变频器节能的意义和措施研究

彭海洪

摘要：研究表明，全国近20.9% 的电力需求是由泵系统消耗的。1970年代，一些研究人员提出用变频器来调节泵的运行，使泵的运行效率得到明显的提高。然而，采用一种变频方案的多型泵配置仍然存在一个问题： 它应该作为变速泵运行。如果在变速泵中采用大泵，则系统可以达到最大运行能力，如果选用小泵作为变速泵，则可以在精细运行过程中达到较高的运行效率。因此，如果变速泵可以在大型泵和小型泵之间切换，将是一种理想的方式。本文对相关技术进行了研究。

关键词：变频器节能;技术研究;措施分析

中图分类号：TM921   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）11-0036-01

1 变频器节能技术概述

变频器控制策略是水泵节能运行的关键，应根据目前的系统配置和系统要求制定，但实际情况并非如此。为此，研究了泵系统要求和变频组合泵的特性，并建立了数学模型。在此基础上，建立了基于当前系统结构和系统要求的变频器最优控制策略模型，并提出了黄金分割搜索和遗传算法相结合的方法求解该最优控制模型。该模型建立了一个最优逆变控制策略，以提高泵的运行效率，跟踪过程线接近最小要求，以改善运行条件。控制律的实施难度也有所降低。最后，将优化模型应用于工业循环水泵系统，结果表明，该模型不仅可以确定最优的变频控制策略，而且可以评价泵配置的运行现状，确定电流配置的节能潜力，有助于后续的节能改造。

变频器控制泵的运行，主要控制泵的运行速度，具体的运行原理和节能方法如下： 在泵、阀、管道系统中，泵克服管道系统阻力，输出水或其他介质。在没有变频器控制的管道系统中，泵的流量由出口阀门调节，泵必须克服阀门和管道形成的阻力，而不受阀门的影响，从而降低管道系统对泵扬程的要求。此时，如果需要改变泵的流量，可以调整泵的转速，使泵扬程与管路系统的阻力相匹配。

2 变频器节能技术研究

2.1水泵泵组模型的设计。根据系统特性与运行中所有泵的综合特性的交点，推导出各泵的运行点。在并联运行时，每个单元都必须对着系统施加的相同压差泵水。这样，将所有运行泵在恒扬程下的流量相加，就得到了泵的综合特性。

多泵并联组合的优点是灵活、冗余和能够满足系统中不断变化的流量需求效率。特别是，可调速驱动器往往是更有效的可变需求的要求。因此，配备变频器的配置在工程实践中很常见。多逆变法可以保证泵在高效区运行，覆盖了系统的主要工作范围，从节能角度看，两种配置方法都是可行的。与单个仰拱相比，高效区域扩大。但是高效区域的重叠面积明显增加，这意味着可选优化调度方案更多。因此，优化后的方案更加优越。显然，采用单逆变控制的多型泵较大的泵配置方案可以取得良好的节能效果。高效区的配置比同型泵多变频器更能覆盖更多的区域功。结果表明，与同类型泵相比，多型泵在不同时段具有较大的流量和扬程范围，更适合于工业生产的需要。然而，高效重叠区域较小，这意味着调度方案的选择可能较少，其优化可能是调节能力相对较低的结果。即便如此，对于低初始投資而言，这仍然是一个成本效益高的配置方案。如果采用单逆变控制小泵配置方案，由于调节能力差，与其他方案相比，高效面积特别小，但也清楚地表明，它可以在精细运行区域实现高效率，从而比其他方案具有更大的节能能力。

单逆变控制的多型泵采用同步开关控制。高效区域的配置几乎可以覆盖工作区域，正如单逆变控制的多型泵配置方案较大，但高效区域的重叠区域显著增加，这意味着可选优化调度方案较多。因此，优化后的配置方案更为优越，初始投资与小泵单逆变方案基本相同，可能是最经济有效的配置方案。

2.2同步开关控制技术硬件系统的设计。当水泵系统只装有一台变频器，并且需要变频器能够实时自由切换不同水泵时，系统必须遵守以下规则。首先，根据调度模型的要求，变频器可以实现对相关泵的控制。其次，要克服开关内工作变频电源直接对设备产生冲击电流而造成的损坏。要解决这些问题，需要完成以下工作。电路原理图可以根据调度模型实现逻辑控制。当泵 M1需要逆变控制时，主电路接触器 K2l 首先关闭吸入，然后变频器开始控制 M1。当 M1电机加速到额定转速时，同步开关模式控制通过关闭旁路操作接触器 K11抽吸，一段时间后断开主电路接触器 K21，然后将 M1电机切换到工频运行。变频器可以用于其他的电机控制。当需要停止电机 M 1时，K11断开，K21同时关闭，然后由变频器控制M 1直到转速几乎为零。

与可编程控制继电器、电路接触器和一些控制器易于实现的逻辑控制电路相比，逆变电源与电源之间的同步开关控制更难解决。本文采用同步相环控制电路实现逆变电源和电源的同步开关，该循环结构由相位解调环组成，消除了相位同步、幅值（电压）鉴频器、频率检测器和门电路引起的电流浪涌。在工作过程中，检测出频率、幅值、相位与外部电源一致，即可实现开关操作。

2.3软件系统设计。同时，在现有的优化调度模型中，定速泵和变速泵之间不切换，也不显示切换技术，因此相关调度模型可以实现变速泵和定速泵之间的切换，当系统中的所有泵都可以逆变控制时，每个泵都有机会成为变速泵，这将使调度模型的数量和泵的数量一样多，从而给求解带来困难。由于同类泵具有相同的特性，因此可以根据泵类型的数目建立调度模型。所以在软件系统设计的过程中首先建立了以各类泵为变速泵的最小轴功率调度模型组。然后通过求解模型组得到最佳节能运行状态，根据控制方案实施的难易程度，在能耗最小的要求下，选择最佳控制方案。最后将控制方案发送到控制中心进行实现。

3 结语

变频器在水泵上的应用具有明显的效益和优势。无论水泵大小，都能实现节能处理，控制水泵的运行费用。目前，变频器的技术水平在不断提高，成本也在不断降低，使用变频器所取得的节能效益逐渐增加，发展前景也更加广阔。

参考文献：

[1]侯庆贺. 杨柳青电厂变频器节能技术改造研究[D].天津大学，2018.

[2]王煜. 采用PLC控制的变频恒压供水系统设计[D].大连理工大学，2014.