发表于：2012/11/29 17:37:15
#0楼
在冶金、化工、电力、市政供水和采矿等行业广泛应用的泵类负载，占整个用电设备能耗的40％左右，
电费在自来水厂甚至占制水成本的50％。这是因为：一方面，设备在设计时，通常都留有一定的余量；
另一方面，由于工况的变化，需要泵机输出不同的流量。随着市场经济的发展和自动化，智能化程度的
提高，采用高压变频器对泵类负载进行速度控制，不但对改进工艺、提高产品质量有好处，又是节能和
设备经济运行的要求，是可持续发展的必然趋势。对泵类负载进行调速控制的好处甚多。从应用实例看
，大多已取得了较好的效果(有的节能高达30-40)，大幅度降低了自来水厂的制水成本，提高了自动化程
度，且有利于泵机和管网的降压运行，减少了渗漏、爆管，可延长设备使用寿命。
2 泵类负载的流量调节方法及原理
泵类负载通常以所输送的液体流量为控制参数，为此，目前常采用阀门控制和转速控制两种方法。
2.1阀门控制
这种方法是借助改变出口阀门开度的大小来调节流量的。它是一种相沿已久的机械方法。阀门控制
的实质是改变管道中流体阻力的大小来改变流量。因为泵的转速不变，其扬程特性曲线H－Q保持不变，
如图1所示。由于在变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便
地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。另外，由
于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。
当阀门全开时，管阻特性曲线R1－Q与扬程特性曲线H－Q相交于点A，流量为Qa，泵出口压头为Ha。
若关小阀门，管阻特性曲线变为R2－Q，它与扬程特性曲线H－Q的交点移到点B，此时流量为Qb，泵出口
压头升高到Hb。则压头的升高量为：ΔHb=Hb-Ha。于是产生了阴线部分所示的能量损失：ΔPb=ΔHb×Qb
。
2.2转速控制
借助改变泵的转速来调节流量，这是一种先进的电子控制方法。转速控制的实质是通过改变所输送
液体的能量来改变流量。因为只是转速变化，阀门的开度不变，如图2所示，管阻特性曲线R1－Q也就维
持不变。额定转速时的扬程特性曲线Ha－Q与管阻特性曲线相交于点A，流量为Qa，出口扬程为Ha。
当转速降低时，扬程特性曲线变为Hc－Q，它与管阻特性曲线R1－Q的交点将下移到C，流变为为Qc。
此时，假设将流量Qc控制为阀门控制方式下的流量Qb，则泵的出口压头将降低到Hc。因此，与阀门控制
方式相比压头降低了：ΔHc=Ha-Hc。据此可节约能量为：ΔPc=ΔHc×Qb。与阀门控制方式相比，其节约
的能量为：P＝ΔPb ΔPc＝(ΔHb－ΔHc)×Qb。
将这两种方法相比较可见，在流量相同的情况下，转速控制避免了阀门控制下因压头的升高和管阻
增大所带来的能量损失。在流量减小时，转速控制使压头反而大幅度降低，所以它只需要一个比阀门控
制小得多的，得以充分利用的功率损耗。
2.3泵机在变速下的效率分析
随着转速的降低，泵的高效率区段将向左方移动。这说明，转速控制方式在低速小流量时，仍可使
泵机高效率运行。
3 在变频状态下供水方式的研究
在由多点、多泵站构成的供水系统中，需对泵站出口的压头进行控制，以便与管网系统适配，达到
更好的系统性能指标，这可以分为恒压供水、变压供水和分时段变压供水。
3.1恒压供水
使泵站出口压头维持不变，是该系统控制的目标。给定出口压头为Hg。
当流量Q变动时，因转速变化导致扬程特性H1－Q上下移动，泵的工作点将在H＝Hg线上作水平移动（
A、B、C、D）。这虽然满足了流量的要求，但因为管阻特性R变陡，造成了能量浪费。
恒压供水系统实施比较方便，易于和多泵站供水的中、大型管网系统相协调，具有一定的通用性，
和实用性，所以目前有些装备调速泵机的自来水厂乐于采用此法，在恒压控制方式下，因泵站出口处的
压头维持不变，使泵并联特性与负载的实际特性之间有一定的差距，节能效果不如变压供水系统。
3.2变压供水方式
为了节约能量，应尽量使出口压头随着流量的减小而降低(至少不能升高)，此时可采用泵站出口端
“变压供水”方式，因转速下降时扬程特性下移，与管阻特性R1－Q相交于点C，流量从Qa减小到Qc（设
流量Qc与恒压控制时的QB相等）。变压控制形成了较大的压差H＝Hac，因而可节约如图5阴线部分所示的
能量。变压供水因出口压头降低，抑制了管阻特性变化所赞成的损耗及水泵的附加损耗，节能效果显著
。
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