陳幸

摘 要：在雨水和生活污水抽排中，需要使用潛水泵，由于受各方面的因素的影響和制約，使得潛水泵的能耗較高。為了降低其能耗，可將變頻器合理應(yīng)用到潛水泵中，以此來達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)?；诖它c(diǎn)，本文首先闡述了變頻器的構(gòu)成及其作用，并在此基礎(chǔ)上對(duì)變頻器在潛水泵中的應(yīng)用與節(jié)能進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)μ岣邼撍玫墓?jié)能效果有所幫助。

關(guān)鍵詞：變頻器 潛水泵 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TD442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1 變頻器的構(gòu)成及其作用

變頻器又被稱之為VFD，變頻與微電子是其應(yīng)用的兩大關(guān)鍵技術(shù)，它能夠憑借內(nèi)部IGBT的開斷對(duì)輸出電源的電流和電壓進(jìn)行調(diào)整，并按照電機(jī)的使用需要提供相應(yīng)的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速、節(jié)能的目的。不僅如此，VFD還具備過流、過壓、過載保護(hù)等功能。

（一）變頻器的構(gòu)成

變頻器主要是由整流器、平波回路和逆變器等構(gòu)成。其中整流器多以二極管變流器為主，它能夠?qū)⒐ゎl電源直接轉(zhuǎn)換為直流電源，也可采用兩組晶體管變流器組成可逆變流器，這樣便可以實(shí)現(xiàn)再生運(yùn)轉(zhuǎn)；平波回路可以對(duì)電壓波動(dòng)起到有效的抑制作用，當(dāng)變頻器本身的容量較小時(shí)，若是電源與主電路構(gòu)成器件之間仍有余量，則可省去電感采用比較簡單的平波回路；逆變器與整流器相反，它是將直流功率變換為要求頻率的交流功率，并以預(yù)先確定好的時(shí)間使開關(guān)導(dǎo)通或是關(guān)斷。

（二）變頻器的作用

目前，變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，其最為顯著的功能和作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.變頻節(jié)能。該作用在風(fēng)機(jī)和水泵上的體現(xiàn)最為明顯。通常情況下，為確保生產(chǎn)的可靠性和穩(wěn)定性，各種機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)制造的過程中都預(yù)留出了一定的余量，若是電機(jī)無法在滿載的情況下運(yùn)行時(shí)，多余的力矩會(huì)使有功功率的消耗增大，由此一來便會(huì)造成電能浪費(fèi)。傳統(tǒng)的水泵調(diào)速方法是利用調(diào)節(jié)入口位置處的擋板、閥門開度對(duì)給水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于輸入功率較大，所以一部分能源會(huì)消耗在截流的過程當(dāng)中。而使用VFD進(jìn)行調(diào)速時(shí)，當(dāng)流量要求減小時(shí)，只需要通過降低泵的轉(zhuǎn)速便可滿足運(yùn)行要求，這樣便可以達(dá)到節(jié)能的目的。

2.軟啟動(dòng)節(jié)能。實(shí)踐表明，當(dāng)電機(jī)以硬啟動(dòng)的方式啟動(dòng)時(shí)，會(huì)給電網(wǎng)帶來比較嚴(yán)重的沖擊，并且對(duì)電網(wǎng)容量的要求也相對(duì)較高，啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的電流與震動(dòng)對(duì)擋板及閥門的損害較大，由此會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命縮短。而采用VFD后，可以借助其軟啟動(dòng)功能使啟動(dòng)電流由零開始，最大電流值不會(huì)超過額定電流，這樣既達(dá)到了節(jié)能效果，而且還能延長設(shè)備的使用年限。

2 變頻器在潛水泵中的應(yīng)用與節(jié)能

潛水泵歸屬于離心泵的范疇，一套完整的潛水泵機(jī)組主要是由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：水泵、潛水電機(jī)、輸水管路以及控制開關(guān)等。在雨水和生活污水抽排中，潛水泵的應(yīng)用較廣，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，潛水泵的能耗較高，為了解決這一問題，可在潛水泵機(jī)組中加裝變頻器，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。變頻器在潛水泵中應(yīng)用時(shí)，關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)是最為重要的環(huán)節(jié)，其直接關(guān)系到節(jié)能效果。

（一）變頻器容量

目前，最為常用的變頻器控制方式主要有以下幾種：

1.電壓與頻率線性關(guān)系。這種控制方式可用于同步電機(jī)或是多臺(tái)電機(jī)并聯(lián)。2.FCC。其又被稱之為磁通電流控制，通過該控制方式能夠使電機(jī)始終保持在全磁通的狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到降低功耗的目的。3.電壓與頻率平方關(guān)系。這種控制方式常被用于水泵和風(fēng)機(jī)當(dāng)中。

