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[摘 要]交流电机变频器调速节能技术，应用于供热系统的循环泵、补水泵，可使整个供热管网的压力根据实际自动恒压、供热管网的动水压曲线稳定。机械运动部件不易损坏，实现自动控制，以达到高效节能的目的。
[关键词]交流电机 交流变频器 机械部件 自动控制
中图分类号：A45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0252-02
1 前言
能源紧缺是全球性的重大问题之一，如何提高能源效率已日益成为每个国家极为关注的重要课题。我国的工业用电总量中，电机消耗的电能约65%，水泵、风机类电机设备的耗电量约占电力消耗30%，很多企业的电机与拖动系统多处于非经济状态下运行，浪费大量的电能。例如我国的集中供热耗能远高于其他国家，而热交换站是供热系统的主要环节，是供热系统的中枢。交换站中的循环泵、补水泵是主要的耗电设备。随着电子技术的发展，自动化和智能化程度的不断提高，变频器节能技术日趋完善，采用变频器节能技术可以实现供热系统节能、稳定运行的目的。
交流电机变频调速节能技术是一项集先进电力电子技术与计算机为一体高效的节能技术，从上世纪80年代各国就投入到工作应用上，体现强大的市场竞争力。变频调节系统控制过程是：由压力变送器把热网管路的输出压力测出，并转换成与其对应的4—20mA标准信号，把这个信号输送至智能调节器（PID）并同其供热管网需要的控制指标对比，求得偏差，这个偏差值就由智能调节器按调节规律（预先设定）进行运算求出调节信号，这个信号直接输送至变频器，把变频器输入的380V/50Hz的交流电转变成0—380V/0—400Hz连续可调频率和电压的交流电输出直接供送给电机。
本文就变频器调速节能技术和供热水泵工作原理分析，并总结报告其实际应用情况，以为集中供热中高效节能提供依据。
2 变频节能的理论分析
2.1 定性分析
由上式可知，轴功率与电机的转速三次方成正比例。通过上面的公式，只要水泵的运行频率和水泵配用的电机型号已知，就能计算出水泵的轴功率。
3 变频器节电原理
3.1 减少电机转速，提高节能效果
由流体力学与电机学原理：当电动机的转速由N1变到N2时，电动机轴功率P的变化关系是：可见，电动机转速降低后，可得到立方级的节能效果。
3.2 动态调整节能效果
安装变频器后，可以迅速适应管网负荷的变动，保证最大的效率电压，保证电动机的输出功率在高效率下运行。
3.3 变频器自身V/F功能节电效果
在确保电动机输出力矩的情况下，变频器自动调节V/F的曲线，使电动机的输出力矩减少，降低输入电流，最终达到节能效果。
3.4 变频器软启动的节能效果
在电动机全压启动时，因电动机的启动力矩大，需要从供电电网上吸收5—7倍的电动机额定的电流，大的电机启动电流不仅浪费电能，而且对供电电网电压波动损害很大，增大线损、变损。然而使用变频启动后，电动机的启动电流能从0安逐步长到电动机额定电流，使启动电流对供电电网的冲击大大减少，不仅节省了电能，且减小启动惯性对设备大惯量的冲击，延长电机、水泵等设备的使用寿命。
3.5 提高了功率因数的节能效果
电机是由转子绕组、定子绕组通过电磁作用产生力矩，绕组因感抗作用对供电电网来说，阻抗特性为感性，电动机旋转会吸收很大的无功功率，使功率因数降低。
使用变频调速后，因性能变为：交—直—交，整流滤波后，负荷特性发生变化，变频调速器对供电电网阻抗特性为阻性，提高了功率因数，使无功损失减少。
4 水泵调节流量的方法、原理
水泵负荷是以所输送的管网流量为控制参数，通常使用控制转速、控制阀门开度的两种方法。
4.1 控制阀门开度
此方法是利用改变管网出口阀门开度来对流量进行调节，是一种传统使用的机械控制方法，控制阀门开度的实质是一种改变管网液体阻力的大小来实现流量的改变，这种方法由于水泵的旋转转速不变，故水泵特性曲线Q—H保持不变。
4.2 控制转速的方法
