变频技术应用于水泵电机中的节能分析

李柏强

摘要：随着国民经济的蓬勃发展，科学技术的持续进步，作为电机控制的主导—变频技术越来越广泛应用于电机技术领域。本文阐述了变频技术、水泵电机变频技术的应用原理和节能优势，着重提出了水泵电机的节能策略，以期达到节约资源、保护环境、保持电机的性能，延长电机的使用寿命的目的。

关键词：变频技术;水泵电机;节能

前言

近年来，我国国民经济蓬勃发展，工业用水、城镇供水以及农业灌溉都离不开水利建设，水利建设在城镇化建设进程中起着举足轻重的作用。电机水泵作为基础设备，在水利建设中的作用显得越来越重要。但是，由于传统定频电机的技术缺陷以及电机使用的不合理，导致水泵电机能耗日益增高，其工作寿命也日益缩短，与当前所提倡的碳中和、碳达峰的节能环保理念相悖。变频技术的节能效果是众所周知的，因此，本文将探讨变频技术应用于电机水泵中，分析变频技术的节能优势，并提出变频水泵电机的节能策略，以期达到节约资源、保护环境、保持电机的性能，延长电机的使用寿命的目的。

1.变频技术

变频技术就是先使用变换技术把交流电转变成为直流电，然后再使用逆变器，输出各种频率的交换电。这种技术是利用变频调速的方式将输出功率改变，实现了降低输入的电功率、节约电能的目的，感应异步电动机中使用变频技术同样也可实现节能的目的。在变频器技术中，变频器的主要工作参数有开关电源频数、电磁极对数和转差率等，而自动化变频器则主要是由开关电源板、主板、电容、电阻等元器件组成。而变频技术在泵类电机领域的应用最为常见，变频电机技术可以降低耗能，减少不必要的浪费，能够降低生产成本。所以，变频技术对于现代工业生产来说，其重要作用是显而易见的。

2.水泵电机变频技术的应用原理和技术优势

2.1水泵电机变频技术的应用原理

一般情况下，传统的水泵电机的工作转速是恒定的，利用这种转速恒定的电机作为水泵的驱动源，控制阀的作用是控制管道内液体的流量的大小。当液体流量达到高位值的情况下，电机其工作运行效率在这种情况下容易达到最佳值。倘若管道的液体流量降低，控制阀利用转速的调整达到压力的降低目的，最终达到水流量的调节控制。此时，由于水泵与管道流量两者之间存在相当大的压力差距，致使流动的液体将大量的能量带走。为减小能量损失，先稳定转速，再利用阀门来改变流量是行之有效的调节方式。

变频调速技术在水泵电机上的使用，也正是针对性地降低了上述电能消耗的问题。当水泵电动机处在一种可变速的工况环境条件下，由于水泵形成的电流特性曲线可以和控制系统中不同流速的水流量进行压力相匹配，从而有效地解决了传统电动机在工作过程中的电能消耗浪费问题，实现降低能耗的目的。

2.2水泵电机变频节能优势

众所周知，变频电机技术具有良好的节能效果。研究表明，在某些工作情况下，变频技术相对于传统技术可以降低能耗40%以上，下面是变频技术的节能原理介绍：

（1）变频电机节电。根据流体力学知识，P（功率）=Q（流速）×H（压强），其中Q和速度N的次方数成正比，H和速度N二成反比例，P和N三也成反比例。假定泵的输出效率P为定值，若要求调节Q而降低的情形下，速度N可成等比地减小，水泵电机的消耗功率和速度N相互之间存在立方比的函数关系。比如，某台水泵电机功率P是50千瓦时，当转速N的转速降低20%，此时其电机的耗电量为25.6千瓦时，节约电能约49%。当转速N的转速降低50%，其耗电量为6.25千瓦时，节约电能88%。

