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[摘 要]本文介绍了水泵变频调速运行的节能原理与变频调速的基本原理，并且对实际中影响变频调速范围的因素进行了详细的阐述。
[关键词]水泵；变频调速；节能技术；频率
中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）22-0391-01
1.引言
随着我国科学技术与工业产业的飞速发展，电力工业已经从一定程度上得到了很大的进步，但是能源的浪费却是一个不容忽视的严重问题。根据相关调查了解到，我国目前水泵的总数量大约为5568万台左右，装机的容量大约为1.6亿千瓦，占据了全国用电量的22%左右。但系统运行的效率却很低，仅仅大约为25%～35%，其损耗的电能量占到了总发电量的40%之上。所以，做好关于水泵节能的工作，对于提高我国国民经济的发展水平具有举足轻重的作用。为此，本文作者对水泵变频节能技术的应用进行如下简单的探讨。
2.水泵变频调速运行的节能原理
通过水泵的工作原理可以知道，水泵电动机的转速跟水泵的流量成正比例关系，水泵电动机转速的二次方与水泵的扬程成正比例关系，水泵电动机转速的三次方与水泵的轴功率成正比例关系。通过上述原理很容易推出如果改变水泵电机的转速就能够改变水泵的功率大小。在水泵效率不变的情况下，流量、扬程和轴功率与转速关系如下。
Q∝n转速与流量成正比关系；H∝n2转速的二次方与扬程成正比关系；Pf∝n3水泵功率与水泵转速的三次方成正比关系（n代表转速，Q代表流量，P代表轴功率，H代表扬程）。从理论上讲，如果液体流量下降20%，采用调速的办法使n下降20%，则电机轴功率将下降到原来的51.2%。而在实践中尽管电机效率也随着下降，但节能效果依然十分显著，可达18%～26%，甚至更高。通常来说，水泵是根据供水系统最大工况的需求来进行考虑的。但是，在实际使用时，用水系统很难达到最大的用水量。常规情形下，一般用阀门调节来加大系统的阻力进行节流，但是很容易造成用电的损失；而如果采用变频器，能够使系统的工作状态稳定且平缓，采用调节转速来改变用水供应，并能够通过减小转速实现节能，从而收回投资。
3.变频调速的基本原理
变频调速的基本原理图如图1所示，就是指利用了交流电动机的转速关系，即N=60（1—S）F/P。公式中：F代表水泵电机的电源频率，单位为Hz；P代表电机的极对数。由此可以知道，均匀地调节电动机定子绕组电源频率F的大小，就能够均匀地调节电动机同步转速的大小。如果电动机转速减小，那么轴功率会相应得到减小，而电动机输入功率也就会跟随着减小。上述就是水泵变频调速的节能原理。
4.影响变频调速范围的因素
4.1 水泵工艺的特点对调速范围的影响
从理论上来说，水泵调速高效的区域一般为经过工频高效区两个端点的两条比较相近的工况抛物线的中间区域。但是在实际上，当水泵的转速非常小时，泵的效率就会大大的下降。由于受这种因素的影响，水泵的调速高效区发生萎縮。如果当运行工况点已经超过该区域的时候，则不可以利用调速来节能。
4.2 定速泵对调速范围的影响
在实践运行中，供水系统一般是通过几台水泵联合供水。如果将所有水泵全部调速的话，耗资会太多。因此，通常采用定速泵、调速泵混合供水。在上述的系统中运行时，应注意保证定速泵与调速泵都能运行于高效段，并能够实现系统的最优化。这个时候，定速泵就可能会对调速泵的调速范围产生一定程度的影响。在通常情况下，主要被分成如下两种情形。
（1）型号相同的水泵：定、调速泵并列运行时，尽管调度比较灵活，但是因为不能兼顾定速泵与调速泵的高效工作段，所以，这种情形下调速运行的范围是非常小的。
