水泵电机变频调速技术应用探讨

王瑞玲

（黑龙江生态工程职业学院，黑龙江哈尔滨 150025）

水泵电机变频调速技术应用探讨

王瑞玲

（黑龙江生态工程职业学院，黑龙江哈尔滨 150025）

本文通过对水泵电机变频调速的原理和探究过的经验总结分析，阐明了水泵变频调速的优点，也分析了水泵电机变频的原理和应用结构。根据实际情况，要从变频调速和节流调速两方面进行分析，研究管路和水泵的特性曲线，阐明水泵电机变频调速的节能效果，实验应用的显著效果。

水泵电机；变频调速；变频器；节能；高效率

如今随着社会不断的发展，自动化已经普遍在生活之中，而对于水泵电机的要求也越来越高，变频调速系统已经成为了首选的控制设备，并已经开始广泛的应用到生活中。而节约能源也是当前社会宣传倡导的一项活动，不管是企业还是个人，都要自觉的节约能源。这样一来，降耗就开始变成当代企业用来减少资本，提升生产效率的最有效的环节。水泵电机变频的原理和应用是具有很强的实用性的，我国耗电设备容量巨大，耗电较多，节能空间却是很广的，所以，变频调速技术的研究成了热门的话题。

1 变频调速的作用

变频器采用微电子和变频的技术，通过改变电源的频率，来控制电力控制设备，根据工作需要的电压来提供电压，从而达到调速和节能的目的。随着我国工业迅猛的发展，变频器的应用也更加广泛。变频器虽然有昂贵的价格，但是它的功能强大，应用到了好多领域，它的通途和外形也多种多样，它的结构原理虽然复杂，但是它操作简便，易于使用。变频器有节能的作用，也可以稳定电机的系统。变频器最主要的目的是用来省电，在电机中装用了变频器之后，节省下来的电量是很大的。

1.1 控制电机启动的电流

当电机的直接启动是通过该工频时，电机会产生七到八倍的额定电流，而这个电流会产生热量，并且显著加大电机的绕组电应力，最终减小了电机寿命。变频调速的使用，可以在电机无电压无速度时启动，也可以适当的加转矩提升。如果明确的电压和频率的关系，变频器就能够开始依照矢量控制的方式来带动负载，从而进行工作。想要有效的减小电机的启动电流，就要使用变频调速技术，而且变频调速技术还明显的提高了绕组的承受力。这种技术可以降低电机维护的成本，让电机的使用寿命变长。

1.2 能降低电力线路中电压的波动

当电机的直接启动是通过工频时，不仅是电流急剧的增加，而且电压相应的也会有很大的波动，电机的配电网容量和功率的大小决定着电压的下降幅度。相同供电的网络中，电压的敏感设备故障发生跳闸或者工作异常等，都是由于电压的下降而导致的。例如，接触器、接近开关和传感器等，都会出现错误。在应用了变频调速之后，因为电机可以在无电压无速度时启动，所以降低了电压波动的幅度，从而在平稳电压的下降程度上尽到了最大的可能。

1.3 使电机启动的功率变低

电机的功率是与电流及电压的乘积成正比的，变频启动时的电机所需要的功率，要远远小于用工频直接来启动的电机。在电机的配电系统达到最高的极限时，如果还是直接通过工频来启动电机，那么产生出的电涌就会使同一电网上其他的用户产生较大的影响，将会导致来自电网的运营商的警示，甚至更严重的后果。因此，使用变频调速器来控制电机的工作和停止，就能很好地控制电机启动的频率，这样就能解决电机启动时的电涌影响其他用户的问题，变频调速技术不仅能方便自己，也造福了别人。

1.4 加速的控制

变频调速技术可以让电机在没有速度时启动，并且能够根据不同的需要来以均匀的速度加速工作，在工作过程中，还可以选择不同的加速曲线，例如，可以是S型的加速，可以是直线型的加速，还可以是自动加速。另外，在使用工频启动电机的时候，电机或者与其相连机械部分的分轴，或者齿轮等，也都会产生相应的剧烈振动。而这些振动，将加快电机和机械设备的损坏和磨损，降低了电机和和机械设备以及其内部零件的使用寿命。此外，电机的变频启动还可以在灌装线上得到应用，避免瓶子的倒翻。

