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文档简介

水利工程论文-对SPWM变频调速应用技术中关于恒压供水主体方案的商榷摘要:自动化新技术丛书SPWM变频调速应用技术(张延滨编著)是一本非常好的书,但书中关于恒压供水主体方案的讨论一节的观点有待商榷,本文对恒压供水主体方案的确定举例进行了分析,并提出恒压供水主体方案确定应考虑系统的运行方式,经综合比较分析最终确定合理的方案。关键词:恒压供水变频控制主体方案商榷自动化新技术丛书SPWM变频调速应用技术(张延滨编著)是一本非常好的书,该书深入浅出的介绍有关变频器知识及应用,使读者对变频控制系统有了更全面的了解,但书中关于恒压供水主体方案的讨论一节的观点有待商榷,本文浅谈自己的观点,供同行一起讨论。1原文转述在SPWM变频调速应用技术中第226页中7.1.2关于恒压供水主方案的讨论一节中原文摘录如下:712关于恒压供水主体方案的讨论通常,在同一路供水系统中,设置两台常用泵,供水量大时开2台,供水量少时开1台。在采用变频调速进行恒压供水时,存在着一个用1台变频器还是2台变频器的问题,讨论如下:11台泵的变频调速方案这也是应用得较为普遍的方案。其控制过程是:用水少时,由变频器控制1号泵,进行恒压供水控制。当用水量逐渐增加,1号泵的工作频率达到50Hz时,将其电动机切换成由工频电源供电。同时,将变频器切换到2号泵上,由2号泵进行补充供水。反之,当用水量逐渐减少,即使2号泵的工作频率已降到0Hz,而供水压力仍偏大时,则关掉1号泵,同时迅速升高2号泵的工作频率,并进行恒压控制。此方案的主要特点是:(1)只用1台变频器,故设备投资少。(2)如果用水量恰巧在1台泵全速供水量的上下变动时,将会出现供水系统来回切换的状态。为了避免这种现象的发生,可设置压力控制的“切换死区”。举例说明如下:设所需供水压力为200Pa,则可设定切换死区范围为200Pa250Pa,控制的方式是,当1号泵的工作频率上升至50Hz时,如压力低于200Pa,则进行切换,使1号泵全速运行,2号泵进行补充。当用水量减少,2号泵已完全停止,但压力仍超过200Pa时,先暂不切换,直至压力超过250Pa时,再行切换。(3)本方案取用电功率的计算举例如下:设每台泵的拖动电动机容量为PMN=100KW,全速时的供水流量为QN。泵的空载损耗为P0=0.1100KW=10KW,且设在调速过程中,P0Const,则全速时实际用于泵水的功率为Pp=(100-110)KW=90KW。又设每天的平均总供水流量为140%QN,则1号泵为全速,其平均取用功率为PM1=PMN=100KW2号泵的平均转速为额定转速的40%,其平均取用功率为PM2=(10+0.4390)KW=15.8KW两台泵取用的总平均功率P为P=(100+15.8)KW=115.8KW22台泵的变频调速方案2台水泵的电动机都由变频器控制,或用2台变频器分别控制2台电动机,或用1台容量较大的变频器同时控制2台电动机。后者控制较为简单,但前者的机动性较强,即使一台变频器出了故障,另一台仍可使用,转为1台泵的变频调速方案。采用2台泵的变频调速方案的设备费用较高,但运行时的节能效果却要好得多。仍以上面的例子为例,计算如下。采用2台泵的变频调速方案时,供水流量可由2台水泵平均分担,则每台的平均供水流量为70%QN,每台电动机的取用电功率为PM1=(10+0.7390)KW=40.9KW2台水泵共用功率为P=40.92KW=81.8KW2商榷分析21基本相似关系当一台泵抽同一种液体仅转速不同时,可得出所谓“比例律”公式,即Q1Q2=n1n2-1H1H2=(n1n2)2-2N1N2=(n1n2)3-3式中N1、N2指水泵轴功率,此功率已包含了水泵的容积损失功率、机械效率损失功率、水力损失功率等。当水泵的转速改变后,水泵的其它工作参数也随着改变,一般来讲,水泵不允许在额定转速的基础上作升速运行,但降速运行是可以的,但也不应在临界转速之下长期运行。一般来讲降速范围在(60%-100%)额定转速范围内运行是安全稳定的,“比例律”也是准确的。已知转速为n的某泵QH性能曲线,如果把水泵的转速降至n1时,按比例律公式1与2可绘出Q1H1曲线,但在运用比例律公式时应注意,它们仅适用于同一条相似工况抛物线上的不同点。所以,当已知A1点(Q1H1)及n时,首先要求出通过A1点(Q1H1)工况的相似抛物线,此抛物线也通过转速为n1的A2点(Q2H2),按比例律公式进行计算求相似工况点的方法如下:根据比例律公式可得出H1Q12HQ2KHKQ2若已知A1点(Q1H1),则可求出K值,在Q-H曲线图上假定几个流量,就可作出HKQ2的相似工况抛物线,此曲线不但通过A1点(Q1H1),而且与水泵转速为n1的性能曲线相交于A2点(Q2H2)。但管道特性曲线与相似工况抛物线不是一回事,两者重合的可能性很小,故在实际应用时一定要注意概念的区分,以免发生错误。当QH需不变时,即某工程系统净扬程为H净,管道已确定时,见图一所示,其在不同转速下的运行工况点应为点A3(对应转速为n1)、点A1(对应转速为n),但点A1与A3由于工况不相似,故不能用相似律公式计算。