變頻器在暖通循環水泵上的節能控制

朱楠楠

摘 要：近些年來，我國的經濟雖然取得了良好的發展，但是同時我國的能源消耗問題也非常的嚴重，所以當前我國十分注重可持續發展，十分強調節能減排。而在傳統的暖通系統之中，往往會造成大量的能源浪費，因為室外的溫度往往是不斷變化的，室外溫度的變化會對室內溫度造成一定的影響，所以就使得暖通循環水泵出現了能源的浪費。而將變頻器應用在暖通循環水泵之中，能夠利用變頻調節的方式來實現對暖通循環水泵的節能控制，從而使得暖通循環系統能夠更加節能地運行，進而有效減少能源的浪費。因此文章就變頻器在暖通循環水泵上的節能控制進行了一定的研究，以期能夠使得暖通循環系統更加節能高效地運行。

關鍵詞：變頻器；暖通循環水泵；節能控制

前言

當前我們正面臨著能源問題和環境問題的困擾，所以當前如何減少能源浪費和保護環境已經成為了全社會非常重視的一個問題。在現代的建筑之中，暖通工程往往都是必不可少的，暖通循環系統的應用大大地改善了人們的生活質量，但是另一方面在暖通循環系統之中，水泵往往發揮著非常重要的作用，但是水泵也是較容易產生能耗的一個設備，因此在暖通循環水泵上應用相應的技術進行節能控制，既可以降低水泵的能耗，同時又能夠提高水泵的效率，使得整個暖通循環系統能夠更加的節能高效。而將變頻器應用于暖通循環水泵之中，往往能夠起到較好的節能控制效果，所以對于變頻器在暖通循環水泵上的節能控制進行研究有著非常重要的意義。

1 變頻器技術概述

1.1 變頻器的概念

所謂變頻器，實質上是一種電力控制設備，它通過對變頻技術和微電子技術的應用來對電機工作電源頻率方式加以改變，然后實現對交流電動機的控制。變頻器可以對工頻電源進行相應的轉換，然后形成另外一種頻率。變頻器的主要電路也可以被劃分為兩大類，第一類是電流型，第二類是電壓型。所謂電流型，指的是能夠對于電流源進行交流和直流變化的變頻器；而電壓型則是對于電壓源進行交流和直流轉換的變頻器。

1.2 變頻器的基本構成

變頻器實質上也是一種電力電子裝置，但是通過對變頻器節能技術的應用能夠將固定頻率、電壓的交流電進行適當的調整，使其轉換為頻率和電壓都可供調節的交流電，構成變頻器的電路實際上是非常復雜的，在其內部，主要是由主電路單元、驅動控制單元、中央處理單元、保護與報警單元和監視與參數設定單元所構成的。其中主電路單元主要是把電網電壓接入變頻器，該單元主要是由逆變器和整流器所構成的；驅動控制單元的主要作用就是用于產生相應的驅動逆變器開關信號，而且驅動控制單元是受中央處理單元控制的；中央處理單元則是對變頻器的各種外部信號進行處理，同時對內部信號進行檢測，它是整個變頻器的控制核心，對變頻器的控制主要就是依賴于中央處理單元；而保護與報警單元的主要功能就是對變頻器的故障進行檢測和報警；監視與參數設定單元主要是對變頻器的工作狀態進行監視，同時對變頻器的各項參數進行設定。

1.3 變頻器的控制方式研究

變頻器的種類有很多，所以相應的控制方式也是多種多樣的，因此依據變頻器的工作原理，大致可以將其分為以下幾種控制方式：第一是V/f控制方式。它是一種簡單的開環控制方式，而且使用該方法來對于變頻器進行控制，造價往往也非常的高，一般適用于控制精度要求較低的調速系統，比如說水泵和風機等；第二種是轉差頻率控制方式。這一種方式是在V/f控制的基礎之上發展而來的，但是轉差頻率控制方式是通過電路和速度傳感器給定轉速以及實際轉速的速度偏差信號，然后再利用控制器對于基準速度偏差值加以計算，最后得出基準同步轉速值，然后再計算出電壓控制信號以及逆變器的頻率；第三是矢量控制方式。這種變頻器控制方式屬于高精度的控制方式，矢量控制方式把一部電動機的定子電流進行了分解，將其分解為兩個部分，一個分量為轉矩電流分量，另一個分量為勵磁電流分量，通過對于二者的控制來實現對于變頻器的控制。

2 變頻器在暖通循環水泵的節能控制原理

2.1 降低電機的轉速

通過變頻器可以對于暖通循環系統中的水泵電機的頻率加以調節，而在調節其頻率之后，電機的轉速往往也就會發生相應的改變，而當電機的轉速發生變化之后，電機軸的功率也就會發生相應的改變，電機的轉速降低之后，電機軸的功率會有所提升，所以通過降低電機的轉速，能夠取得較好的節能效果。

