带变频器的无级调整系统经济性计算（上）
带变频器的无级调速系统经济性计算（上）
如何证明泵控制系统的优势？为了提供证据，有必要了解影响因素及其重要性。对于与泵输出有关的泵系统的经济性，有这些：
1） 系统设计
2） 系统负荷随时间的分布
3） 泵
4） 来自电网的泵功率消耗
下面将更详细地说明这些因素是如何起作用的。
系统设计的影响
离心泵的工作点始终是系统特性曲线与泵特性曲线的交点。因此，所有控制方法都会改变泵和/或系统特性曲线。
系统特性曲线意味着系统的压力要求取决于流量。它总是包含由于流动阻力而随流量成二次方增加的动态分量。
然而，它也可能包含额外的静态分量，例如，静压头的差异或其它因素引起的压力差异 – 例如在泵送系统中（增压）。在循环系统中，系统特性曲线没有静态分量，因此从原点（H = 0）开始。在工程实践中，为了防止用户装置供给不足，必要的压力图位于系统曲线的上方。它的精确路径取决于所讨论的系统。
因此，工作点应沿其移动的受控运行曲线必须位于必要的压力线上或之上。
系统负荷随时间变化的影响
在最极端的情况下，离心泵系统的流量Q会在最大值和零之间波动。如果根据大小对一年内所需的流量进行排序，将会得到有序的年负荷持续时间曲线。它的精确路径取决于所讨论的系统，并且每年都可能有所不同。
图1显示了两种可能的图表。运行期越长，曲线下方的面积越小，可能节省的潜力就越大。
图1
负载曲线（示例）：泵设计用于100%流量。一年中很少需要此输出。大多数时候需要较低的流量。为了节省泵驱动功率，控制系统自动将泵转速与瞬时系统需求相匹配。
泵的影响
泵可以通过不同的方式影响通过泵控制实现的可能节省的程度：通过其特性曲线的路径、所需的不同电机规格和泵的设计。泵的输入功率取决于扬程梯度和泵的效率。一般来说，泵的特性曲线越陡，功率特性曲线就越平坦。
泵组的电机规格有影响，因为经验告诉我们，投资与电机规格之比随功率增加而下降。
在多台泵的系统中（如在我们的示例中有2台运行泵），经济性计算是按照以下章节中描述的相同方式进行的。
来自电网的泵功率消耗
在“变速泵特性曲线的换算”一文中，仅阐述了泵的不同输入功率要求（轴功率）。但是，如果想精确地确定节省的电驱动功率，以下关系也很重要：
1）定速运行（PE, u），电力消耗
在定速运行中，电机损耗增加了与泵轴功率（PW, u）相关的功耗。
2）变速运行（PE, g），电力消耗
变速运行中的功耗由轴功率PW, g加上变频器的损耗和电机损耗（电机损耗可能会略有增加，具体取决于变频器类型）确定。
变速运行产生的额外损失可以忽略不计，因为与定速运行相比，一旦流量降至约95 %以下，就可以实现省电（见图2）。
图2
节省电力
图中的阴影区域表明变速和定速运行时的绝对电功率损失几乎相同。在满负荷范围内，无级变速泵控制的较高损耗在部分负荷运行中得到补偿。
对于实际应用，没有必要详细确定功耗。根据所讨论的泵输入功率（轴功率）进行计算就完全足够了。这是因为，如图2所示，变速和定速运行中的绝对电力损耗几乎相同。
符号及含义
PW = 泵输入功率（轴功率）
PE = 电力消耗
u = 定速
g = 变速
△PE = 省电
三种系统有/无转速控制的比较
在以下的篇幅中，将比较有无转速控制的系统：
- Q-H图
- 泵输入功率曲线
- 节省图
所示系统为闭式循环系统。这些考虑和预测可以很容易地应用于开放式输送系统，例如供水系统和污水系统。
1）有/没有泵转速控制的节流装置
图3
图：Q-H曲线
额定流量、额定扬程和额定转速均标记为100%。泵的特性曲线是从额定转速开始以10%间距绘制的。系统特性曲线从Q-H图的原点开始，因为它是一个封闭的系统，它的路径是抛物线。系统抛物线的梯度取决于管网中的损失，因此也取决于用户装置的节流过程。泵允许的系统特性曲线的波动受最小和最大流量限制。
实际上，所需的压力曲线位于系统曲线之上。为防止用户装置（的损失造成）出力不足，泵压力必须始终高于该曲线。
图4
然而，出于水力和能源的原因，泵压力应该非常接近这个边界。这意味着运行点（系统特性曲线与泵特性曲线在所讨论转速下的交点）沿其移动的受控运行曲线应尽可能位于所需压力曲线之上。
图：泵输入功率
对于Q-H曲线，在额定流量和额定转速下，泵的输入功率设置为100%。与泵特性曲线一样，输入功率也以10%的转速间距绘制。
当工作点沿着受控运行曲线从设计点移动到较低的流量时，可以很容易地确定泵的相关轴功率。受控运行曲线与Q-H曲线图中所讨论的泵特性曲线的交点向下延伸，直到与转速对应的功率曲线在输入功率图中相交。所有交点都遵循相同的方法（得出）。
图5
然后，在泵输入功率图中将交点连接在一起，给出变速的轴功率要求。转速调节节省的轴功率介于该曲线和节流、定速运行时的输入功率之间。
图：节省
从泵输入功率图中发现的节省现在被转移。本图中已考虑了定速和变速运行时的电机效率，以及变速运行时的变频器效率。在额定流量下，节省量当然等于零，甚至为负，但在降低的流量下，节省量会显著增加。
图6
- 欢迎分享，待续 -