（2）型号不同的水泵：定、调速泵并列运行时，如果可以达到调速泵在额定转速时高效段的右端点，定速泵与扬程高效段的左端点并且扬程相等，那么就能够实现最大范围的调速。但是要特别注意，此时定速泵与调速泵绝对不可以在互换后并列运行。
4.3 电机效率对调速范围的影响
在工况比较相同的情况下，一般会有N∝n3。所以，随着转速的不断下降，轴功率会急剧减小，但是如果电机得输出功率偏移额定功串过大或工作频率偏移工频很大，都有可能导致电机效率下降迅速，最后都会影响到水泵机组的效率。
4.4 变频调速装置的影响
变频器在工作时因为变频和整流，周围将会出现见很多的干扰电磁波，而这些高频电磁波对周围的仪器、仪表将会有一定的干扰。所以，电子系统和柜内仪表，应当选择金属外壳，以便屏蔽变频器对仪表所造成的干扰。所有的元器件均应当确保接地，除了上述条件之外，各仪器、仪表以及电气元件之间的连线都应当选择屏蔽控制电缆，而且屏蔽层也应当接地。
5.结语
总之，变频调速是一种应用非常广泛的水泵节能技术，但适用条件非常严格。不可以将其简单地应用于所有供水系统，具体应当采用何种节能技术，需要结合实际情况区别对待。通过以上的探讨，我们得到以下结论：
（1）变频调速常应用于流量不是很稳定、变化比较频繁而且幅度也较大、流量经常明显的偏小或者管路损失占总扬程比例比较大的供水系统；
（2）变频调速不适用于工况点单一、流量稳定与静扬程占总扬程比例较大的供水系统；
（3）变频变压供水一般要优于变频恒压供水。
参考文献
[1] 赵相宾等.变频调速技术的发展.变频器世界，2006（12）.
[2] 徐甫荣等.高压变频调速技术应用现状与发展趋势.变频器世界，2007（4）.
[3] 陈运珍，中压大功率变频器在多台大水泵机组并联运行时的机理研究.变频器世界，2007（4）.
[4] 陈运珍.现代水工业自动化必须走信息控制一体化的道路.自动化博览，2006（6）.
[5] 王锡仲，高景峰.变频优化调压节能供水装置的研制[J].给水排水，1998，24（10）：64-67.
[关键词]水泵；变频调速；节能技术；频率
中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）22-0391-01
1.引言
随着我国科学技术与工业产业的飞速发展，电力工业已经从一定程度上得到了很大的进步，但是能源的浪费却是一个不容忽视的严重问题。根据相关调查了解到，我国目前水泵的总数量大约为5568万台左右，装机的容量大约为1.6亿千瓦，占据了全国用电量的22%左右。但系统运行的效率却很低，仅仅大约为25%～35%，其损耗的电能量占到了总发电量的40%之上。所以，做好关于水泵节能的工作，对于提高我国国民经济的发展水平具有举足轻重的作用。为此，本文作者对水泵变频节能技术的应用进行如下简单的探讨。
2.水泵变频调速运行的节能原理
通过水泵的工作原理可以知道，水泵电动机的转速跟水泵的流量成正比例关系，水泵电动机转速的二次方与水泵的扬程成正比例关系，水泵电动机转速的三次方与水泵的轴功率成正比例关系。通过上述原理很容易推出如果改变水泵电机的转速就能够改变水泵的功率大小。在水泵效率不变的情况下，流量、扬程和轴功率与转速关系如下。
Q∝n转速与流量成正比关系；H∝n2转速的二次方与扬程成正比关系；Pf∝n3水泵功率与水泵转速的三次方成正比关系（n代表转速，Q代表流量，P代表轴功率，H代表扬程）。从理论上讲，如果液体流量下降20%，采用调速的办法使n下降20%，则电机轴功率将下降到原来的51.2%。而在实践中尽管电机效率也随着下降，但节能效果依然十分显著，可达18%～26%，甚至更高。通常来说，水泵是根据供水系统最大工况的需求来进行考虑的。但是，在实际使用时，用水系统很难达到最大的用水量。常规情形下，一般用阀门调节来加大系统的阻力进行节流，但是很容易造成用电的损失；而如果采用变频器，能够使系统的工作状态稳定且平缓，采用调节转速来改变用水供应，并能够通过减小转速实现节能，从而收回投资。
