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變頻器在暖通循環(huán)水泵上的節(jié)能控制

2017-02-21 19:33朱楠楠
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年35期
關(guān)鍵詞:節(jié)能控制變頻器

朱楠楠

摘 要:近些年來,我國的經(jīng)濟(jì)雖然取得了良好的發(fā)展,但是同時我國的能源消耗問題也非常的嚴(yán)重,所以當(dāng)前我國十分注重可持續(xù)發(fā)展,十分強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排。而在傳統(tǒng)的暖通系統(tǒng)之中,往往會造成大量的能源浪費,因為室外的溫度往往是不斷變化的,室外溫度的變化會對室內(nèi)溫度造成一定的影響,所以就使得暖通循環(huán)水泵出現(xiàn)了能源的浪費。而將變頻器應(yīng)用在暖通循環(huán)水泵之中,能夠利用變頻調(diào)節(jié)的方式來實現(xiàn)對暖通循環(huán)水泵的節(jié)能控制,從而使得暖通循環(huán)系統(tǒng)能夠更加節(jié)能地運行,進(jìn)而有效減少能源的浪費。因此文章就變頻器在暖通循環(huán)水泵上的節(jié)能控制進(jìn)行了一定的研究,以期能夠使得暖通循環(huán)系統(tǒng)更加節(jié)能高效地運行。

關(guān)鍵詞:變頻器;暖通循環(huán)水泵;節(jié)能控制

前言

當(dāng)前我們正面臨著能源問題和環(huán)境問題的困擾,所以當(dāng)前如何減少能源浪費和保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為了全社會非常重視的一個問題。在現(xiàn)代的建筑之中,暖通工程往往都是必不可少的,暖通循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用大大地改善了人們的生活質(zhì)量,但是另一方面在暖通循環(huán)系統(tǒng)之中,水泵往往發(fā)揮著非常重要的作用,但是水泵也是較容易產(chǎn)生能耗的一個設(shè)備,因此在暖通循環(huán)水泵上應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行節(jié)能控制,既可以降低水泵的能耗,同時又能夠提高水泵的效率,使得整個暖通循環(huán)系統(tǒng)能夠更加的節(jié)能高效。而將變頻器應(yīng)用于暖通循環(huán)水泵之中,往往能夠起到較好的節(jié)能控制效果,所以對于變頻器在暖通循環(huán)水泵上的節(jié)能控制進(jìn)行研究有著非常重要的意義。

1 變頻器技術(shù)概述

1.1 變頻器的概念

所謂變頻器,實質(zhì)上是一種電力控制設(shè)備,它通過對變頻技術(shù)和微電子技術(shù)的應(yīng)用來對電機(jī)工作電源頻率方式加以改變,然后實現(xiàn)對交流電動機(jī)的控制。變頻器可以對工頻電源進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換,然后形成另外一種頻率。變頻器的主要電路也可以被劃分為兩大類,第一類是電流型,第二類是電壓型。所謂電流型,指的是能夠?qū)τ陔娏髟催M(jìn)行交流和直流變化的變頻器;而電壓型則是對于電壓源進(jìn)行交流和直流轉(zhuǎn)換的變頻器。

1.2 變頻器的基本構(gòu)成

變頻器實質(zhì)上也是一種電力電子裝置,但是通過對變頻器節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒐潭l率、電壓的交流電進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,使其轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都可供調(diào)節(jié)的交流電,構(gòu)成變頻器的電路實際上是非常復(fù)雜的,在其內(nèi)部,主要是由主電路單元、驅(qū)動控制單元、中央處理單元、保護(hù)與報警單元和監(jiān)視與參數(shù)設(shè)定單元所構(gòu)成的。其中主電路單元主要是把電網(wǎng)電壓接入變頻器,該單元主要是由逆變器和整流器所構(gòu)成的;驅(qū)動控制單元的主要作用就是用于產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動逆變器開關(guān)信號,而且驅(qū)動控制單元是受中央處理單元控制的;中央處理單元則是對變頻器的各種外部信號進(jìn)行處理,同時對內(nèi)部信號進(jìn)行檢測,它是整個變頻器的控制核心,對變頻器的控制主要就是依賴于中央處理單元;而保護(hù)與報警單元的主要功能就是對變頻器的故障進(jìn)行檢測和報警;監(jiān)視與參數(shù)設(shè)定單元主要是對變頻器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,同時對變頻器的各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

