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摘 要：目前，我国的水泵设计与生产制造技术不断提高，各行业对水泵的综合性能要求亦不断提高。由于通过优化水泵的机械结构的手段来提高水泵综合性能有一定的局限，所以研究电气自动化技术在水泵设计与生产以提高水泵的综合使用性能成为水泵行业重要任务。本文对水泵结构进行了简要的介绍；浅要地分析了与水泵结构设计相关的电气自动化技术；重点探讨了电气自动化技术在水泵行业的相关应用问题和发展前景，以期对水泵行业相关的工作人员有所启示。
关键词：水泵；电气自动化技术；应用；前景
1.水泵结构相关部分概述
1.1 水泵的分类与应用
水泵是管路循环系统中提供动力的核心装置。水泵实质上是一种输送液体或者促使液体增压的机械装置。水泵的作用是将原动机提供的机械能传递给相关液体（包括水与溶液类、油类、各类悬浊液和液态金属等），进而对液体进行增压或输送，以实现生产目标。
水泵的种类繁多，通常按工作原理的差别分为往复泵、齿轮泵、活塞泵、螺杆泵和柱塞泵等。
1.2水泵的相关结构组成
通常情况下水泵由水泵泵体、底座（卧式水泵）、电动机和联轴器四个部分组成[1]。泵体、底座和联轴器是水泵的机械结构部分，电动机及其附加部件是水泵的电气结构部分。本文重点研究的是水泵的电气结构以及电气自动化技术在水泵行业中的应用。
水泵的主要参数包括扬程和流量，扬程是泵体提供给单位质量液体的能量数值，表达了水泵对液体做功能力的大小，通常用H表示；泵体在单位时间内排除的液体体积叫做流量，一般用Q表示。
2.与水泵结构设计相关电气自动化技术
2.1变频调速技术的概念与原理
变频调速是电动机电气自动化中应用比较成熟的一项技术。以原动机为三相异步电动机的水泵为例，电动机转速的表达关系式为n =60 f（1-s）/p，（其中n为电动机的转速，f为输入电源的频率，s为电机的转差率，p为电动机的磁极对数），也就是说水泵电动机的转速与输入电源的频率、电机转差率和电动机的磁极对数三者均有关系。通过改变电动机转差率s与极对数p的方法来调节电动机转速具有较大的局限性并且效率低损耗大。
依靠改变电动机输入电源（定子电源）的工作频率f来调节水泵电动机速度的方法叫做变频调速技术。变频调速技术具有速度调节范围广、调节效率与精度高的特点，同时其具有良好的节能性。一般情况下，通过变频器实现水泵电动机的变频调速过程；变频器（VFD）将微电子技术与变频技术相结合，通过AC-DC转换整流、滤波和DC-AC转换整流等过程可以直接改变电动机输入电源的工作频率[2]。
2.1 电动机高压电气软起动技术简介
在交流电动机的起动过程中，一方面，其起动电流一般为额定电流的5到7倍，若其产生的压降作用在有限容量的电网上可能会导致该电网上的其他设备无法正常工作；另一方面，电动机起动时的转矩亦会超过额定转矩，其对电动机的本身造成的损害是非常严重的，因此必须设法降低交流电动机的起动电流。
通过增加附加装置以减少对电网的冲击从而使交流电动机的转速平稳地上升到额定转速，这个过程即为电动机的软起动。通常辅助的附加装置被称为电气软起动器。高压电气软起动器主要组成部分包括主回路、反馈回路、旁回路和相应的控制回路等，图2-1为常用的可控硅式电动机软起动系统。当前高压软起动的各个部分都可以由计算机进行直接监控控制。
电动机软起动的方式主要有恒流起动、电压斜坡起动、全压起动和突然跳动起动等。例如，图2-2为电动机突然电动起动方式 ，其通过在电机起动时增加附加脉冲转矩的方法降低起动电流。
3.相关电气自动化技术在水泵行业中的应用
3.1变频调速技术的相关应用
水泵电动机应用变频器变频调速技术可以较好的实现管路系统的闭环控制，PLC控制器将设置在管路中的压力、流量传感器传递的参数与系统额定参数进行计算比较后，将控制信号传递给变频器进而改变供电频率f实现对水泵的转速的控制。