利用改变水泵转速来实现流量的调节方法，是一种利用电子控制技术的先进方法，这种方法实质是对管网所输送的液体改变流量，因其阀门的开度不变，电机的转速发生了变化，避免了无谓的消耗。
4.3 两种方法的比较
在管网流量不变的情况下，控制电机的转速避免了控制阀门开度因管阻增大、压头升高所带来的能量损失；
在管网流量减少情况下，控制电机转速使压头反而降低，所以这种方法只需一个比控制阀门开度小得多的功率损耗，故使用变频调速是一种流量调节的最佳节能方法。
5 实际应用
我公司平易街交换站高层高区补水泵在2013年进行了变频器节能改造，补水泵型号：IS65—40—250，配用电机功率为15KW，电机型号：Y160M2—2。原采用间歇式补水定压方式，间歇式补水定压方式虽然设备简单，但其动水压曲线上下波动范围大，如电接点压力表设定范围过小，又会造成触点开关动作过于频繁而易于损坏，直接影响热力管网的运行安全。特别是在管网漏水量较大或在事故期间，间歇式补水泵和电机频繁启动、全速运行、启动电流大、冲击力强，是电机和水泵机械事故多发的主要原因。直接影响着机械设备的安全运行和正常的供热工作。在采用变频器调节（型号为ED3000系列高性能通用变频器）技术后，使电机的转速下降，水泵的运行工况明显改善，使设备使用寿命延长，提高了热管网运行的可靠性，降低了机械设备及易损件的维修费用。另外变频器调速、启动平稳，大大地减少了对供电电网的冲击。经过一个采暖期的运行，改造收到了预期的效果。
6 结束语
综上所述，变频调速节能技术是供热系统实现最佳运行流量的有效方法，使供热行业达到系统节能、稳定运行的目的。运行人员只要根据室外温度制定出若干最佳流量作為实时的管网运行流量，变频调速节能技术才能真正意义地发挥出作用。
参考文献
[1] 汪国梁《电机学》：第三版.北京，机械工业出版社.
[2] 冉春雨，主编的《供热工程》化学工业出版社.
作者简介
麻日龙，男，职称：工程师，1966年3月11日，现工作单位：同煤集团平旺物业管理公司，单位所在地：山西大同市矿区新平旺纬5路同煤集团平旺物业管理公司，邮编：037003，联系电话：15835388126，详细通讯地址：山西大同市矿区新平旺纬5路同煤集团平旺物业管理公司。
[关键词]交流电机 交流变频器 机械部件 自动控制
中图分类号：A45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0252-02
1 前言
能源紧缺是全球性的重大问题之一，如何提高能源效率已日益成为每个国家极为关注的重要课题。我国的工业用电总量中，电机消耗的电能约65%，水泵、风机类电机设备的耗电量约占电力消耗30%，很多企业的电机与拖动系统多处于非经济状态下运行，浪费大量的电能。例如我国的集中供热耗能远高于其他国家，而热交换站是供热系统的主要环节，是供热系统的中枢。交换站中的循环泵、补水泵是主要的耗电设备。随着电子技术的发展，自动化和智能化程度的不断提高，变频器节能技术日趋完善，采用变频器节能技术可以实现供热系统节能、稳定运行的目的。
交流电机变频调速节能技术是一项集先进电力电子技术与计算机为一体高效的节能技术，从上世纪80年代各国就投入到工作应用上，体现强大的市场竞争力。变频调节系统控制过程是：由压力变送器把热网管路的输出压力测出，并转换成与其对应的4—20mA标准信号，把这个信号输送至智能调节器（PID）并同其供热管网需要的控制指标对比，求得偏差，这个偏差值就由智能调节器按调节规律（预先设定）进行运算求出调节信号，这个信号直接输送至变频器，把变频器输入的380V/50Hz的交流电转变成0—380V/0—400Hz连续可调频率和电压的交流电输出直接供送给电机。
本文就变频器调速节能技术和供热水泵工作原理分析，并总结报告其实际应用情况，以为集中供热中高效节能提供依据。
2 变频节能的理论分析
2.1 定性分析
由上式可知，轴功率与电机的转速三次方成正比例。通过上面的公式，只要水泵的运行频率和水泵配用的电机型号已知，就能计算出水泵的轴功率。
3 变频器节电原理
