清華大學石兆玉 2013.11
同時，分析了變頻水幫浦組合執行的合理方案。
關鍵詞：水幫浦、變頻調速、功率、效率、節能
水幫浦的變頻調速，在空調、供熱系統中已廣泛應用，特別是在多幫浦系統（多熱源聯網，分布式輸配系統）中，變頻調速已成為工藝創新的必不可少的重要技術平台。但在變頻調速技術的應用中，目前，業內人員一直存在著不同的爭論：一種意見，認為變頻幅度不宜過大，否則效率降低，影響節能；還有的認為併聯水幫浦，宜同步變頻調節，不宜工頻、變頻混合調節；另外，在變頻調速過程中，如何應對特殊工況的出現？
所有這些實際問題的合理解決，對變頻調節技術在多幫浦系統中的應用都有重要意義。本文就上述爭論，闡述一些個人的看法，以期引起更深入的討論。
研究水幫浦變頻調速的節能效益，除了研究系統功率變化的因素外，還應該分析電機的效率、水幫浦的效率以及系統（電機與水幫浦）的效率，只有這樣，才能作出正確的判斷。
水幫浦的變頻調速，是通過與水幫浦連線的電動機進行電源頻率的調節實現的，若電機（水幫浦）的轉速為n，電機的電源頻率為f，則有以下的關係式：
n=60(1-s)f/p2-1）
式中，n—電動機轉速，轉/分(r/min)；
f—交流電源的頻率，hz；
p—電動機的磁極對數；
s—電動機的轉差率，%；
電動機的變頻調速就是根據上述的公式（2-1）的基本原理實現的。因頻率f與轉速n成正比關係，因此，只要電源輸入頻率發生變化，電機的轉速即相應跟著變化。在我國，電機在工頻下執行，其交流電源的頻率為50hz，當電機拖動水幫浦、風機執行時，其頻率一般在0—50hz之間調節。
在公式（2-1）中，s為電動機的轉差率，表示電動機定子旋轉磁場的轉速與轉子轉速n之間的轉差百分率，s由公式（2-2）表示：
s2-2）
在正常的運轉情況下， >n,一般s在5%左右。在電機啟動和調速的過程中s在之間變動。由於轉子必須在定子的旋轉磁場中切割磁力線，電機主軸才能轉動，因此，轉差率的存在是必須的。
電動機有多種調速方法。概括為有轉差損耗的調節方法和無轉差損耗的調節方法。由公式（2-3）可知：
2-3）
由於變頻調速（改變電源輸入頻率f）或變極調速（改變電機的磁極對數），不但電機轉速n變化，而且定子旋轉磁場的轉速也跟著變化，亦即在調速過程中轉差率s可近似看作不變，由於無轉差損耗，其調速效率比較高。相應的轉子串電阻調速，定子調壓調速等，由於只改變電機轉速n，不改變定子旋轉磁場的轉速n。，轉速愈低，轉差率s愈大，轉差損耗愈大，因而效率愈低。
電動機在運轉過程中，能量的損耗主要體現在鐵損（定子的鐵芯），銅損（定子、轉子的繞組）和機械磨損三方面[3]。其中鐵損佔17—30%，銅損佔58—60%，機械磨損佔10—25%。轉差損失，定子、轉子的電壓、電流、磁軌等引數變化引起的能量損失，也都最後反映在鐵損和銅損上。
為了提高電機效率，減少能量損失，除了改進鐵芯，繞組（銅）的材質，提高機械設計效能外，最主要的是改進各種調速方法。對於電機變頻調速，常常採用恆轉矩（u/f控制，即電壓與頻率比控制）、變頻調速法或平方轉矩變頻調速法。在採取上述各種節能措施的基礎上，對於水幫浦而言，當負載在50~100%，即頻率變動在25~50hz之間時，電機的效率可維持在94~96%之間[4]，因此，在變頻調速中電機效率變化不大。
水幫浦在變頻減速的情況下，效率是否降低？廊坊市安迪節能技術****進行了有益的研究工作，他們在「**熱網迴圈幫浦的特性與應用」 [5]一文中，詳談了有關的實驗研究。該實驗對迴圈幫浦（g=25，h=32m，n=4kw，額定電流7.
9a）在變頻調速（頻率f在50~30hz之間變動）下的各種工況進行了測試。根據各工況下電機的輸入電壓、電流和水幫浦的流量、揚程，依據如下公式（2-4）、（2-5）、（2-6），計算出水幫浦的效率η：
2-4）
2-5）
2-6）
式中，—水幫浦效率，%；
—電機輸入功率，kw；
—水幫浦輸出功率，kw；
—水幫浦的揚程，mh2o；
—水幫浦流量，;
—電機電流，a；
—電機電壓，v
—功率因數。
計算中，功率因數取值0.8，測試結果資料見表2-1，其變頻調速的工作特性曲線，效率曲線分別見圖2-1，圖2-2。應該指出：
在變頻調速的過程中，嚴格講，功率因數不完全是常數，應有一些變化。從更嚴謹角度考慮，採用功率因數表或功率表直接測量更為妥貼。
從測試結果看，水幫浦在工頻執行（頻率50hz）時，最高效率48%；45hz執行時，效率降為39.6%；40hz執行時，效率為32.2%；35hz時效率為24.