在水泵的外管路特性保持不变的情况下，水泵的流量Q和扬程H与电动机的转速n具有确定的比例关系，具体来说，Q与n成正比关系，H与n的平方成正比关系。使用传统的阀门调节流量Q的大小时，会导致Q-H中的扬程曲线上移，相当于只是依靠增加管道阻力损失数值来减小流量，这样一来，电动机的功率几乎不会发生变化因而造成了水泵能量的浪费。若应用变频器调节转速n时，Q-H曲线中流量与扬程变化趋势一致；例如变频器频率下降5Hz时，流量与扬程分别下降10%和19%而电动机的功率的下降率达到了29%，变频调速的节能效果非常明显[3]。
3.2高压电气软起动技术在水泵上的应用
目前，大多数水泵都采用串联高压电气软起动器的方法以确保水泵电动机起动过程的平稳，进而保证与其相关联电网设备的正常使用、提高电动机的使用寿命。在水泵电动机中的高压电气软起动器运行时，水泵电动机内部的电流数值会逐渐减小，与此同时其产生的电抗数值逐渐增大。随着水泵的运转速度的加快，该反馈调节作用不断减弱，因此在水泵电动机起动过程中电流的冲击作用很小，甚至可以忽略。
恒流软起动方式是水泵管道系统中应用最广泛的软起动方法；水泵电动机起动时，其起动电流缓慢增大至计算机的设定数值后保持不变进而可以使电动机获得足够的电流强度，因此该种方法能更好地保证水泵电动机的平稳起动。
4.对电气自动化技术应用于水泵行业的前景展望
随着计算机控制系统在电气自动化领域中应用范围的不断扩大，先进的电气自动化技术为水泵的数字化与智能化控制创造了良好的条件[4]。
使用由上位机（通常为工程控制计算机）和下位机（通常是PLC或者单片机）组成的计算机控制系来控制水泵的电气部分，从而实现水泵的自动化控制过程，如此会极大地提高水泵控制的精确度、速度和使用效率，延长水泵的使用寿命，全面提高水泵的综合性能。
另外，水泵管路系统工况复杂，水泵出现安全问题的可能性较大，保证其设备与管道的安全是水泵行业相关部门亟待解决的问题，因此电气自动化控制中各类安全技术如过载保护、缺相保护和电动机过热保护等亦会在水泵行业中广泛应用。
结束语
使用变频调速技术的关键是合理地设置变频器的各项使用参数，通常可以使用试验法调整变频器的参数从而使水泵的使用性能达到最佳状态。
在水泵起动过程中应用高压电气软起动技术的目的是降低水泵电动机的起动电流，确保相关联电网其他电器的正常使用和延长电动机的使用寿命。
参考文献：
[1]肖军； 陆斌斌.现代设计方法在水泵中的应用[J].科技创新与应用，2012（25）.
[2]谈曜.高压变频器在火电机组凝结水泵中的应用[D].广州：华南理工大学，2013：15-27
关键词：水泵；电气自动化技术；应用；前景
1.水泵结构相关部分概述
1.1 水泵的分类与应用
水泵是管路循环系统中提供动力的核心装置。水泵实质上是一种输送液体或者促使液体增压的机械装置。水泵的作用是将原动机提供的机械能传递给相关液体（包括水与溶液类、油类、各类悬浊液和液态金属等），进而对液体进行增压或输送，以实现生产目标。
水泵的种类繁多，通常按工作原理的差别分为往复泵、齿轮泵、活塞泵、螺杆泵和柱塞泵等。
1.2水泵的相关结构组成
通常情况下水泵由水泵泵体、底座（卧式水泵）、电动机和联轴器四个部分组成[1]。泵体、底座和联轴器是水泵的机械结构部分，电动机及其附加部件是水泵的电气结构部分。本文重点研究的是水泵的电气结构以及电气自动化技术在水泵行业中的应用。
水泵的主要参数包括扬程和流量，扬程是泵体提供给单位质量液体的能量数值，表达了水泵对液体做功能力的大小，通常用H表示；泵体在单位时间内排除的液体体积叫做流量，一般用Q表示。
2.与水泵结构设计相关电气自动化技术
2.1变频调速技术的概念与原理
变频调速是电动机电气自动化中应用比较成熟的一项技术。以原动机为三相异步电动机的水泵为例，电动机转速的表达关系式为n =60 f（1-s）/p，（其中n为电动机的转速，f为输入电源的频率，s为电机的转差率，p为电动机的磁极对数），也就是说水泵电动机的转速与输入电源的频率、电机转差率和电动机的磁极对数三者均有关系。通过改变电动机转差率s与极对数p的方法来调节电动机转速具有较大的局限性并且效率低损耗大。