1.5 其他作用

变频调速还有很多作用。可以调节电机或者水泵的运行速度，还可以通过远程控制来控制电机或者水泵的工作速度；可以调节的转矩的极限程度，防止机械设备受到损坏，可以利用变频调速来设置合适的准据极限。电机在没有变频的操作的帮助下，只能依靠热保护控制转矩的极限，通过变频调速，就可以很好的改善电机的这一缺点；可以实现可逆的运行，可逆控制很简单，不需要浪费财力的额外的控制装置，只需要改变输出电压的相序就可以了，这样一来，不仅能节省安装额外的控制装置的空间，还可以减少维护电机维护的成本；能够减少机械设备的传动部件，因为高效率转矩的输出，只要依靠同步电机和变频器就可以完成，这样就可以直接省去了齿轮箱等起传动作用的零件，从而形成直接的变频的传动系统，降低了使用的空间和成本，又能提高电机或水泵的稳定性。

2 水泵电机变频调速的优点

水泵电机变频调速的电力拖动系统，分为直流和交流两种。水泵电机变频调速的优点是平滑性能好，调速效率也高，低速时的静关率高，而且稳定性也好。在启动电流较低时，对于整个系统和电网没有冲击，而且节约电的效果也很好。电机变频的速率，不仅仅体现了节能的优点，还能在节能的基础之上提高工作的效率，它还具有良好的自我保护功能等。下面我们就来看一看这些优点。

2.1 节能

各种水泵旧式调速的方法，是通过调节出口或入口的阀门或挡板的开口大小，来调节水量的大小。如果它输入的功率较大，所以能源的消耗大部分在阀门或挡板的截流的过程中。众所周知，水泵消耗功率与转速的三次方成正比，即P=Kn3。其中P为水泵消耗功率；n为水泵运行时的转速；K为比例系数。水泵变频调速的技术，在水泵工作的过程中使用变频调速，当要求水通过泵的流量减小时，就可以直接减小水泵的转速，最终达到要求，减小了电能的消耗。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，大大降低了能耗。水泵的变频调速，可以依照水泵实际用水的情况来制定管网压力，可以自动调节和控制水泵的进出水量，在一定程度上减少了漏水的现象，从而节约了水资源。

2.2 其他优点

水泵电机变频调速技术的应用不仅能提高产品的质量，还能提高产品的产量。变频调速的主要目的是节能，但在节能的基础之上，可以变频调速的水泵电机还有更多的优点。其一，它可以使水泵电机的运行更加可靠。在电机的启动过程中，需要变频器来实现软启动，软启动能使水泵不再受到工频启动的冲击，能够有效地防止管网受到冲击，让管网不能达到承受极限，也就不会发生管道破裂等现象；其二，现在的水泵变频调速电机结合了高科技的设备，具有强大的联网功能。它可以时刻监控着每个站点，像电机工作的频率、工作时的电流、电压、管网的流量以及压力等等。它还能够统计各个站点的用电量和用水量，统计出来的结果还可以直接打印成书面文字，方便分析和检查；它操作方便，可以灵活控制。我们可以随意制定什么时候给水，或者在哪段给水，通过手动的控制，就可以简便的完成；水泵电机的变频调速有很强的自我保护能力，如果水泵出现了问题，警报信息就会很快的传来，还会在警报的同时，启用备用泵来维持供水。

3 两种水泵电机变频调速技术

要更好地调节水泵电动机的同步转速，我们就要改变定子的频率。同时也就改变了转子的转速，但转差率却可以较小或者不变。而定子频率的转变，也会给电动机的正常运行带来影响，如果其电压没有变化，频率若是增加，磁通量减少，从而电动机转矩也就会一直下降。所以，在调频的同时，应更改定子的电压，但要保持磁通的不变，在铁芯不发热的同时，转矩也不能改变。考虑到这些事情之后，就出现了两种水泵电机变频调速技术。