5%；30hz時，效率下降為16.2%（見表2.1，圖2-2）。
也就是說水幫浦轉速亦或流量下降40%（即頻率從50hz下降為30hz），水幫浦的效率下降為31.8%（從48%下降為16.2%），顯然降幅是比較大的。
廊坊安迪節能技術****有心做這樣詳盡的試驗，提供這麼多有說服力的資料，是非常難能可貴的，對行業的技術進步肯定有很大的幫助。但是也必須指出，上述資料，嚴格說，不只是水幫浦的效率資料，而應該是水幫浦加電機的共同效率資料，或稱為系統效率更為確切。因為用公式（2-5）計算出的功率，是電機的輸入功率，不是水幫浦的輸入功率。
真正稱之為水幫浦的輸入功率應該是電機輸出的軸功率（即電機的軸轉矩與轉速的乘積）。可惜目前所進行的實驗還沒有精細到這一步。但無論如何，上述試驗是很寶貴的，給出的系統效率（包含了電機的效率），對於節能效益的分析，有了科學依據。
「**熱網迴圈幫浦的特性及應用」一文，在分析系統效率下降之後，就直接判斷：變頻減速幅度不能過大否則系統不節能的結論，這是不嚴謹的。因為判斷系統是否節能，不光要分析系統效率的高低，而且要研究系統總功率的大小，只有這樣，得出的結論才是準確而科學的。
表2-1 變頻調速水幫浦各工況參數列
圖2-1 單台水幫浦變頻特性曲線圖2-2 變頻水幫浦的效率曲線
研究系統節能，除了分析水幫浦、電機的效率以外，還必須觀察系統的功率。而計算系統功率的大小，一條重要的環節，是確定水幫浦的工作點，以及工作點的變動情況。只有這樣，才能準確計算系統的功率和節能效益。
一般情況下，都選擇水幫浦在最高效率下執行。假定水幫浦（上述試驗水幫浦）在工頻狀態下執行的工作點為a1，此時流量為25，揚程為28m（見圖3-1）。若水幫浦在變頻調速過程中，系統管網不做任何調節，則管網阻力特性曲線（見公式（3-1））s1如圖3-1所示（此時公式中的s值，可由a1點的流量，揚程值計算可得，s=0.
0448），與f=40hz、f=30hz的水幫浦工作特性曲線分別相交於a2、a3點。在a2點執行，水幫浦的流量為20,揚程為17.9m，效率=32.
2%；在a3點執行，水幫浦流量15，揚程為10.1m，效率為=16.2%。
圖3-1 變頻水幫浦工作點曲線圖3-2 水幫浦的功率曲線
3-1）
在圖3-1中，a1、a2、a3點為水幫浦在不同的變頻調速下所對應的工作點。工作點是水幫浦工作特性曲線與管網阻力特性曲線的交匯點。從數學意義上分析，工作點，實際上就是水幫浦工作特性數學方程與管網阻力特性曲線數學方程的聯立解。
但水幫浦工作特性曲線的相關引數之間的關係過於複雜，很難用簡單的數學方程表示。通常都是採用實驗資料，描繪成工作曲線來表達。在數值分析計算時，往往再由工作特性曲線擬合成多項式方程來表達。
在工頻執行時，水幫浦的工作特性曲線是無法改變的，為了滿足系統需求的執行工況（特定的流量值），亦即確定需求的水幫浦工作點，往往必須改變管網的阻力特性。如圖3-1中，在工頻執行下，為滿足15流量的工況需求，工作點必須由a1點移至a3』點，採取的技術措施只能將管網阻力特性曲線s1向左移動（即增大管網阻力）變為阻力特性曲線s2。在實際工程中，實現這一目標的最常用方法，就是設定調節閥，增加節流阻力。
對於變頻調速水幫浦，為了實現15的流量需求，則是通過改變水幫浦轉速進而改變水幫浦工作特性曲線，來尋找工作點a3，而不再變化管網阻力特性曲線，在實現15的流量需求時，選擇a3點作工作點，與選擇a3』點作工作點，最大的區別，是前者輸出的水幫浦功率（圖3-1中oca315包圍面積）遠遠小於後者，其節能的數量可由圖3-1中的a3』a3cb所包圍面積表示。這是變頻調速水幫浦的最大優點。
變頻控制技術在注水幫浦節能改造中的應用
作者 劉化東 教育科學博覽 2013年第11期 摘要 注水幫浦是滿足油田注水，保證地層壓力的源裝置。注水耗電佔生產用電的百分比呈逐年上公升趨勢。開發油田注水系統節能技術和裝備一直是節能工作的重點之一。安裝高壓變頻調速裝置後，依據注水管網需要的壓力進行引數設定，自動調節注水量，既可節約大量電能又能降低...
鍋爐給水幫浦的變頻調速改造
3 改造方案 在制定改造方案時，曾提出2種方案 一是恆壓供水，通過變頻調速，使水幫浦的出口壓力略高於鍋爐汽包壓力，且為一恆定值，可使水幫浦出口壓力得以降低。但其出口壓力必須大於汽包的最大壓力，否則當鍋爐汽包壓力大於水幫浦出口壓力時，將無法保證鍋爐正常上水。當汽包壓力較低時，與水幫浦出口壓力的差值仍然...
交流變頻調速技術的優勢與應用
對於可調速的電力拖動系統，工程上往往根據電動機電流形式分為直流調速系統和交流調速系統兩類。它們最大的不同之出主要在於交流電力拖動免除了改變直流電機電流流向變化的機械向器 整流子。20世紀70年代後，大規模積體電路和計算機控制技術的發展，以及現代控制理論的應用，使得交流電力拖動系統逐步具備了寬的調速範...