依靠改变电动机输入电源（定子电源）的工作频率f来调节水泵电动机速度的方法叫做变频调速技术。变频调速技术具有速度调节范围广、调节效率与精度高的特点，同时其具有良好的节能性。一般情况下，通过变频器实现水泵电动机的变频调速过程；变频器（VFD）将微电子技术与变频技术相结合，通过AC-DC转换整流、滤波和DC-AC转换整流等过程可以直接改变电动机输入电源的工作频率[2]。
2.1 电动机高压电气软起动技术简介
在交流电动机的起动过程中，一方面，其起动电流一般为额定电流的5到7倍，若其产生的压降作用在有限容量的电网上可能会导致该电网上的其他设备无法正常工作；另一方面，电动机起动时的转矩亦会超过额定转矩，其对电动机的本身造成的损害是非常严重的，因此必须设法降低交流电动机的起动电流。
通过增加附加装置以减少对电网的冲击从而使交流电动机的转速平稳地上升到额定转速，这个过程即为电动机的软起动。通常辅助的附加装置被称为电气软起动器。高压电气软起动器主要组成部分包括主回路、反馈回路、旁回路和相应的控制回路等，图2-1为常用的可控硅式电动机软起动系统。当前高压软起动的各个部分都可以由计算机进行直接监控控制。
电动机软起动的方式主要有恒流起动、电压斜坡起动、全压起动和突然跳动起动等。例如，图2-2为电动机突然电动起动方式 ，其通过在电机起动时增加附加脉冲转矩的方法降低起动电流。
3.相关电气自动化技术在水泵行业中的应用
3.1变频调速技术的相关应用
水泵电动机应用变频器变频调速技术可以较好的实现管路系统的闭环控制，PLC控制器将设置在管路中的压力、流量传感器传递的参数与系统额定参数进行计算比较后，将控制信号传递给变频器进而改变供电频率f实现对水泵的转速的控制。
在水泵的外管路特性保持不变的情况下，水泵的流量Q和扬程H与电动机的转速n具有确定的比例关系，具体来说，Q与n成正比关系，H与n的平方成正比关系。使用传统的阀门调节流量Q的大小时，会导致Q-H中的扬程曲线上移，相当于只是依靠增加管道阻力损失数值来减小流量，这样一来，电动机的功率几乎不会发生变化因而造成了水泵能量的浪费。若应用变频器调节转速n时，Q-H曲线中流量与扬程变化趋势一致；例如变频器频率下降5Hz时，流量与扬程分别下降10%和19%而电动机的功率的下降率达到了29%，变频调速的节能效果非常明显[3]。
3.2高压电气软起动技术在水泵上的应用
目前，大多数水泵都采用串联高压电气软起动器的方法以确保水泵电动机起动过程的平稳，进而保证与其相关联电网设备的正常使用、提高电动机的使用寿命。在水泵电动机中的高压电气软起动器运行时，水泵电动机内部的电流数值会逐渐减小，与此同时其产生的电抗数值逐渐增大。随着水泵的运转速度的加快，该反馈调节作用不断减弱，因此在水泵电动机起动过程中电流的冲击作用很小，甚至可以忽略。
恒流软起动方式是水泵管道系统中应用最广泛的软起动方法；水泵电动机起动时，其起动电流缓慢增大至计算机的设定数值后保持不变进而可以使电动机获得足够的电流强度，因此该种方法能更好地保证水泵电动机的平稳起动。
4.对电气自动化技术应用于水泵行业的前景展望
随着计算机控制系统在电气自动化领域中应用范围的不断扩大，先进的电气自动化技术为水泵的数字化与智能化控制创造了良好的条件[4]。
使用由上位机（通常为工程控制计算机）和下位机（通常是PLC或者单片机）组成的计算机控制系来控制水泵的电气部分，从而实现水泵的自动化控制过程，如此会极大地提高水泵控制的精确度、速度和使用效率，延长水泵的使用寿命，全面提高水泵的综合性能。
另外，水泵管路系统工况复杂，水泵出现安全问题的可能性较大，保证其设备与管道的安全是水泵行业相关部门亟待解决的问题，因此电气自动化控制中各类安全技术如过载保护、缺相保护和电动机过热保护等亦会在水泵行业中广泛应用。
结束语
使用变频调速技术的关键是合理地设置变频器的各项使用参数，通常可以使用试验法调整变频器的参数从而使水泵的使用性能达到最佳状态。
在水泵起动过程中应用高压电气软起动技术的目的是降低水泵电动机的起动电流，确保相关联电网其他电器的正常使用和延长电动机的使用寿命。
参考文献：
[1]肖军； 陆斌斌.现代设计方法在水泵中的应用[J].科技创新与应用，2012（25）.
[2]谈曜.高压变频器在火电机组凝结水泵中的应用[D].广州：华南理工大学，2013：15-27