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隨著社會經濟的飛速發展，能源不足問題逐漸顯露。為了應對可持續性發展，提高生產力，節能降耗技術已是企業的核心競爭力?，F代控制理論以及電子電力技術不斷發展，變頻器因其良好的控制能力與高效的使用性能被廣泛地應用于水泵電動機系統中。水泵系統能耗較高，提高電能的綜合利用效率，促進水泵系統節能降耗，已成為當前的主要目標。一般情況下，在變頻調速控制系統中水泵電動機獲得頻率為50Hz的交流電源，控制器接通電源后會發出相應的指令，在控制系統內部經過整流、濾波等電路轉化成直流電源，再經過直流逆變電路轉化成符合電動機需求的頻率和電壓，為電動機控制系統提供電源。控制系統進而輸出相應的轉矩，最后實現對水泵電動機系統的動態調控。針對水量的動態變化，水泵控制系統通過控制器和變頻器來實現動態調節，對實際情況能夠做出及時的響應，實現節能降耗的目標。
1.給排水水泵電動機系統的節能分析
流量（Q）與揚程（H）之間存在唯一對應的關系。有關部門在對離心泵給水系統進行規劃時，往往優先考慮最差情況。但在實際中，大部分時間的用水量與最高時間的用水量相比普遍較低。在閥門控制水泵系統的過程中，若流量從Q7減小到Q1時，需關小閥門。當離心泵的流量減小時，對應的揚程會增加，降低水泵系統的效率。其次，蓄水池水位會發生變化，設計人員在設計過程中應將最差情況考慮在內，即考慮水池最低水位的情況，在這一過程中系統的凈揚程達到最高點。實際生活中水池多數時間高于最低水位，導致凈揚程普遍低于原有的凈揚程設計，設計的出水量高于水泵的出水量?；谏鲜銮闆r，工作人員只能關閉閥門，進而控制出水量，浪費給排水水泵電動機系統能源。
2.節能方案介紹
根據水泵的工作原理可知，要調節供水量，通常有兩種方式：一種方式是改變水流量的體積而保持轉速不變，但這種方式也存在一定的不足，水流量的變化會導致水壓產生變化，從而導致水泵的實際功率發生變化，增加整個系統的能耗；第二種常見的方式是保持流量不變改變轉速。通過試驗對比可以得出如下結論：第二種方式比第一種方式效率更高，而且耗能也有所減少。對于調節轉速而言方法有許多種，都有各自的優點和缺點，如變極對數調速控制電路，其優點是技術性較低，相比較而言成本也更低一些，但其局限性在于調速的范圍有限。通過對性能和成本等方面的分析，可以得出改變水泵電動機頻率是目前為止相對節能、有效的調整方案。
3.技術革新要點
隨著技術的不斷發展，目前在水泵系統控制方式上有了更多的選擇。最為常見的方式是通過繼電接觸器控制，但這種控制方法對于實際生產要求來說顯得比較落后。本次研究采用PID調節器和PLC控制方式。在試驗設計中，選取三臺水泵電動機組成一個水泵組。要求每個水泵的出水管裝有手動閥門，能夠及時有效地調節水流量，也能夠保證出現意外時方便處理。水泵組由兩臺大功率水泵和一臺小功率水泵構成，通過三臺水泵的組合調配能夠滿足一般的供水需求。具體設計連接如下：將PLC與PID調節器連接，再將PID調節器連接到變頻器上，通過變頻器將獲取的信號傳送給傳感器，傳感器再將信號作用于水泵組，進而作用于整個供水管網，在供水管網測得實時壓力，再通過壓力傳感器傳送給PID調節器，從而實現一個流程的循環。控制系統由兩個變頻器和兩個壓力傳感器組成，其中一臺變頻器可控制兩臺大功率水泵（1#泵和2#泵）。一般情況下，要求3#小功率水泵一直處于工頻模式運行，另外兩臺大功率水泵則根據實際情況和用水量通過變頻器控制來調整。通常日間用水需求即使為最小時，只靠3#水泵工頻運轉也無法直接滿足，所以一般情況下，日間供水要求2#水泵和3#水泵同時工作。假如用水需求量不大，就保持3#水泵工頻使用，而2#水泵保持變頻狀態；否則，2#水泵會根據實際用水量自動轉入工頻狀態，變頻器作用于1#水泵，從而實現系統供水量改變、壓力不變的目標。一般情況下，這三臺水泵同時工作就能夠滿足最大供水需求。如果三臺水泵同時工作仍然不能滿足供水需求的話，變頻器會根據程序的設定自動退出整個系統，也就保證了三臺水泵同時工頻運行，以滿足最大供水量的需求。此種設計方式系統相比較為簡單、程序易操作，具有較高的穩定性。
4.水泵電動機變頻調速后效果分析
為了驗證采用變頻調速技術后，水泵調控系統所取得的節能效益，將兩臺工作水泵電動機中的一臺采用工頻調節運行，另外一臺采取變頻調速運行。在技術性能和環境相同情況下，1#水泵電動機相比2#水泵電動機運行更加穩定，平均運行電流降低到280A，比工頻運行額定電流的410A降低130A，理論節電效率為：[1－(280/410)2]×100%＝53.37%，實際節電效率為47%，節能降耗的效果十分明顯。
作者:劉廣勝 單位:上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司第一設計研究院