3.1 减少电机转速，提高节能效果
由流体力学与电机学原理：当电动机的转速由N1变到N2时，电动机轴功率P的变化关系是：可见，电动机转速降低后，可得到立方级的节能效果。
3.2 动态调整节能效果
安装变频器后，可以迅速适应管网负荷的变动，保证最大的效率电压，保证电动机的输出功率在高效率下运行。
3.3 变频器自身V/F功能节电效果
在确保电动机输出力矩的情况下，变频器自动调节V/F的曲线，使电动机的输出力矩减少，降低输入电流，最终达到节能效果。
3.4 变频器软启动的节能效果
在电动机全压启动时，因电动机的启动力矩大，需要从供电电网上吸收5—7倍的电动机额定的电流，大的电机启动电流不仅浪费电能，而且对供电电网电压波动损害很大，增大线损、变损。然而使用变频启动后，电动机的启动电流能从0安逐步长到电动机额定电流，使启动电流对供电电网的冲击大大减少，不仅节省了电能，且减小启动惯性对设备大惯量的冲击，延长电机、水泵等设备的使用寿命。
3.5 提高了功率因数的节能效果
电机是由转子绕组、定子绕组通过电磁作用产生力矩，绕组因感抗作用对供电电网来说，阻抗特性为感性，电动机旋转会吸收很大的无功功率，使功率因数降低。
使用变频调速后，因性能变为：交—直—交，整流滤波后，负荷特性发生变化，变频调速器对供电电网阻抗特性为阻性，提高了功率因数，使无功损失减少。
4 水泵调节流量的方法、原理
水泵负荷是以所输送的管网流量为控制参数，通常使用控制转速、控制阀门开度的两种方法。
4.1 控制阀门开度
此方法是利用改变管网出口阀门开度来对流量进行调节，是一种传统使用的机械控制方法，控制阀门开度的实质是一种改变管网液体阻力的大小来实现流量的改变，这种方法由于水泵的旋转转速不变，故水泵特性曲线Q—H保持不变。
4.2 控制转速的方法
利用改变水泵转速来实现流量的调节方法，是一种利用电子控制技术的先进方法，这种方法实质是对管网所输送的液体改变流量，因其阀门的开度不变，电机的转速发生了变化，避免了无谓的消耗。
4.3 两种方法的比较
在管网流量不变的情况下，控制电机的转速避免了控制阀门开度因管阻增大、压头升高所带来的能量损失；
在管网流量减少情况下，控制电机转速使压头反而降低，所以这种方法只需一个比控制阀门开度小得多的功率损耗，故使用变频调速是一种流量调节的最佳节能方法。
5 实际应用
我公司平易街交换站高层高区补水泵在2013年进行了变频器节能改造，补水泵型号：IS65—40—250，配用电机功率为15KW，电机型号：Y160M2—2。原采用间歇式补水定压方式，间歇式补水定压方式虽然设备简单，但其动水压曲线上下波动范围大，如电接点压力表设定范围过小，又会造成触点开关动作过于频繁而易于损坏，直接影响热力管网的运行安全。特别是在管网漏水量较大或在事故期间，间歇式补水泵和电机频繁启动、全速运行、启动电流大、冲击力强，是电机和水泵机械事故多发的主要原因。直接影响着机械设备的安全运行和正常的供热工作。在采用变频器调节（型号为ED3000系列高性能通用变频器）技术后，使电机的转速下降，水泵的运行工况明显改善，使设备使用寿命延长，提高了热管网运行的可靠性，降低了机械设备及易损件的维修费用。另外变频器调速、启动平稳，大大地减少了对供电电网的冲击。经过一个采暖期的运行，改造收到了预期的效果。
6 结束语
综上所述，变频调速节能技术是供热系统实现最佳运行流量的有效方法，使供热行业达到系统节能、稳定运行的目的。运行人员只要根据室外温度制定出若干最佳流量作為实时的管网运行流量，变频调速节能技术才能真正意义地发挥出作用。
参考文献
[1] 汪国梁《电机学》：第三版.北京，机械工业出版社.
[2] 冉春雨，主编的《供热工程》化学工业出版社.
作者简介
麻日龙，男，职称：工程师，1966年3月11日，现工作单位：同煤集团平旺物业管理公司，单位所在地：山西大同市矿区新平旺纬5路同煤集团平旺物业管理公司，邮编：037003，联系电话：15835388126，详细通讯地址：山西大同市矿区新平旺纬5路同煤集团平旺物业管理公司。