水泵变频节能控制设备发展与研究

【摘 要】水泵是一种输送液体或使液体增压的机械，被广泛应用于供水、土木、建筑、水利、化工、石油、冶金等多个领域，是现代生产与生活必不可少的机械。在水泵中应用变频节能技术，具有极高的经济价值与社会价值。本文就水泵变频节能控制设备发展现状进行了探讨，有利于理清水泵变频节能控制设备发展的不足，更好的把握水泵变频节能控制设备研发方向。

【关键词】变频节能；水泵变频；控制设备；发展研究

0 引言

水泵是输送液体或使液体增压的机械，被广泛应用于生产生活的各个领域，包括城市供水、污水系统、土木建筑、农田水利、石油化工、矿山冶金、轻工业等，在国民经济生产与人民生活中起着极为重要的作用。水泵的性能参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等，不同的应用场所对水泵的要求不同。同时，由于液体输送或液体增压需求呈现出一定的随机性，在传统应用中往往取最大液体输送量或最大液体增加量来选择水泵，造成水泵长期存在较大余量，不仅使得水泵效率低下且造成大量能源浪费。水泵变频节能控制设备即是均匀改变水泵工作频率，根据实际需求调节水泵能力以降低能源消耗的一类设备。

1 水泵变频节能控制设备发展现状

1.1 早期水泵变频节能控制设备

在早期，水泵变频节能控制设备主要采用交变频技术，应用交变频节能控制设备，水泵主电路开关器一直处于自然断开状态不存在换流问题，因此通常采用晶闸管来实现变频节能功能。目前，交变频节能控制设备的技术较为成熟，在国内还在很多领域广泛应用。采用这类技术，水泵变频节能控制设备需要大量晶闸管，系统结构复杂、维护较为困难，同时这类系统采用移相控制，功率因数较低，往往还需要进行无功补偿和加设滤波装置，性价比不高，正渐渐退出实践应用领域。

1.2 中压变频节能控制

中压变频节能控制设备也是较早出现的一种控制技术，这种技术采用交―直―交变频模式，虽然实质上还是一种低压变频技术，但在电网和水泵两端则是高压，仅只在中间环节采用低压的方式，不过这种方式依然存在结构复杂、电流大、可靠性差的问题，不过技术较为成熟，在一定程度上替代了早期的交变频节能控制设备，还在被广泛使用。近年来，随着直接中压变频技术的发展，消除了传统交直中压变频节能技术的低压环节，成为当前变频节能控制设备发展的主流，正逐步取代传统变频节能控制设备。

1.3 逆变器控制技术

在早期水泵变频节能控制设备中，多采用MOSET、GTR、GTO等自关断元件作为逆变器元件，其中以GTR应用较为普遍。不过，GTR在成本、输出谐波、变频节能策略等方面，越来越不能适应水泵变频节能的需要，一种新型晶体管――IGBT被研发出来并迅速推广，IGBT全称为绝缘栅双极晶体管，是电压型双极复合元器件，具有MOSET和GRT的优点，在变频损耗、变频速度、输入阻抗、电流容量、稳定性方面都具有极高的水平，是一种低想的变频节能控制元器件，能广泛应用于大、中、小功率范围的变频器之中，正迅速取代传统变频节能控制设备，成为变频节能控制设备应用的主流。

2 水泵变频节能控制设备发展方向

2.1 模块化

模块化是未来水泵变频节能控制设备发展的主要方向。目前水泵变频节能控制设备模块化水平还远远不足，仅有一些企业推出了模块化变频节能控制器，而且模块化程度还不高。变频节能控制设备模块化，有利于降低变频节能控制设备生产成本，提高产品适应能力，提高产品的功能拓展能力。当前，水泵变频节能控制设备已经有了模块化发展的趋势，并有了相应的研究成果，在未来还将不断提升水泵变频节能控制设备的模块化水平，构建起主控模块、扩展模块、功率模块等为一体的变频节能控制设备模块化体系，根据用户需求灵活的选择主控模块、功能模块、扩展模块进行组合，并且满足用户在生产过程中需求发生变化时的适应能力，这既能有效降低水泵变频节能设备的生产成本，也能有效降低期使用成本。

2.2 集成化

目前，水泵变频节能控制设备容量越来越大，体积越来越小，性能越来越高，尤其随着微电子技术与半导体技术的发展，变频节能控制设备正向多功能化、集成化方向发展，不断突破传统变频节能控制设备的领域。尤其是AISC的应用技术和应用水平的不断提升，变频节能控制设备的控制算法更为先进，能进行更多的性能扩充。此外，在实践应用中，用户的需求也在不断变化，这也将推动变频节能控制设备集成化发展，与信息技术、通讯技术、微电子技术等紧密结合，发展出功能更为丰富的变频节能控制设备。如西门子公司在近年就提出了全集成自动化平台概念，将通讯、设计、数据管理集成为一体，在变频节能控制设备中集成变频器、伺服装置、控制器、通讯装置，并嵌入全集成自动化系统模式构建起驱动系统、通讯系统、数据管理系统为一体，内置多种应用软件的集成化变频节能控制设备。

2.3 智能化

当前，变频节能控制设备已经有了智能化的倾向，出现了可利用PC机完成频率设定、参数设定、状态给定、在线监测、远程诊断的变频节能控制设备。不过整体来说，当前变频控制设备智能化水平还有所不足，需要大量人工干预。在工业自动化发展的需求下，客户对变频节能控制设备智能化程度的要求将不断提高，这必将推动计算机技术与变频节能控制设备的深度结合，促进变频节能控制的智能化控制和智能化保护。如根据调制策略智能输出电压、根据编码实现不同传动调速需求、根据自我诊断保护方案完成相关检测保护动作等等，这几个方面都将成为变频节能控制设备智能化发展的主要内容。

3 结束语

水泵变频节能控制设备对降低能源消耗，提高生产效能有着极为重要的意义，能带来巨大的经济效益与社会效益。当前，水泵变频节能控制设备已经有了较为成熟的发展，但还有很多不足的地方，不能满足用户全方位的需求。在未来，水泵变频节能控制设备将不断向模块化、集成化、智能化方向发展，以获得更高的应用价值。

【参考文献】

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