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隨著我國經濟的高速發(fā)展，能源（水、電、油）消耗在企事業(yè)單位生產成本中所占的比重越來越高，如何有效地降低企業(yè)的生產成本，開發(fā)企業(yè)的第二利潤中心，愈來愈受到企事業(yè)的重視。
根據流體力學原理，水泵的流量與電機轉速成正比，壓力與電機轉速的平方成正比，變頻恒壓供水設備由水泵、風機類專用型交流變頻調速器、PLC可編程控制器、遠傳壓力傳感器，PID調節(jié)控制器，調節(jié)閥門、泵組等構成。根據不同的需要，可采取恒壓控制、恒流量控制等多種閉環(huán)自動控制方法。水泵采用變頻調速技術后，節(jié)能效果比傳統(tǒng)調壓調流方式可節(jié)電40%～50%，節(jié)約用水約量8%。
恒壓供水控制水泵設計及控制方法
恒壓供水系統(tǒng)主要組成是
變頻器、壓力傳感器（或遠傳壓力表）和循環(huán)水泵，而風機水泵類機械性能曲線如圖1，其流量與轉速成正比，轉速-力矩特性為二次方遞減力矩，所需要的軸功率與轉速的三次方成正比。即：
q∝n, h∝n2 ， p∝n3
q:流量， h:揚程， p:軸功率， n：轉速
數學關系式為：p=0.163•q•h/ηp（kW）
其中：p：軸功率，q：流量，h：揚程，ηp： 泵效率
傳統(tǒng)的方法是電機轉速恒定不變，使用閥門的開啟度（增大或減小管阻）實現流量控制（俗稱憋泵），其揚程-流量特性見圖2，例如需要額定流量的 100%、80%、40%流量時，使用閥門調節(jié)的方法，其工作點對應圖中A、B、C點。這樣造成供水管網壓力不穩(wěn)，工作效率低、啟動電流大、工作噪聲大、電能耗量大等特點。
采用變頻調速控制時，設定供水壓力，根據用水量的大小，變頻器改變輸出頻率，使電機的運轉速度保證供水量，從而使供水系統(tǒng)工作壓力維持動態(tài)平衡，見圖2，其工作點對應A、D、E。而對應的閥門控制和速度控制對應的數學關系如下：
Pm=q•h/（η/η0） 工作點的軸功率
PIN（V）=Pm/ηm 閥門控制時消耗的電功率
PIN（I）=Pm/（η1m•ηINV ） 速度控制時消耗的電功率
P0=0.163•Q0•H0/η0 額定工作點的軸功率
這里：ηINV：變頻器效率，η1m：變頻器拖動對應工作點電機效率，ηm：工頻拖動對應工作點電機效率
例如：電機功率P=15kW，效率η0=0.9，電壓U=380V，電流I=29.4A，轉速N=1440rpm，極數pole=4；Y132S2-2型水泵，流量Q=107m3/h=1.87m3/min，揚程H=32m，泵效率ηpump=0.65，泵性能曲線如圖1，泵的揚程-流量特性曲線如圖2，可計算得表1泵的不同工作點與軸功率及表2泵不同工作點消耗電能比較：
◆ 表1 泵不同工作點與軸功率：
|
工作點 |
水泵額定值 |
閥門控制 |
|
變頻器控制 |
|
|
流量Q |
1.87 |
1.43m3/min |
0.71m3/min |
1.43m3/min |
0.71m3/min |
|
轉速n |
1440rpm |
1440rpm |
1440rpm |
1252rpm |
936rpm |
|
揚程h |
32 |
35.5 |
40 |
25 |
16 |
|
泵效率ηpump |
0.65 |
0.66 |
0.48 |
0.66 |
0.62 |
|
軸功率P |
14.3 |
12.4 |
9.68 |
8.72 |
3 |
◆ 表2 泵不同工作點消耗電能比較：
|
控制方式 |
閥門控制 |
變頻器控制 |
|
流量 |
1.43m3/min |
0.71m3/min |
1.43m3/min |
0.71m3/min |
|
消耗電功率 |
13.8 |
11.1 |
10 |
4 |
|
電機效率 |
0.9 |
0.88 |
0.87 |
0.75 |
|
變頻器效率 |
|
|
0.95 |
0.92 |
由表1和表2可知，水泵電機消耗的電功率與頻率的三次方成正比，在保證壓力恒定的情況下, 降低電機的工作頻率, 可有明顯的節(jié)能效果：
◆ 流量為額定流量的80%時，變頻控制比閥門控制節(jié)能為：13.8/14.3-10.0/14.3=26.6%
◆ 流量為額定流量的40%時，變頻控制比閥門控制節(jié)能為：11.1/14.3-4.00/14.3=49.6%
據統(tǒng)計一年中水泵電機負載率在50%以下的時間占總運行時間的50%以上，因此變頻控制系統(tǒng)節(jié)能效果相當明顯。