1.3 變頻器的控制方式研究

變頻器的種類有很多,所以相應(yīng)的控制方式也是多種多樣的,因此依據(jù)變頻器的工作原理,大致可以將其分為以下幾種控制方式:第一是V/f控制方式。它是一種簡單的開環(huán)控制方式,而且使用該方法來對于變頻器進(jìn)行控制,造價往往也非常的高,一般適用于控制精度要求較低的調(diào)速系統(tǒng),比如說水泵和風(fēng)機(jī)等;第二種是轉(zhuǎn)差頻率控制方式。這一種方式是在V/f控制的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的,但是轉(zhuǎn)差頻率控制方式是通過電路和速度傳感器給定轉(zhuǎn)速以及實際轉(zhuǎn)速的速度偏差信號,然后再利用控制器對于基準(zhǔn)速度偏差值加以計算,最后得出基準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速值,然后再計算出電壓控制信號以及逆變器的頻率;第三是矢量控制方式。這種變頻器控制方式屬于高精度的控制方式,矢量控制方式把一部電動機(jī)的定子電流進(jìn)行了分解,將其分解為兩個部分,一個分量為轉(zhuǎn)矩電流分量,另一個分量為勵磁電流分量,通過對于二者的控制來實現(xiàn)對于變頻器的控制。

2 變頻器在暖通循環(huán)水泵的節(jié)能控制原理

2.1 降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速

通過變頻器可以對于暖通循環(huán)系統(tǒng)中的水泵電機(jī)的頻率加以調(diào)節(jié),而在調(diào)節(jié)其頻率之后,電機(jī)的轉(zhuǎn)速往往也就會發(fā)生相應(yīng)的改變,而當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化之后,電機(jī)軸的功率也就會發(fā)生相應(yīng)的改變,電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低之后,電機(jī)軸的功率會有所提升,所以通過降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速,能夠取得較好的節(jié)能效果。

2.2 動態(tài)調(diào)整節(jié)能

將變頻器應(yīng)用于暖通循環(huán)水泵上,能夠使得水泵迅速地對于負(fù)載變動加以適應(yīng),在其適應(yīng)了負(fù)載的變動之后,能夠及時地給出最大效率的電壓,從而使得電機(jī)始終保持在高效率的運行狀態(tài),而電機(jī)的輸出效率一旦得到了提高,往往就能夠節(jié)約更多的能源,所以變頻器通過動態(tài)的調(diào)整,也能夠起到較好的節(jié)能效果。

2.3 通過變頻器自身控制方式節(jié)能

對于采用V/f控制方式的變頻器而言,在保證了電機(jī)輸出力矩的前提之下,變頻器能夠自動對于V/f曲線進(jìn)行調(diào)節(jié),適當(dāng)?shù)販p少電機(jī)的輸入力矩,在輸入力矩得以減少之后,就能夠使得輸入電流也相應(yīng)的減少,這樣就能夠起到較好的節(jié)能的效果。

2.4 變頻器軟啟動節(jié)能

在暖通系統(tǒng)之中,如果電機(jī)是全壓啟動,那么為了滿足電機(jī)啟動力矩的需求,其往往就需要從電網(wǎng)吸收更多的電流,而這一電流值往往會達(dá)到電機(jī)額定電流的5~7倍,所以就使得電機(jī)的啟動電流非常大,這樣不僅僅造成了能源的浪費,而且由于在啟動瞬間,電網(wǎng)的電壓波動會很大,所以就增加了線損。但是變頻器所采用的變頻啟動的方式,在啟動的過程中,啟動電流會從0A上升到電機(jī)的額定電流,這樣就避免了啟動電流過大,同時也減少了對于電網(wǎng)的沖擊,進(jìn)而減少了線損,所以變頻器的軟啟動功能也能夠起到較好的節(jié)能效果。

2.5 提高功率因數(shù)

因為在暖通系統(tǒng)中,循環(huán)水泵的電動機(jī)是由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組在電磁作用下產(chǎn)生力矩的,但是無論是對于定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組而言,都是具有感抗作用的,所以就會使得電網(wǎng)面臨感性阻抗,這樣電機(jī)在運行的過程中,就會吸收大量的無功功率,使得電機(jī)的功率因數(shù)很低。但是在應(yīng)用變頻器之后,在變頻器進(jìn)行整流濾波之后,電機(jī)的負(fù)載特性就會發(fā)生相應(yīng)的改變,變頻器對于電網(wǎng)的阻抗特性是呈現(xiàn)出阻性的特征,所以就會大大提高功率因數(shù),進(jìn)而有效地減少了無功損耗,從而達(dá)到節(jié)能的效果。