（2）功率因数cosφ补偿节能。无功电能不但会造成设备过热，而且还会增加对电线的消耗，更关键的是功率因数cosφ的下降会对电网有功功率产生很大负面影响。无功电能在电线线路产生非常大的损耗，严重降低了设备的使用效果，造成严重电能浪费。内部滤波电容的存在令变频或调速设备无功损失减小，电网的有功功率也得以增加。

（3）軟启动节能。定频电机的起动方法通常是以直接或Y/D方式起动，这种启动方法的最大额定电流所产生的能量约为4～7倍于额定容量。过大的起动电流会给仪器设备和电网造成相当严重的冲击，而且起动时过程中的振动给挡板和阀门等的设备带来危害也很大，不利于仪器设备、管路的良好使用，甚至会缩短其使用寿命。变频器软启动功能可以让使起动的电压从零开始，逐渐到达电流最大值，但是不高于额定电流。这种软启动电流控制能够减少仪器设备对电网所产生的冲击及其对于电源容量的需求，可以延长装置与阀门的使用寿命的目的，也因此降低了对仪器设备的保养修理费用。

3.变频技术应用于水泵电机的节能策略

3.1根据需要选择合适的变频技术

采用变频技术对水泵进行改造，以达到节能的目的，这种技术改造有助于泵站稳定地工作运行、节能降耗。不过，也不能单纯注重水泵的节能性能，而忽略了因为改造过程所形成的各种成本。如果单纯追求水泵电机的节能性，导致了其自身的使用成本过高，这也势必会影响后期的设备维修、管线铺设、其他相关仪器与设备等各方面的费用成本。因此，应用变频技术或对水泵进行改装必须充分考虑其经济适用性，以选择最合适的变频调速技术。另外，如果水泵与工作的电网电压电流不平衡，也可以通过变频调压技术对水泵进行技术改造，令水泵的使用寿命得到充分的保障。这是因为，第一，可实现节能降耗的目的，电网电源质量得到保障和改善。第二，也可充分的设备工作条件也得到了充分的保障，避免电压电流的不稳定冲击水泵电机核心组件，防止仪器设备损毁，特别是外部的电路保护措施失效的情况下，增加安全保护措施对水泵电机来说显得格外重要。

3.2及时反馈指标重视实际检测情况

变频技术不同，其应用的领域也有所不同。而在水泵电机中，其主要采用变频器的方法完成了其作用原理和功能。变频器技术由于在其工作中会形成谐波量，这些谐波量会水泵电动机的寿命形成很大的负面影响。所以，规范控制负载和输入输出谐波量在变频器技术的进一步优化和改进等工作中已经变得十分关键，也应该成为水泵电机的核心目标所在。若要进行变频技术进一步优化和改进，在实际工作中对电器的实际工作温度、过热现象和负载电流等加以记录和观察，采取行之有效的措施加以控制。另外，工作人员还应仔细观察水泵电机表面发热的状况，以判断其实际谐波浓度。在水泵电机中使用了变频技术，可以减少水泵损毁的机率，并采用了自动保护装置，以增加的安全性，并减少了谐波量威胁的正常工作。

3.3完善变频技术提升水泵电机工作效率

水泵电动机在实施变频技术改造后，必须对其振动情况进行监测设计并进行记录。通过记录实际参数的变化情况，在发现超过一定标准范围的情况下可以适时做出调节，从而保证了水泵电动机的正常工作与运转。变频技术在水泵电动机的良好应用下能够调整输出功率和负荷，从而实现了降低能耗30%以上，提高工作效率的，减少了发电机组负荷的目的，在工作中形成自我保护，进而延长了电动机水泵的寿命。

4.结束语

综上所述，在实际应用中，水泵电机可采用变频调速技术来实现节能，通过多方面的节能措施，变频技术应用在水泵电机中，可以节约资源、保护环境，能够保持电机的性能，延长电机的使用寿命，在电机水泵中的应用具有较高的应用价值和推广意义。

参考文献：

[1]朱利欢.电机水泵变频调速技术的应用探微.装备维修技术，2019（03）：151.

[2]王向东.工业水泵电机的变频节能改造技术分析[J].科学与技术，2020，15.