高压大功率变频器在泵站上的应用原则及实

1 引言

水泵是耗电量大的流体机械，采用不同的流量调节方式，所消耗的电能不同。采用变频调速方式，是水泵节能降耗的最有效的方式，是企业节能降耗的主要技术手段之一。高压大功率变频器在泵站的应用案例就说明了这一点。

2 机泵特性

水泵是传送液体的装置，用笼型异步电动机拖动，恒速运转，通常采用调节阀门的方法来调节水量，但很不经济。采用变频调速，使拖动泵的原动机电动机的速度发生变化而来调节流量变化，虽然价格贵一点，但可以节约大量电能。为什么会节能，首先了解一下机泵的特性。电动机的转速n=2950r/min。其扬程h是随流量q增加而下降的，如图1所示，分别为对应电机不同转速时的扬程(或风压)随流量变化的曲线。

图1 机泵特性曲线

图1中，q—单位时间流过机泵的流量;
h—扬程，由静压hg和动压hf组成，
即
p—机泵工作有效的总功率;
η—效率，全压效率
静压效率
代表机泵的特性有下列三条特性曲线:
l h-q曲线:当转速恒定时, 扬程与流量间的关系特性;
l p-q曲线:当转速恒定时，功率与流量的关系特性;
lη-q曲线:当转速恒定时，机泵的效率特性。

3 管网特性

机泵输送物质时是要通过管道输送给用户点，这种管道对物质输送就有一定阻力，产生一定损耗，其管网特性对于机泵可用阻力定律确定。即:

式中: k—管网阻力(pa);
r—管阻;
q—流量。
k-q曲线是一条抛物线如图2所示，通常称为管网特性曲线。r越大，r与阀门的开度有关，开度愈小，r越陡。当关小风门时阀门阻力变大，管网压降亦随之变大，损耗也大。

图2 管网特性

4 机泵工作点

机泵h-q曲线与管网阻力曲线的相交点就是机泵的工作点，如图3所示。

图3 机泵工作曲线

假设机泵的额定转速为2950r/min，对应如图3中以n表示的曲线。阀门的开度为3/4，其阻力曲线如r1所示，此时工作点为m。若用人工调节阀门使流量减少40%，阀门开度为1/2，对应的阻力曲线为r2，减少流量后的工作点为m1，扬程为。此时管网损失增大，能源浪费，泵效大大降低，比额定运行时泵效率降低为额定泵效的75%。由式(1)可以推出此时的功率:

从此公式推算出，虽然流量减小了40%，用阀门调节流量，电动机的功率减小不多，为额定功率的0.92，所以节能效果很差。

5 变频调速节能原理

采用变频调速改变电动机的转速达到调节流量的方法如图4的h-q曲线和n-q曲线所示。

图4 改变泵的转速调节流量

对于某特定管路，当流量为需要扬程为时，可在泵特性曲线图上求得工作点a，泵的转速n=2950r/min可以满足要求，相应的功率是; 当流量从降至时，由管路中阻抗特性r1可知,管路要求物流的压力为hb。所以出现了时的工作点b，其相应功率是。很显然此时的电耗大幅度下降，即在管路特性不变的情况下，依靠改变泵的转速达到调节流量的目的。

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