3.1 交——交变频器

这种变频器是由可以控制的硅整流电路，可控制的硅逆变电路，还有滤波环节三个环节组成的。可控制的硅整流电路的作用是把交流电路转换成为直流电路。可控制的硅逆变电路的作用是将直流电转换成为交流电。滤波环节则是对整流以后的电压、电流进行滤波的过程。在这种变频器中，又分为电压变频器和电流变频器。

3.2 交——直——交变频器

这种变频器是由两组反并联整流电路组成的，在调节频率和电压的同时，可以让电网交流电直接通过变频电路。由于这种变频方式属于直接交换，损失消耗就比较小，工作的效率相对来说就比较高。但缺点是调速范围相对来说较小，需要操纵的线路较复杂，因此，少数人会应用这种变频器。

4 水泵电机变频调速技术在应用过程中要注意的事项

虽然水泵电机的变频调速在工业领域中发展的很好，但是在实际的操作和应用中仍然存在着很多问题，以至于使用变频调速的结果不够理想。所以，我们要注意水泵电机变频调速技术的合理使用，不能盲目操作，更不能滥用这种技术。不合理的使用水泵电机变频调速技术，不仅不会带来好处，反而会带来危害。在变频调速使用的过程中，也会有一些干扰变频调速水泵节能的因素，这些干扰因素影响着节能的效果。下面，我们就来看一看，水泵电机变频调速技术在应用的过程中应该注意的事项。

4.1 变频调速和水泵节能

工况点的调节合理化是水泵调节的重要环节，它的调节形式有下面两种：一种是管路的特性曲线调节，就像关阀调节等；另一种是水泵的特性曲线调节，像水泵的调速等。更改水泵的特性曲线的方法与更改管路的特性曲线相比，前者更能体现出节能的效果。所以，能够体现水泵节能最好的方法，就是更改水泵的特性曲线。变频调速的应用如此广泛，是因为在更改水泵的特性曲线方面，变频调速处于优势地位，但我们还应该注意的是，有好多因素能影响着通过变频调速来节能的方法，我们要谨慎合理的选用，才能达到预期的效果，否则会带来危害。

4.2 影响变频调速的因素

减速问题一直是水泵调速的普遍问题，在变频调速时，发生很大变化的地方有水泵和电机原工频状态的运行参数。对变频调速范围的影响的因素还有管路的特性曲线等。有一些超过范围以内的调速就很难达到节能的目的。所以，变频调速也是有范围的。水泵自身性质的影响，定速泵的影响，根据实际情况来看，因为资金的投入很大，所以不能让全部的水泵都可以调速。因此，供水系统在一般情况下都使用定速泵和调速泵相结合，来实现供水。在这种情况下定速泵就会影响到调速泵的调速。在定速泵和调速泵的型号一样时，调速的范围变得很小。当定速泵和调速泵的型号不一样时，在定速泵和调速泵不允许相互调换的前提下，调速的范围变得最大；电机效率的影响，在工况差不多的情况下，轴功率会随着转速的降低而下降，可是如果工作频率过分偏移工频或电机的输出功率过分偏移额定的功率，电机的效率就会下降的较快，从而降低水泵的效率。

4.3 管路特性曲线的影响

尽管水泵节能的最主要的方法是水泵特性曲线的改变，但不相同管路的特性曲线，它们的节能效果也有很大的不同。

5 结束语

本文通过对水泵电机变频调速的状况分析得到了这种系统在运行时的节能原理，通过数据的统计和经验对比，来说明水泵电机中使用了变频调速技术的好处。随着水泵电机变频技术的成熟，以及节能降耗的尝试，变频调速技术已经成为了当代社会企业运用的重要工具。能够得到很好的节能效果以及能给自身得到更大的更高的经济效益，是我们所追求的原则。在完成了整个课题之后，通过研究和总结，对经验的探究和理论知识理解的更彻底，从而得到相应的知识，更好的掌握变频调速的技能。在今后，在对水泵电机变频调速技术的应用中出现的问题，我们应该一起讨论探究，并找到合适的方式解决、改进，这也是在日后水泵电机变频调速技术应用的探究中我们应该注意的。

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1003-5168(2014)04-0094-02

王瑞玲（1966.1—),女，黑龙江省哈尔滨市人，本科学历，研究方向：电工电子技术。