1 简介

泵类负载广泛应用于冶金、化工、电力、市政供水和矿山等行业，占整个电气设备能耗的40%左右，电费甚至占到水的50%水厂的生产成本。这是因为：一方面，设备通常设计有一定的余量；另一方面，由于工作条件的变化，泵需要输出不同的流量。随着市场经济的发展和自动化、智能化程度的提高，采用高压变频器控制泵负荷的转速，不仅有利于提高工艺和产品质量，而且是节能降耗的要求。设备的经济运行。可持续发展的必然趋势。对泵负载进行速度控制的好处很多。从应用实例来看，大部分都取得了不错的效果（有的可节能高达30%-40%），大大降低了水厂的制水成本，提高了自动化程度，帮助泵和管网。减压运行，减少泄漏和爆管，延长设备使用寿命。

2、泵负荷的流量调节方法及原理

泵负载通常由被输送液体的流速控制。为此，经常使用阀门控制和速度控制两种方法。

2.1阀门控制

该方法通过改变出口阀的开度来调节流量。这是一种由来已久的机械方法。阀门控制的本质是通过改变管道中的流体阻力来改变流动阻力。由于泵的转速保持不变，其扬程特性曲线HQ保持不变，如图1所示。它因在变频器的直流环节中使用了电感元件而得名。缺点是逆变桥需要强制换流，器件结构复杂，调整困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，输入电流的谐波比较大变频器能耗管理，容量大时会对电网产生一定的影响。

阀门全开时，管道阻力特性曲线R1-Q与扬程特性曲线HQ相交于A点，流量为Qa，泵出口压头为Ha。如果阀门关闭，管道阻力特性曲线变为R2-Q，它与扬程特性曲线HQ的交点移动到B点，此时流量为Qb，泵出口压力上升到Hb . 那么压头的增加为：ΔHb=Hb-Ha。则产生阴影部分所示的能量损失：ΔPb=ΔHb×Qb。

2.2速控制

通过改变泵的速度来调节流量，这是一种先进的电子控制方法。速度控制的本质是通过改变被输送液体的能量来改变流速。因为只有转速变化，阀门开度没有变化，如图2所示，管道阻力特性曲线R1-Q也保持不变。额定转速下的扬程特性曲线Ha-Q与管阻特性曲线在A点相交，流量为Qa，出口扬程为Ha。

当转速降低时，扬程特性曲线变为Hc-Q，其与管阻特性曲线R1-Q的交点将下移至C，流量变为Qc。此时，假设流量Qc被控制为阀控模式下的流量Qb，则泵的出口扬程将降低至Hc。因此，与阀门控制方法相比，扬程减小：ΔHc=Ha-Hc。因此，可以节省能量为：ΔPc=ΔHc×Qb。与阀门控制方式相比，节省的能量为：P=ΔPb+ΔPc=(ΔHb-ΔHc)×Qb。这部分能量如图 2 中的负线所示。

对比这两种方式可以看出，在流量相同的情况下，速度控制避免了阀门控制下由于压头增加和管道阻力增加而造成的能量损失。当流量减少时，速度控制大大降低了压头，因此它只需要比阀门控制小得多的功率损失，可以充分利用。

2.3变速泵的效率分析

泵的效率特性曲线η-Q如图3所示。随着转速的降低，泵的高效段会向左移动。这说明调速方式仍然可以使泵在低速小流量时高效运行。

3 变频状态下供水方式研究

在多点多泵站组成的供水系统中，需要控制泵站出口的压头，以适应管网系统，达到更好的系统性能指标，可分为分为恒压供水、变压供水和变压供水不同时段。

3.1 恒压供水

保持泵站出口压力不变是系统的控制目标。在图 4 中，出口水头以 Hg 给出。

当流量Q变化时，扬程特性H1-Q因转速变化而上下移动，泵的工作点将在H=Hg直线（A、B、C、D）上水平移动. 这虽然满足了流量的要求，但由于管道阻​​力特性R变陡，造成能量浪费。

恒压供水系统实施更方便，易于与中大型管网系统配合多泵站供水。在恒压控制模式下变频器能耗管理，由于泵站出口压头保持不变，泵的并联特性与负载的实际特性存在一定差距，节能效果不理想与变压供水系统一样。

3.2 变压供水方式

为了节约能源，出口压力应随着流量的减少而尽可能的降低（至少不增加）。此时可采用泵站出口“变压供水”方式，如图5所示。图中，由于转速降低时扬程特性向下移动，在 C 点与管阻特性 R1-Q 相交，流量从 Qa 减少到 Qc（在恒压控制期间，将流量 Qc 设置为等于 QB）。变压控制形成较大的压差H=Hac，从而节约能源，如图5负线所示。变压供水降低了出口压头，

4 总结

经分析，在水泵负载调速过程中，变频器可以在供水模式下进行优化，达到了较好的节电效果。

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