因絕大多數(shù)通用變頻器采用的都是電壓與頻率平方關(guān)系的控制方式，其對(duì)泵類負(fù)載也同樣適用，所以變頻器容量的選擇成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了確保所選變頻器的容量符合電機(jī)的要求，可以按照電機(jī)容量的計(jì)算結(jié)果來匹配變頻器的容量。為了便于研究，本文將電機(jī)容量設(shè)定為50kW，那么變頻器的容量應(yīng)當(dāng)不小于50kW。在綜合考慮性價(jià)比等因素的基礎(chǔ)上，50kW水泵電機(jī)可以選用施耐德公司出品的ATV61系列變頻器，該變頻器的最大連續(xù)工作電流為116A，而水泵電機(jī)的額定電流為131.3A。需要注意的是，變頻器的容量并不是越大越好，這是因?yàn)楫?dāng)變頻器的容量過大時(shí)，其運(yùn)行過程中的裕量也比較大，經(jīng)濟(jì)性不高。

（二）制動(dòng)電阻

潛水泵電機(jī)在具體應(yīng)用的過程中，若是其轉(zhuǎn)速下降，與之相應(yīng)的工頻也會(huì)隨之降低，此時(shí)電機(jī)便會(huì)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，由此所產(chǎn)生出來的再生能量將會(huì)全部反饋至直流電流當(dāng)中，從而導(dǎo)致變頻器直流母線的電壓升高，如果母線電壓升高到一定幅值后，會(huì)給電機(jī)運(yùn)行埋下安全隱患。為了解決這一問題，應(yīng)當(dāng)將再生至直流電路當(dāng)中的這部分能量全部消耗掉，進(jìn)而使直流電壓始終保持在允許的范圍之內(nèi)。制動(dòng)電阻實(shí)質(zhì)上是一個(gè)載體，它最為主要的作用是能夠以熱能方式將電機(jī)的再生能量消耗掉，功率容量和電阻阻值是其兩個(gè)重要的參數(shù)。目前，計(jì)算制動(dòng)電阻的方法較多，從工程的層面上看，想要精確地計(jì)算出制動(dòng)電阻的實(shí)際阻值和功率有一定的難度，究其根本原因是參數(shù)無法實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。所以在對(duì)制動(dòng)電阻進(jìn)行計(jì)算時(shí)，一般采用的都是估算方法。

1.變頻器的最小連接電阻計(jì)算。為了確保變頻器在運(yùn)行過程中不受損壞，必須保證流經(jīng)制動(dòng)電阻的電流小于電機(jī)的額定電流，此時(shí)計(jì)算得出的電阻值即變頻器的最小連接電阻，具體計(jì)算公式如下：

（1）

在上式當(dāng)中， 代表制動(dòng)電壓； 代表電機(jī)的額定電流。實(shí)際應(yīng)用中，只需要將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入到公式當(dāng)中便可計(jì)算出變頻器的最小連接電阻。

2.必要的制定電阻。相關(guān)的工程實(shí)踐表明，當(dāng)放電電流為電機(jī)額定電流的50%時(shí)，可獲得與電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩相同的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)的電阻即為變頻器運(yùn)行中所必要的制動(dòng)電阻。具體計(jì)算公式如下：

（2）

3.電阻使用率。制動(dòng)電阻的使用率可以定義為變頻器減速時(shí)間除以減速周期，它的主要作用是使制動(dòng)單元及剎車電阻有足夠的時(shí)間散除掉因制動(dòng)而產(chǎn)生出來的熱量。一旦制動(dòng)電阻發(fā)熱，其電阻值便會(huì)隨著溫度的升高而升高，此時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩便會(huì)隨之減少。

4.制動(dòng)電阻功率的選擇。通常情況下，當(dāng)電機(jī)減速且轉(zhuǎn)矩方向相反時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生出再生能量，而平均再生能量具體是指一個(gè)周期內(nèi)全部的再生能量除以該周期所占有的時(shí)間，計(jì)算公式如下：

（3）

為了確保制動(dòng)電阻的安全使用，其額定功率必須大于整個(gè)系統(tǒng)的平均再生能量。

3 結(jié)論

總而言之，采用潛水泵對(duì)雨水和生活污水進(jìn)行抽排時(shí)，水泵的運(yùn)行效率和能耗高低是關(guān)鍵性問題。為了確保潛水泵的高效運(yùn)行并達(dá)到節(jié)能降耗的目的，可將變頻器應(yīng)用于潛水泵當(dāng)中。在具體應(yīng)用時(shí)，變頻器關(guān)鍵性參數(shù)的設(shè)定非常重要，這不但關(guān)系水泵的使用壽命，而且還直接影響節(jié)能效果。為此，必須合理設(shè)計(jì)變頻器的參數(shù)，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王成軍.羅豫軍.張成禹.分析水泵及管路運(yùn)行曲線實(shí)現(xiàn)水泵節(jié)能改造[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2012（5）.

[2] 楊立新.劉遠(yuǎn).三元流技術(shù)在供水水泵節(jié)能改造中的效果分析[J].設(shè)備管理與維修.2012（2）.