门的开度相比，具有较好的节能效果。其节能原理如图1所示。

曲线（1）是在功率不变的情况下风机达到的转速n1，此时是风机的H-Q特性曲线。曲线（2）表示的是管道运行时的风阻特性。曲线（4）表示在风机上进行变频改造后的运行特性。当风机的额定功率在A点时，对应的风压为 H2，风量为 Q1。根据流体力学可知轴功率 N1 与 Q1、H2 的乘积成正比。如果风机运行状态发生变化，假设从 Q1 减至 Q2，用阀门调节的方法就会增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），整个运行系统的工况由A变到新的工况点B运行。这时从图中的交叉曲线可以明显看出，风压随着工况的变化发生了变化，风压增加，而轴功率与面积成正比。所以轴功率下降不大。而采用变频调节的方法，风机转速由 n1 降到 n2，根据上述的风机变频工作原理可得到转速 n2 风量（Q- H）特性，如曲线（4）所示。这时明显看出，相对于阀门调节的方法，变频调节在达到同样的风量下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少。显然，节能的经济效果是十分明显的。

3 风机水泵变频改造的优点

风机与水泵通过变频技术达到节能的原理基本相同的。根据上述的变频调节原理可知，改变泵或风机的转速就可以改变其功率，从而实现节能的目的。对风机或水泵进行变频改造的优点如下：（1）变频器可以控制电机在启动时的电流。利用变频调速则可以将频率和电压相关联，变频器就会根据矢量控制的方式控制电机运行。所以用变频调速的方法会在泵或风机启动时降低电机的启动电流大小，使得电机绕组产生的热量降低，从而增加了电机的使用寿命。（2）变频器可以降低线路中的电压波动。在电机的启动和运行过程中，电路中的电压会随着电机的功率发生波动。（3）采用变频调节的改造方式使得所需功率下转速降低。泵或风机在低速运行的情况下能够减少磨损，降低噪音，减少运营成本。（4）能够实现极佳的节能效果。因为最终的能耗和电机的转速是成立方比关系的，所以一般情况下采用变频后，可以节省了很多的电量，同时也降低了成本，提高了效率。

4 结语

随着科技的发展，变频技术在风机水泵自控系统的应用上已将越来越广泛。变频技术在节能、安全等方面比调节阀门开度的方法在性能上更优良，能够增加泵和风机的使用寿命，节省用电成本。

参考文献：

[1]刘阿军.变频技术在风机、水泵节能改造中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010（09）：230-231.

[2]张影.变频技术在电厂泵与风机系统中应用的节能探讨[J].民营科技，2016（03）：38.