3 變頻器在暖通循環(huán)水泵上的節(jié)能控制應(yīng)用

3.1 調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速

對于傳統(tǒng)的暖通循環(huán)水泵而言,其往往都是通過閥門或者擋板來對于流量進(jìn)行控制,當(dāng)其在額定電壓下工作時,其電動機(jī)的功率為額定功率,但是在很多時候,在暖通系統(tǒng)中,并不需要使用到很大的液體流量,這時即使通過閥門或者是擋板對于流量進(jìn)行控制,仍然不能夠使得水泵的轉(zhuǎn)速得以降低,從而造成了能源的浪費。對于交流異步電機(jī)電動機(jī)而言,其轉(zhuǎn)速可以通過式(1)來進(jìn)行計算,而對于該電動機(jī)如果通過變頻器來進(jìn)行控制,就可以使得水泵的轉(zhuǎn)速得以降低,變頻器控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的原理如式(2)所示。這樣當(dāng)電動機(jī)在較低的電壓下工作時,實際功率就會比額定功率要小得多,從而起到節(jié)能的效果。所以利用變頻器來對于水泵的轉(zhuǎn)速加以調(diào)整,節(jié)能效果是較為顯著的。而且就整個暖通系統(tǒng)而言,水泵是消耗能源最多的一個部分,如果能夠?qū)⒐?jié)能技術(shù)應(yīng)用到水泵之中,那么起到的節(jié)能效果將是十分顯著的。

3.2 在水泵并聯(lián)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在許多暖通系統(tǒng)中,往往都會將多臺循環(huán)水泵并聯(lián)進(jìn)行使用,使得水泵構(gòu)成一個泵系統(tǒng),所以此時可以對于多臺水泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié),從而對于流量進(jìn)行有效的控制,達(dá)到節(jié)能的目的。但是由于變頻器的成本較高,如果水泵系統(tǒng)中的每一臺水泵都是用一個獨立的變頻器,往往并不是十分的經(jīng)濟(jì),所以此時可以把并聯(lián)系統(tǒng)中的一臺水泵改為變頻調(diào)節(jié)泵,而其它的水泵保持不變,這樣也能夠達(dá)到節(jié)能的目的。因為在并聯(lián)系統(tǒng)之中,當(dāng)其開始工作時,首先將變頻調(diào)速泵進(jìn)行啟動,然后讓水泵的流量從零開始逐漸地增加,直到達(dá)到額定流量,當(dāng)額定流量超過了變頻泵的最大流量之后,就啟動非變頻泵,這時變頻調(diào)速泵在得到了系統(tǒng)的信號反饋之后就會減小自身的轉(zhuǎn)速,從而使得泵系統(tǒng)的輸出總流量降低到額定要求。如果啟動一臺非變頻泵不能夠滿足流量的要求,那么就可以啟動第二臺非變頻泵,同理,如果兩臺非變頻泵也不能夠滿足要求,則可以啟動第三臺。而且依據(jù)系統(tǒng)對于流量的不同需求,也可以選擇不同額定流量的水泵進(jìn)行搭配,從而起到最好的節(jié)能效果。

4 結(jié)束語

將變頻器應(yīng)用在暖通循環(huán)水泵之中,能夠起到較好的節(jié)能控制效果,而且無論水泵的型號如何,通過變頻器處理,都能夠取得較好的節(jié)能效果,對于水泵運行的成本進(jìn)行有效的控制。當(dāng)前變頻器在更多的領(lǐng)域之中得到了廣泛的應(yīng)用,不僅僅局限于循環(huán)水泵,在其它領(lǐng)域之中對于變頻器加以應(yīng)用,也能夠起到較好的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

[1]王文平.淺析變頻器在水泵控制中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能,2014(4):174-175,192.

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[3]李紅帥,高小濤.變頻器在水泵供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].河南科技,2014(18):106-107.

[4]劉剛.變頻器在水泵改造中的應(yīng)用及節(jié)能分析[J].特鋼技術(shù),2014(3):57-59.

[5]鄧少強(qiáng).中壓變頻器在水泵節(jié)能方面的應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2013(5):379-381.

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