变频器在暖通循环水泵上的节能控制

朱楠楠

摘 要：近些年来，我国的经济虽然取得了良好的发展，但是同时我国的能源消耗问题也非常的严重，所以当前我国十分注重可持续发展，十分强调节能减排。而在传统的暖通系统之中，往往会造成大量的能源浪费，因为室外的温度往往是不断变化的，室外温度的变化会对室内温度造成一定的影响，所以就使得暖通循环水泵出现了能源的浪费。而将变频器应用在暖通循环水泵之中，能够利用变频调节的方式来实现对暖通循环水泵的节能控制，从而使得暖通循环系统能够更加节能地运行，进而有效减少能源的浪费。因此文章就变频器在暖通循环水泵上的节能控制进行了一定的研究，以期能够使得暖通循环系统更加节能高效地运行。

关键词：变频器；暖通循环水泵；节能控制

前言

当前我们正面临着能源问题和环境问题的困扰，所以当前如何减少能源浪费和保护环境已经成为了全社会非常重视的一个问题。在现代的建筑之中，暖通工程往往都是必不可少的，暖通循环系统的应用大大地改善了人们的生活质量，但是另一方面在暖通循环系统之中，水泵往往发挥着非常重要的作用，但是水泵也是较容易产生能耗的一个设备，因此在暖通循环水泵上应用相应的技术进行节能控制，既可以降低水泵的能耗，同时又能够提高水泵的效率，使得整个暖通循环系统能够更加的节能高效。而将变频器应用于暖通循环水泵之中，往往能够起到较好的节能控制效果，所以对于变频器在暖通循环水泵上的节能控制进行研究有着非常重要的意义。

1 变频器技术概述

1.1 变频器的概念

所谓变频器，实质上是一种电力控制设备，它通过对变频技术和微电子技术的应用来对电机工作电源频率方式加以改变，然后实现对交流电动机的控制。变频器可以对工频电源进行相应的转换，然后形成另外一种频率。变频器的主要电路也可以被划分为两大类，第一类是电流型，第二类是电压型。所谓电流型，指的是能够对于电流源进行交流和直流变化的变频器；而电压型则是对于电压源进行交流和直流转换的变频器。

1.2 变频器的基本构成

变频器实质上也是一种电力电子装置，但是通过对变频器节能技术的应用能够将固定频率、电压的交流电进行适当的调整，使其转换为频率和电压都可供调节的交流电，构成变频器的电路实际上是非常复杂的，在其内部，主要是由主电路单元、驱动控制单元、中央处理单元、保护与报警单元和监视与参数设定单元所构成的。其中主电路单元主要是把电网电压接入变频器，该单元主要是由逆变器和整流器所构成的；驱动控制单元的主要作用就是用于产生相应的驱动逆变器开关信号，而且驱动控制单元是受中央处理单元控制的；中央处理单元则是对变频器的各种外部信号进行处理，同时对内部信号进行检测，它是整个变频器的控制核心，对变频器的控制主要就是依赖于中央处理单元；而保护与报警单元的主要功能就是对变频器的故障进行检测和报警；监视与参数设定单元主要是对变频器的工作状态进行监视，同时对变频器的各项参数进行设定。

1.3 变频器的控制方式研究

变频器的种类有很多，所以相应的控制方式也是多种多样的，因此依据变频器的工作原理，大致可以将其分为以下几种控制方式：第一是V/f控制方式。它是一种简单的开环控制方式，而且使用该方法来对于变频器进行控制，造价往往也非常的高，一般適用于控制精度要求较低的调速系统，比如说水泵和风机等；第二种是转差频率控制方式。这一种方式是在V/f控制的基础之上发展而来的，但是转差频率控制方式是通过电路和速度传感器给定转速以及实际转速的速度偏差信号，然后再利用控制器对于基准速度偏差值加以计算，最后得出基准同步转速值，然后再计算出电压控制信号以及逆变器的频率；第三是矢量控制方式。这种变频器控制方式属于高精度的控制方式，矢量控制方式把一部电动机的定子电流进行了分解，将其分解为两个部分，一个分量为转矩电流分量，另一个分量为励磁电流分量，通过对于二者的控制来实现对于变频器的控制。

2 变频器在暖通循环水泵的节能控制原理

2.1 降低电机的转速

通过变频器可以对于暖通循环系统中的水泵电机的频率加以调节，而在调节其频率之后，电机的转速往往也就会发生相应的改变，而当电机的转速发生变化之后，电机轴的功率也就会发生相应的改变，电机的转速降低之后，电机轴的功率会有所提升，所以通过降低电机的转速，能够取得较好的节能效果。

