变频器在潜水泵中的应用和节能研究

陈幸

摘 要：在雨水和生活污水抽排中，需要使用潜水泵，由于受各方面的因素的影响和制约，使得潜水泵的能耗较高。为了降低其能耗，可将变频器合理应用到潜水泵中，以此来达到节能降耗的目标。基于此点，本文首先阐述了变频器的构成及其作用，并在此基础上对变频器在潜水泵中的应用与节能进行论述。期望通过本文的研究能够对提高潜水泵的节能效果有所帮助。

关键词：变频器 潜水泵 节能

中图分类号：TD442 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1 变频器的构成及其作用

变频器又被称之为VFD，变频与微电子是其应用的两大关键技术，它能够凭借内部IGBT的开断对输出电源的电流和电压进行调整，并按照电机的使用需要提供相应的电源电压，进而达到调速、节能的目的。不仅如此，VFD还具备过流、过压、过载保护等功能。

（一）变频器的构成

变频器主要是由整流器、平波回路和逆变器等构成。其中整流器多以二极管变流器为主，它能够将工频电源直接转换为直流电源，也可采用两组晶体管变流器组成可逆变流器，这样便可以实现再生运转；平波回路可以对电压波动起到有效的抑制作用，当变频器本身的容量较小时，若是电源与主电路构成器件之间仍有余量，则可省去电感采用比较简单的平波回路；逆变器与整流器相反，它是将直流功率变换为要求频率的交流功率，并以预先确定好的时间使开关导通或是关断。

（二）变频器的作用

目前，变频器在工业生产中获得了广泛的应用，其最为显著的功能和作用主要体现在以下几个方面：

1.变频节能。该作用在风机和水泵上的体现最为明显。通常情况下，为确保生产的可靠性和稳定性，各种机械设备在设计制造的过程中都预留出了一定的余量，若是电机无法在满载的情况下运行时，多余的力矩会使有功功率的消耗增大，由此一来便会造成电能浪费。传统的水泵调速方法是利用调节入口位置处的挡板、阀门开度对给水量进行调节，由于输入功率较大，所以一部分能源会消耗在截流的过程当中。而使用VFD进行调速时，当流量要求减小时，只需要通过降低泵的转速便可满足运行要求，这样便可以达到节能的目的。

2.软启动节能。实践表明，当电机以硬启动的方式启动时，会给电网带来比较严重的冲击，并且对电网容量的要求也相对较高，启动过程中产生的电流与震动对挡板及阀门的损害较大，由此会导致设备的使用寿命缩短。而采用VFD后，可以借助其软启动功能使启动电流由零开始，最大电流值不会超过额定电流，这样既达到了节能效果，而且还能延长设备的使用年限。

2 变频器在潜水泵中的应用与节能

潜水泵归属于离心泵的范畴，一套完整的潜水泵机组主要是由以下几个部分构成：水泵、潜水电机、输水管路以及控制开关等。在雨水和生活污水抽排中，潜水泵的应用较广，但在实际应用中发现，潜水泵的能耗较高，为了解决这一问题，可在潜水泵机组中加装变频器，以此来实现节能降耗的目标。变频器在潜水泵中应用时，关键参数的设计是最为重要的环节，其直接关系到节能效果。

（一）变频器容量

目前，最为常用的变频器控制方式主要有以下几种：

1.电压与频率线性关系。这种控制方式可用于同步电机或是多台电机并联。2.FCC。其又被称之为磁通电流控制，通过该控制方式能够使电机始终保持在全磁通的状态，进而达到降低功耗的目的。3.电压与频率平方关系。这种控制方式常被用于水泵和风机当中。

因绝大多数通用变频器采用的都是电压与频率平方关系的控制方式，其对泵类负载也同样适用，所以变频器容量的选择成为关键环节。为了确保所选变频器的容量符合电机的要求，可以按照电机容量的计算结果来匹配变频器的容量。为了便于研究，本文将电机容量设定为50kW，那么变频器的容量应当不小于50kW。在综合考虑性价比等因素的基础上，50kW水泵电机可以选用施耐德公司出品的ATV61系列变频器，该变频器的最大连续工作电流为116A，而水泵电机的额定电流为131.3A。需要注意的是，变频器的容量并不是越大越好，这是因为当变频器的容量过大时，其运行过程中的裕量也比较大，经济性不高。

（二）制动电阻

潜水泵电机在具体应用的过程中，若是其转速下降，与之相应的工频也会随之降低，此时电机便会处于再生制动状态，由此所产生出来的再生能量将会全部反馈至直流电流当中，从而导致变频器直流母线的电压升高，如果母线电压升高到一定幅值后，会给电机运行埋下安全隐患。为了解决这一问题，应当将再生至直流电路当中的这部分能量全部消耗掉，进而使直流电压始终保持在允许的范围之内。制动电阻实质上是一个载体，它最为主要的作用是能够以热能方式将电机的再生能量消耗掉，功率容量和电阻阻值是其两个重要的参数。目前，计算制动电阻的方法较多，从工程的层面上看，想要精确地计算出制动电阻的实际阻值和功率有一定的难度，究其根本原因是参数无法实现精确测量。所以在对制动电阻进行计算时，一般采用的都是估算方法。

1.变频器的最小连接电阻计算。为了确保变频器在运行过程中不受损坏，必须保证流经制动电阻的电流小于电机的额定电流，此时计算得出的电阻值即变频器的最小连接电阻，具体计算公式如下：

（1）

在上式当中， 代表制动电压； 代表电机的额定电流。实际应用中，只需要将相关数据带入到公式当中便可计算出变频器的最小连接电阻。

2.必要的制定电阻。相关的工程实践表明，当放电电流为电机额定电流的50%时，可获得与电机额定转矩相同的制动转矩，此时的电阻即为变频器运行中所必要的制动电阻。具体计算公式如下：

（2）

3.电阻使用率。制动电阻的使用率可以定义为变频器减速时间除以减速周期，它的主要作用是使制动单元及刹车电阻有足够的时间散除掉因制动而产生出来的热量。一旦制动电阻发热，其电阻值便会随着温度的升高而升高，此时制动转矩便会随之减少。

4.制动电阻功率的选择。通常情况下，当电机减速且转矩方向相反时，才会产生出再生能量，而平均再生能量具体是指一个周期内全部的再生能量除以该周期所占有的时间，计算公式如下：

（3）

为了确保制动电阻的安全使用，其额定功率必须大于整个系统的平均再生能量。

3 结论

总而言之，采用潜水泵对雨水和生活污水进行抽排时，水泵的运行效率和能耗高低是关键性问题。为了确保潜水泵的高效运行并达到节能降耗的目的，可将变频器应用于潜水泵当中。在具体应用时，变频器关键性参数的设定非常重要，这不但关系水泵的使用寿命，而且还直接影响节能效果。为此，必须合理设计变频器的参数，只有这样，才能实现节能的目标。

参考文献

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[2] 杨立新.刘远.三元流技术在供水水泵节能改造中的效果分析[J].设备管理与维修.2012（2）.