浅谈水泵变频调速节能
摘要：水泵采用变频调速控制，节能效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。
本文就变频调速原理、水泵变频调速节能原理和节能效果方面，进行了一定
阐述，供大家参考。
关键词：节能；调速；变频器；水泵
1、引言
随着环境、能源形势的日益严峻，国际、国家的环境、能源政策法规越来越
严厉，近年来国家出台了一系列相关政策，鼓励各企事业单位采用低能耗产品，
采取积极手段进行节能技术改造。
据统计风机、水泵每年耗电量约占全国用电量的31%，占全国工业用电量的40%～45%。
这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中
的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择
得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。
因此，
搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。
特别是把用挡板
和节流阀调节风量、流量的控制改为转速控制，可节省大量电能。
2、变频调速的原理
交流异步电动机（以下简称电动机）的转速为
式中 n——电动机转速，r/min
n0——电动机同步转速，r/min
p——电动机极对数
s——转差率
f——电源频率，Hz
因此，电动机的调速可以概括为改变极对数，控制电源频率以及通过改变某
些参数如定子电压、转子电压等使电机转差率s发生变化等几种方式，这样交流
电机就有很多不同的调速方法。
其中变频器就是基于改变控制电源频率来对电机
进行调速。
3、水泵变频调速节能原理
在生产中，许多设备的能耗都与电机的转速有关，其中风机、水泵最为突出，这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件，如最大流量和扬程进行
选择的，但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多，如果所用的电
动机是不能调速的，通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会
造成很大的能量损耗，如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要
的流量减少时，电动机的转数降低，消耗的能量将会明显减少。
图1 水泵的特性曲线
图1为水泵调速时的特性（H－Q）曲线。
用阀门控制时，当流量要求从减小到，必须关小阀门。
这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从移到，扬程则从上升到，运行工况点从A点移到B点。
用调速控制时，当流量要求从减小到（这里=），由于阻力曲线不变，泵的特
性取决于转速。
如果把速度从（为工频对应的转速）降到（为频率对应的转速），运行工况点则从A点移到C点，扬程从下降到。
根据离心泵的特性曲线公式：
①
式中 P——水泵使用工况轴功率，kW
Q——使用工况点的水压或流量，
H——使用工况点的扬程，ｍ
r——输出介质单位体积重量，
η——使用工况点的泵效率
可求出运行在Ｂ点泵的轴功率和Ｃ点泵的轴功率分别为：
②
③
两者之差为：
ΔP＝－＝④
也就是说，用阀门控制流量时，有ΔＰ功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不
断关小，这个损耗还要增加。
而用转速控制时，根据离心泵的比例定律，流量Ｑ、扬程Ｈ、功率Ｐ和转速n之间有如下关系：
，，⑤
式中、、——转速为时泵的性能
、、——转速为时泵的性能
由⑤式可知，流量Ｑ与转速n的一次方成正比；扬程Ｈ与转速n的平方成正比；轴功率Ｐ与转速n的立方成正比。
如果不是用关小阀门的方法，而是把电机
转速降下来，那么随着泵的输出压头的降低，在输出同样流量的情况下，原来消
耗在阀门上的功率就可以全避免，从而获得④式中ΔP大小的节能效果，这就是
变频调速节能原理。
简单地说，就是在不装变频调速装置时，泵的出口排量靠出口阀调节，流量
小时，靠关小阀门调节，增加了管道阻力，使部分能量白白消耗在泵出口阀门上。
安装变频调速器后，可以降低泵的转速，泵的扬程也相应降低，电机的电耗也相
应降低，使原来消耗在泵出口阀上的能量，用变频调速方法得到了解决。
4、变频器节能效果分析
在某工程中有一台水泵额定流量为50m3/h，配套电动机的效率为93%，配套变频器的效率为96%，水泵年运行时间按三班制取5580小时计。
一年中水泵有25%时间为额定流量运行，60%时间为80%额定流量运行，15%时间为60%额定流
量运行，如表a所示。
该水泵性能曲线如图2所示，对应性能表如表b所示。
表a 水泵的运行模式
图2 水泵的特性曲线
表b 对应图2水泵性能曲线的性能表
1）变阀调节控制流量时
假设为100%流量的用电功率，为80%流量的用电功率，为60%流量的用电功率，查性能曲线或性能表可知：
年有功电能消耗量：
式中——年平均有功负荷系数，取0.75
P ——计算有功功率
T ——年实际工作小时数，按三班制取5580h
2）变频调节控制流量时，由式⑤知：
年有功电能消耗量：
节电率为
5、结语
在各生产企业中，泵类的应用广泛，而传统的调节方式导致运行效率低，造成巨大的能源浪费，在采用变频调速控制方式后将大大提高设备的运行效率，节能降耗，降低生产成本。
参考文献：
[1] 吴民强泵与水泵节能技术问答中国电力出版社 1998
[2] 化工厂公用设施设计手册化学工业出版社 1999
[3] 钢铁企业电力设计手册冶金工业出版社 1996
作者简介：
王超，男，1986-，四川成都，本科，西安工程大学，中级职称，供配电，武汉中科水生环境工程股份有限公司，湖北武汉。