2.2 動態調整節能

將變頻器應用于暖通循環水泵上，能夠使得水泵迅速地對于負載變動加以適應，在其適應了負載的變動之后，能夠及時地給出最大效率的電壓，從而使得電機始終保持在高效率的運行狀態，而電機的輸出效率一旦得到了提高，往往就能夠節約更多的能源，所以變頻器通過動態的調整，也能夠起到較好的節能效果。

2.3 通過變頻器自身控制方式節能

對于采用V/f控制方式的變頻器而言，在保證了電機輸出力矩的前提之下，變頻器能夠自動對于V/f曲線進行調節，適當地減少電機的輸入力矩，在輸入力矩得以減少之后，就能夠使得輸入電流也相應的減少，這樣就能夠起到較好的節能的效果。

2.4 變頻器軟啟動節能

在暖通系統之中，如果電機是全壓啟動，那么為了滿足電機啟動力矩的需求，其往往就需要從電網吸收更多的電流，而這一電流值往往會達到電機額定電流的5～7倍，所以就使得電機的啟動電流非常大，這樣不僅僅造成了能源的浪費，而且由于在啟動瞬間，電網的電壓波動會很大，所以就增加了線損。但是變頻器所采用的變頻啟動的方式，在啟動的過程中，啟動電流會從0A上升到電機的額定電流，這樣就避免了啟動電流過大，同時也減少了對于電網的沖擊，進而減少了線損，所以變頻器的軟啟動功能也能夠起到較好的節能效果。

2.5 提高功率因數

因為在暖通系統中，循環水泵的電動機是由定子繞組和轉子繞組在電磁作用下產生力矩的，但是無論是對于定子繞組和轉子繞組而言，都是具有感抗作用的，所以就會使得電網面臨感性阻抗，這樣電機在運行的過程中，就會吸收大量的無功功率，使得電機的功率因數很低。但是在應用變頻器之后，在變頻器進行整流濾波之后，電機的負載特性就會發生相應的改變，變頻器對于電網的阻抗特性是呈現出阻性的特征，所以就會大大提高功率因數，進而有效地減少了無功損耗，從而達到節能的效果。

3 變頻器在暖通循環水泵上的節能控制應用

3.1 調節水泵轉速

對于傳統的暖通循環水泵而言，其往往都是通過閥門或者擋板來對于流量進行控制，當其在額定電壓下工作時，其電動機的功率為額定功率，但是在很多時候，在暖通系統中，并不需要使用到很大的液體流量，這時即使通過閥門或者是擋板對于流量進行控制，仍然不能夠使得水泵的轉速得以降低，從而造成了能源的浪費。對于交流異步電機電動機而言，其轉速可以通過式（1）來進行計算，而對于該電動機如果通過變頻器來進行控制，就可以使得水泵的轉速得以降低，變頻器控制電動機轉速的原理如式（2）所示。這樣當電動機在較低的電壓下工作時，實際功率就會比額定功率要小得多，從而起到節能的效果。所以利用變頻器來對于水泵的轉速加以調整，節能效果是較為顯著的。而且就整個暖通系統而言，水泵是消耗能源最多的一個部分，如果能夠將節能技術應用到水泵之中，那么起到的節能效果將是十分顯著的。

3.2 在水泵并聯系統中的應用

在許多暖通系統中，往往都會將多臺循環水泵并聯進行使用，使得水泵構成一個泵系統，所以此時可以對于多臺水泵進行變頻調節，從而對于流量進行有效的控制，達到節能的目的。但是由于變頻器的成本較高，如果水泵系統中的每一臺水泵都是用一個獨立的變頻器，往往并不是十分的經濟，所以此時可以把并聯系統中的一臺水泵改為變頻調節泵，而其它的水泵保持不變，這樣也能夠達到節能的目的。因為在并聯系統之中，當其開始工作時，首先將變頻調速泵進行啟動，然后讓水泵的流量從零開始逐漸地增加，直到達到額定流量，當額定流量超過了變頻泵的最大流量之后，就啟動非變頻泵，這時變頻調速泵在得到了系統的信號反饋之后就會減小自身的轉速，從而使得泵系統的輸出總流量降低到額定要求。如果啟動一臺非變頻泵不能夠滿足流量的要求，那么就可以啟動第二臺非變頻泵，同理，如果兩臺非變頻泵也不能夠滿足要求，則可以啟動第三臺。而且依據系統對于流量的不同需求，也可以選擇不同額定流量的水泵進行搭配，從而起到最好的節能效果。

4 結束語

將變頻器應用在暖通循環水泵之中，能夠起到較好的節能控制效果，而且無論水泵的型號如何，通過變頻器處理，都能夠取得較好的節能效果，對于水泵運行的成本進行有效的控制。當前變頻器在更多的領域之中得到了廣泛的應用，不僅僅局限于循環水泵，在其它領域之中對于變頻器加以應用，也能夠起到較好的節能效果。

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