2.2 动态调整节能

将变频器应用于暖通循环水泵上，能够使得水泵迅速地对于负载变动加以适应，在其适应了负载的变动之后，能够及时地给出最大效率的电压，从而使得电机始终保持在高效率的运行状态，而电机的输出效率一旦得到了提高，往往就能够节约更多的能源，所以变频器通过动态的调整，也能够起到较好的节能效果。

2.3 通过变频器自身控制方式节能

对于采用V/f控制方式的变频器而言，在保证了电机输出力矩的前提之下，变频器能够自动对于V/f曲线进行调节，适当地减少电机的输入力矩，在输入力矩得以减少之后，就能够使得输入电流也相应的减少，这样就能够起到较好的节能的效果。

2.4 变频器软启动节能

在暖通系统之中，如果电机是全压启动，那么为了满足电机启动力矩的需求，其往往就需要从电网吸收更多的电流，而这一电流值往往会达到电机额定电流的5～7倍，所以就使得电机的启动电流非常大，这样不仅仅造成了能源的浪费，而且由于在启动瞬间，电网的电压波动会很大，所以就增加了线损。但是变频器所采用的变频启动的方式，在启动的过程中，启动电流会从0A上升到电机的额定电流，这样就避免了启动电流过大，同时也减少了对于电网的冲击，进而减少了线损，所以变频器的软启动功能也能够起到较好的节能效果。

2.5 提高功率因数

因为在暖通系统中，循环水泵的电动机是由定子绕组和转子绕组在电磁作用下产生力矩的，但是无论是对于定子绕组和转子绕组而言，都是具有感抗作用的，所以就会使得电网面临感性阻抗，这样电机在运行的过程中，就会吸收大量的无功功率，使得电机的功率因数很低。但是在应用变频器之后，在变频器进行整流滤波之后，电机的负载特性就会发生相应的改变，变频器对于电网的阻抗特性是呈现出阻性的特征，所以就会大大提高功率因数，进而有效地减少了无功损耗，从而达到节能的效果。

3 变频器在暖通循环水泵上的节能控制应用

3.1 调节水泵转速

对于传统的暖通循环水泵而言，其往往都是通过阀门或者挡板来对于流量进行控制，当其在额定电压下工作时，其电动机的功率为额定功率，但是在很多时候，在暖通系统中，并不需要使用到很大的液体流量，这时即使通过阀门或者是挡板对于流量进行控制，仍然不能够使得水泵的转速得以降低，从而造成了能源的浪费。对于交流异步电机电动机而言，其转速可以通过式（1）來进行计算，而对于该电动机如果通过变频器来进行控制，就可以使得水泵的转速得以降低，变频器控制电动机转速的原理如式（2）所示。这样当电动机在较低的电压下工作时，实际功率就会比额定功率要小得多，从而起到节能的效果。所以利用变频器来对于水泵的转速加以调整，节能效果是较为显著的。而且就整个暖通系统而言，水泵是消耗能源最多的一个部分，如果能够将节能技术应用到水泵之中，那么起到的节能效果将是十分显著的。

3.2 在水泵并联系统中的应用

在许多暖通系统中，往往都会将多台循环水泵并联进行使用，使得水泵构成一个泵系统，所以此时可以对于多台水泵进行变频调节，从而对于流量进行有效的控制，达到节能的目的。但是由于变频器的成本较高，如果水泵系统中的每一台水泵都是用一个独立的变频器，往往并不是十分的经济，所以此时可以把并联系统中的一台水泵改为变频调节泵，而其它的水泵保持不变，这样也能够达到节能的目的。因为在并联系统之中，当其开始工作时，首先将变频调速泵进行启动，然后让水泵的流量从零开始逐渐地增加，直到达到额定流量，当额定流量超过了变频泵的最大流量之后，就启动非变频泵，这时变频调速泵在得到了系统的信号反馈之后就会减小自身的转速，从而使得泵系统的输出总流量降低到额定要求。如果启动一台非变频泵不能够满足流量的要求，那么就可以启动第二台非变频泵，同理，如果两台非变频泵也不能够满足要求，则可以启动第三台。而且依据系统对于流量的不同需求，也可以选择不同额定流量的水泵进行搭配，从而起到最好的节能效果。

4 结束语

将变频器应用在暖通循环水泵之中，能够起到较好的节能控制效果，而且无论水泵的型号如何，通过变频器处理，都能够取得较好的节能效果，对于水泵运行的成本进行有效的控制。当前变频器在更多的领域之中得到了广泛的应用，不仅仅局限于循环水泵，在其它领域之中对于变频器加以应用，也能够起到较好的节能效果。

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