3.变频调速的基本原理
变频调速的基本原理图如图1所示，就是指利用了交流电动机的转速关系，即N=60（1—S）F/P。公式中：F代表水泵电机的电源频率，单位为Hz；P代表电机的极对数。由此可以知道，均匀地调节电动机定子绕组电源频率F的大小，就能够均匀地调节电动机同步转速的大小。如果电动机转速减小，那么轴功率会相应得到减小，而电动机输入功率也就会跟随着减小。上述就是水泵变频调速的节能原理。
4.影响变频调速范围的因素
4.1 水泵工艺的特点对调速范围的影响
从理论上来说，水泵调速高效的区域一般为经过工频高效区两个端点的两条比较相近的工况抛物线的中间区域。但是在实际上，当水泵的转速非常小时，泵的效率就会大大的下降。由于受这种因素的影响，水泵的调速高效区发生萎縮。如果当运行工况点已经超过该区域的时候，则不可以利用调速来节能。
4.2 定速泵对调速范围的影响
在实践运行中，供水系统一般是通过几台水泵联合供水。如果将所有水泵全部调速的话，耗资会太多。因此，通常采用定速泵、调速泵混合供水。在上述的系统中运行时，应注意保证定速泵与调速泵都能运行于高效段，并能够实现系统的最优化。这个时候，定速泵就可能会对调速泵的调速范围产生一定程度的影响。在通常情况下，主要被分成如下两种情形。
（1）型号相同的水泵：定、调速泵并列运行时，尽管调度比较灵活，但是因为不能兼顾定速泵与调速泵的高效工作段，所以，这种情形下调速运行的范围是非常小的。
（2）型号不同的水泵：定、调速泵并列运行时，如果可以达到调速泵在额定转速时高效段的右端点，定速泵与扬程高效段的左端点并且扬程相等，那么就能够实现最大范围的调速。但是要特别注意，此时定速泵与调速泵绝对不可以在互换后并列运行。
4.3 电机效率对调速范围的影响
在工况比较相同的情况下，一般会有N∝n3。所以，随着转速的不断下降，轴功率会急剧减小，但是如果电机得输出功率偏移额定功串过大或工作频率偏移工频很大，都有可能导致电机效率下降迅速，最后都会影响到水泵机组的效率。
4.4 变频调速装置的影响
变频器在工作时因为变频和整流，周围将会出现见很多的干扰电磁波，而这些高频电磁波对周围的仪器、仪表将会有一定的干扰。所以，电子系统和柜内仪表，应当选择金属外壳，以便屏蔽变频器对仪表所造成的干扰。所有的元器件均应当确保接地，除了上述条件之外，各仪器、仪表以及电气元件之间的连线都应当选择屏蔽控制电缆，而且屏蔽层也应当接地。
5.结语
总之，变频调速是一种应用非常广泛的水泵节能技术，但适用条件非常严格。不可以将其简单地应用于所有供水系统，具体应当采用何种节能技术，需要结合实际情况区别对待。通过以上的探讨，我们得到以下结论：
（1）变频调速常应用于流量不是很稳定、变化比较频繁而且幅度也较大、流量经常明显的偏小或者管路损失占总扬程比例比较大的供水系统；
（2）变频调速不适用于工况点单一、流量稳定与静扬程占总扬程比例较大的供水系统；
（3）变频变压供水一般要优于变频恒压供水。
参考文献
[1] 赵相宾等.变频调速技术的发展.变频器世界，2006（12）.
[2] 徐甫荣等.高压变频调速技术应用现状与发展趋势.变频器世界，2007（4）.
[3] 陈运珍，中压大功率变频器在多台大水泵机组并联运行时的机理研究.变频器世界，2007（4）.
[4] 陈运珍.现代水工业自动化必须走信息控制一体化的道路.自动化博览，2006（6）.
[5] 王锡仲，高景峰.变频优化调压节能供水装置的研制[J].给水排水，1998，24（10）：64-67.