（武汉中科水生环境工程股份有限公司）
摘要：水泵采用变频调速控制，节能效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。本文就变频调速原理、水泵变频调速节能原理和节能效果方面，进行了一定阐述，供大家参考。
关键词：节能；调速；变频器；水泵
1、引言
随着环境、能源形势的日益严峻，国际、国家的环境、能源政策法规越来越严厉，近年来国家出台了一系列相关政策，鼓励各企事业单位采用低能耗产品，采取积极手段进行节能技术改造。
据统计风机、水泵每年耗电量约占全国用电量的31%，占全国工业用电量的40%～45%。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。特别是把用挡板和节流阀调节风量、流量的控制改为转速控制，可节省大量电能。
2、变频调速的原理
交流异步电动机（以下简称电动机）的转速为
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式中 n——电动机转速，r/min
n0——电动机同步转速，r/min
p——电动机极对数
s——转差率
f——电源频率，Hz
因此，电动机的调速可以概括为改变极对数，控制电源频率以及通过改变某些参数如定子电压、转子电压等使电机转差率s发生变化等几种方式，这样交流电机就有很多不同的调速方法。其中变频器就是基于改变控制电源频率来对电机进行调速。
3、水泵变频调速节能原理
在生产中，许多设备的能耗都与电机的转速有关，其中风机、水泵最为突出，这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件，如最大流量和扬程进行选择的，但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多，如果所用的电动机是不能调速的，通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会造成很大的能量损耗，如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要的流量减少时，电动机的转数降低，消耗的能量将会明显减少。
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图1 水泵的特性曲线
图1为水泵调速时的特性（H－Q）曲线。用阀门控制时，当流量要求从
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减小到
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，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从
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移到
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，扬程则从
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上升到
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，运行工况点从A点移到B点。
用调速控制时，当流量要求从
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减小到
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（这里
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=
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），由于阻力曲线
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不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从
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（
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为
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工频对应的转速）降到
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（
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为
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频率对应的转速），运行工况点则从A点移到C点，扬程从
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下降到
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。
根据离心泵的特性曲线公式：
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①
式中 P——水泵使用工况轴功率，kW
Q——使用工况点的水压或流量，
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H——使用工况点的扬程，ｍ
r——输出介质单位体积重量，
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η——使用工况点的泵效率
可求出运行在Ｂ点泵的轴功率和Ｃ点泵的轴功率分别为：
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②
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③
两者之差为：
ΔP＝
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－
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＝
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④
也就是说，用阀门控制流量时，有ΔＰ功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，根据离心泵的比例定律，流量Ｑ、扬程Ｈ、功率Ｐ和转速n之间有如下关系：
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，
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，
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⑤
式中
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、
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、
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——转速为
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时泵的性能
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、
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、
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——转速为
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时泵的性能
由⑤式可知，流量Ｑ与转速n的一次方成正比；扬程Ｈ与转速n的平方成正比；轴功率Ｐ与转速n的立方成正比。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么随着泵的输出压头的降低，在输出同样流量的情况下，原来消耗在阀门上的功率就可以全避免，从而获得④式中ΔP大小的节能效果，这就是变频调速节能原理。
简单地说，就是在不装变频调速装置时，泵的出口排量靠出口阀调节，流量小时，靠关小阀门调节，增加了管道阻力，使部分能量白白消耗在泵出口阀门上。安装变频调速器后，可以降低泵的转速，泵的扬程也相应降低，电机的电耗也相应降低，使原来消耗在泵出口阀上的能量，用变频调速方法得到了解决。
4、变频器节能效果分析
在某工程中有一台水泵额定流量为50m3/h，配套电动机的效率为93%，配套变频器的效率为96%，水泵年运行时间按三班制取5580小时计。一年中水泵有25%时间为额定流量运行，60%时间为80%额定流量运行，15%时间为60%额定流量运行，如表a所示。该水泵性能曲线如图2所示，对应性能表如表b所示。
表a 水泵的运行模式
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图2 水泵的特性曲线
表b 对应图2水泵性能曲线的性能表
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1）变阀调节控制流量时
假设
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为100%流量的用电功率，
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为80%流量的用电功率，
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为60%流量的用电功率，查性能曲线或性能表可知：
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年有功电能
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消耗量：
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式中
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——年平均有功负荷系数，取0.75
P ——计算有功功率
T ——年实际工作小时数，按三班制取5580h
2）变频调节控制流量时，由式⑤知：
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年有功电能
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消耗量：
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节电率为
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5、结语
在各生产企业中，泵类的应用广泛，而传统的调节方式导致运行效率低，造成巨大的能源浪费，在采用变频调速控制方式后将大大提高设备的运行效率，节能降耗，降低生产成本。
参考文献：
[1] 吴民强 泵与水泵节能技术问答 中国电力出版社 1998
[2] 化工厂公用设施设计手册 化学工业出版社 1999
[3] 钢铁企业电力设计手册 冶金工业出版社 1996
作者简介：
王超，男，1986-，四川成都，本科，西安工程大学，中级职称，供配电，武汉中科水生环境工程股份有限公司，湖北武汉。