点A3(对应转速为n1)与点A4(对应转速为n)才是相似的工况点,如果水泵在转速为n1下运行时,A3点是否在稳定运行区,要看对应的相似点A4是否在稳定运行区,如果A4点是水泵的稳定运行区,则A3点就是稳定运行区,否则就不是,在工程中选择设备时一定要注意运行工况范围,所选水泵的工况范围区间应包含A1和A4点,这样系统运行是稳定的、安全的和可靠的。不然就会使工程不能充分发挥效益,甚至造成不必要的浪费。图一水泵及管道性能曲线2.2边界条件分析在SPWM变频调速应用技术中的恒压供水主方案的讨论,对设置一台变频器与二台变频器系统所需的轴功率计算,忽略了边界条件,其边界条件是管道特性与工况相似抛物线完全重合的特殊情况,且系统不是恒压供水系统,应是图二所示的水平供水系统,当管道末端所需流量小时系统压力也小,管道末端所需流量大时系统压力也大的输水系统,且系统的净水位差为零,即管道特性曲线必须经过零流量点。在这样的前提下,书中的计算结果才是正确的,但书中的结论还不确切。2.3书中计算误区书中例子假如每天平均总供水流量为140%QN,则1号泵为全速,其平均取用功率为PM1=PMN=100KW,此刻的100KW为拖动电动机的容量,而不是水泵运行所消耗的轴功率,不能以此进行相似律的计算。参见图一,2号泵的平均转速为额定转速的40%,其所需功率不是15.8KW,因为消耗15.8KW功率所对应的工况点为水泵全速运行的工况点A1(Q1H1)的相似抛物线上对应的40%运行工况点A2(Q2H2),而对应40%额定流量下恒压运行的工况点应该是工况点A5(Q2H1),此点消耗的功率要比15.8KW大。恒压运行各转速下的工况点是压力为某一给定的数值,即水泵运行的点为一平行于Q轴的过A1(Q1H1)线上的点,而不能用管道特性曲线上的点或相似抛物线上的点来对应关系。同样采用2台变频调速的方案,则平均每台供水流量为70%Qr,则每台水泵所需功率图二输水系统示意图不是40.9KW,2台水泵共用功率也不是81.8KW了。2.4列例说明我们讨论问题的前提是恒压供水系统,在此前提下必须是恒压控制,那么在这种条件下选择一台变频还是两台变频,其节能效果确如书上所计算的那样吗?其经济技术的合理性到底怎样呢?同样我们以例子进行计算分析。系统各流量下水泵所需轴功率进行了计算,见表一。Q总(m3/s)1.1Qr1.2Qr1.3Qr1.4Qr1.5Qr1.6Qr1.7Qr1.8Qr1.9Qr一一台台变工频频变频泵Q0.0230.0460.0690.0920.1150.1380.1610.1840.207H45454545454545454520%42%58%71%76%81%83%83%82%P50.848.352.557.766.875.285.697.9111.4二台泵P轴(KW)176.2173.7177.9182.6192.2200.6211223.3236.8二台变频Q0.12650.1380.14950.1610.17250.1840.19550.2070.2185H45454545454545454579%81%82%83%83%83%82%82%82%P55.875.280.585.691.797.9105.2111.4117.6二台泵P轴(KW)111.6150.4161171.2183.4195.8210.4222.8235.2二台变频较一台变频对比节能(KW)64.623.311.911.48.84.80.60.51.6经济比较每天运行10小时计消耗电能(KWh)64623311911488486516每度电按0.8元计每年耗电费(万元)18.866.83.473.332.571.40.180.150.47一台变频控制装置设备价格(万元)202020202020202020预计收回成本年限136681411113343表一设置一台和二台变频器的技术经济比较表假设系统设二台12sh-9A泵,以此为例对恒压供水主体方案进行计算分析讨论,以更为直观地使大家判断出选择几台变频控制设备更为合理。设每台水泵在额定工况下Hr=45mQr=0.23m3/s水=81%P轴=125.4KW配套电动机P电动机=160KWn=1470r/min恒压变频控制压力整定为H=45m,分别对系统所需流量为1.1Qr、1.2Qr、1.3Qr、1.4Qr、1.5Qr、1.6Qr、1.7Qr、1.8Qr、1.9Qr进行计算水泵所需轴功率。当系统所需流量为1.1Qr即0.253m3/s时,分别对设置一台变频器、二台变频器方案进行计算。i)当设置一台变频器时,即一台工频运行,一台变频运行。变频运行的泵的流量为0.023m3/s,此时水泵扬程为Hr=45m水=20%P轴=50.8KW,二台泵的轴功率为176.2KW。ii)当设置二台变频器时,则二台泵同时进行变频运行。每台变频运行的泵的流量为0.1265m3/s,此时水泵扬程为Hr=45m水=73%P轴=76.5KW,二台泵的轴功率为153KW。其节能23.2KW。综合看二台变频装置确实节能,但节能效果不是象书中所述的那样,从表一可以看到,当系统

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