李祥志

(江苏三江电器集团股份有限公司 江苏靖江 214516)

从目前来看，高能耗已经成为工业生产、建筑给排水等领域中各类水泵电机系统亟待解决的突出问题，同时也是我国社会向绿色节能经济目标发展的一大阻碍。在此背景下，我们有必要对变频调速节能控制在水泵电机系统中的应用进行讨论，尝试寻找出兼具经济性与可行性的水泵电机系统改造路径。

1 变频调速节能控制在水泵电机系统中的应用原理

从本质上讲，除了设备零件老化磨损、安装精度存在缺陷以外，水泵性能未能高效利用也是导致水泵能耗居高不下的一大原因[1]。此时，将变频调速技术应用到水泵电机系统的改造设计当中，能有效提升电机的能效比率，增高单位电能的功率因数，进而达到节能控制的理想效果。在变频调速技术的支持下，水泵电机在获得50Hz频率的交流电供给后，会立即触发PLC自动控制中心向变频器发出指令，进而通过相关电路将交流电源转化为直流电源。其后，再经由变频器对直流电路的动态控制，输出可调可控的交流电源频率及电压，并基于此实现水泵电机系统动能的实时调节。这样一来，随着需求侧水量需求的波动变化，水泵电机系统的工况也将作出相对调整，进而达成电能供给、电机效率与泵水需求的协调平衡。

具体来讲，在传统的运行模式下，水泵电机系统的电能消耗及工况参数是恒定的。此时，若需求侧的水量需求较低，将会造成大量的电能浪费，进而形成一定量的无用能耗；若需求侧的水量需求较高，也会导致水泵电机系统承受较高的运行负荷，在降低水泵电机系统工作效率的同时，引发设备局部过热、零件异常磨损等问题，不利于水泵电机系统的寿命稳定与生产安全[2]。而在应用变频调速技术进行节能控制后，这一情况可得到极大改善。假定水泵电机系统的正常运行工况位于A点，此时需求侧的水量需求为Q点。其后，若水量需求有所下降，PLC自动控制中心便会通过改变电压输出与电源频率，驱动水泵关小泵水阀门，同一坐标系中的A、Q两点也将随之下降，即表明电机系统处于低能耗的工作平衡状态；若水量需求有所上升，PLC自动控制中心也将提高供电等级，驱动泵水阀门达到全开状态。此时，虽然同一坐标系中的A、Q两点同处高位，但其转化值相对稳定，即表明电机系统的电能转化功率处在正常范围内。此外，受惠于变频调速技术的渐进式控制模式，水泵电机系统的A点（即工况）变化并不会骤升或骤降，故而不会对整体供水网络形成过大的冲击影响，可满足需求侧用户连续、稳定的生产用水要求[1]。

2 变频调速节能控制在水泵电机系统中的应用策略

2.1 变频调速节能控制下水泵电机系统的设计改造

在以PLC自动控制技术为基础进行水泵电机系统的变频调速节能控制改造时，可通过如下方式进行控制系统的连接设计：将PLC自动控制装置与PID调节器相连，再将PID调节器另一端与变频设备相接，并在变频设备处装设传感器部件。在此连接结构下，传感器可对供水管线处的压力值进行动态监测，并将相关数据传输至PLC自动控制中心，据此通过PID调节器完成变频设备的实时调整。这样一来，作用于水泵电机系统的变频调速节能控制系统便会形成“水量监测—变频控制—控制后水量监测—再次控制”的流程循环，使水泵电机时时处在最适宜的运行状态。

以两大一小三台水泵的设计改造为例：该水泵电机系统需要一套自动控制系统及两个压力传感器进行优化改造。变频设备主要控制2号与3号两台大型水泵，而1号小型水泵则长期处于工频运行状态。在通常情况下，3号水泵始终处于阀门闭合的状态，仅需1号、2号水泵即可满足日常的生产需求。若压力传感器感应到需求侧的用水量较小，则会在PLC自动控制中心的指令反馈下触发变频设备，使2号水泵进入变频状态，并随实际需求进行工况调整；若压力传感器感应到需求侧的用水量升高，PLC自动控制中心则会调动变频设备对3号水泵进行变频控制。此时，1号、2号水泵同处于工频运行状态，3号水泵随实际情况进行工况调整。其后，若仍无法满足当前的生产用水需求，自动控制系统将会自动退出水泵电机系统的运行活动，使1号、2号、3号水泵同处于最大化的贡品运行状态，以确保供水输出的最大化。

2.2 变频调速节能控制下水泵电机系统的技术选择

逻辑电路控制具有投入成本低、系统安装简单的特点，但在控制精度上存在一定的局限性，且抗干扰能力相对较弱，与水泵电机系统的节能需求有所出入；单片微机电路控制方式的性能较强，但系统调试难度较大，需要专业人员对电路进行针对性修改；PLC自动控制方式多与PID调节器、传感器等设备装置搭配应用，可结合传感器传回的动态数据完成水泵电机的无级调速，进而实现泵水压力、泵水量级的连续变化。同时，PLC自动控制方式以控制中心处的预设程序作为运行基础，具备操作简单、成本较低的技术优势。因此，相关人员在应用变频调速节能控制技术进行水泵电机系统的设计改造时，可将PLC自动控制技术作为首选。

除此之外，相关人员在应用变频技术时，也应注重其合理性。具体来讲，应选择功率值与水泵电机功率相当的变频器设备，以满足大区间、高效率的供电频率转化需求。若变频器的功率分级与水泵电机的功率分级存在差异时，应使变频器功率尽可能多地接近水泵电机功率，并保证水泵电机功率处在变频器功率的工作区间内。在选择变频器类型时，要考虑到水泵电机系统工作环境的特殊性，选择箱体封闭、防水抗蚀的变频器设备，如IP45型、IP65型等。另外，若水泵电机系统的供电网络存在较大的起伏波动，则需要酌情选择大一级的变频器设备，以确保电源质量的持续稳定。同时，也有助于避免电压电流起伏较大对水泵机组及配套设备产生强烈冲击，引发设备损坏、电路过载等事故问题[3]。

2.3 变频调速节能控制下水泵电机系统的维护保养

一般情况下，首先要基于理论上的水泵机组运行周期与工作强度，对核心设备、次要部件进行细致检验、隐患排查与清洁保养，并进行设备连接部位、轮轴部位的润滑处理[3]；其次，总结水泵电机系统在运行、控制过程中的重点问题，如电流电压异常、噪音明显、震动异常等，并进行针对性的故障处理，以确保设备运行性能的恢复，将能耗转化率维持在较高水平；最后，需要对自动控制系统的主板、线路及配套装置进行全面检修与保养，如插件固接、主板除尘、线路绝缘保护等，以便水泵电机系统运行过程中各类数据的精准传输与有效反馈，为变频调速节能控制的可靠落实夯实基础。做好水泵电机系统及自动控制系统的检查修整与维护保养，既是避免相关设备产生永久性故障的重要举措，也是保障水泵电机系统高效稳定运行、持续节能减耗的必要手段。