浅谈变频器在塔楼供水系统中的应用.doc

浅谈变频器在“中灿”小区恒压供水系统中的应用摘要：用变频器调速实现供水系统的恒压控制是人们非常熟悉的事情了。供水系统实现恒定压力控制不仅能够提高供水质量，满足人们生活的要求，同时还对整个供水系统的安全运行提供了重要的保障，有效的降低了 供水管线的跑、冒、滴、漏现象，从而明显降低了管网的维护成本。本文通过对 SIHF-15K 型变频器在“中灿”小区供水系统中的应用，从变频器的基本概念和变频器在供水系统中的工作原理以及节能等方面浅谈自己的一些认识。关键词：变频器 恒压供水 节能1. 引言：供水系统是现代人们生活密不可分的一部分，而供水系统的优劣直接影响到人们生活的质量。在较早前延用的传统供水系统主要是由高水位水箱、水塔等供水设施向用户提供水源，虽然水塔和水箱供水相对简单，但是都存在二次污染的问题而且造价也不低，因此近来使用变频器控制的恒压供水系统已成首选。2 变频器的基本概念：2.1 变频器：通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。其过程是 交-直-交 即把接入的市电通过变频器内部的整流电路变为直流电、再通过逆变电路把直流电变为电压频率可调的交流电。2.2 整流器：为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。 2.3 逆变器：把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。一般逆 变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。逆变电路的输出就是变频器的输出，所以逆变电路是变频器的核心电路之一,起着非常重要的作用。 2.4 VVVF: 意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。 (VVVF是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写) 2.5 再生制动的概念指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,这时电机的转速高于同步转速. 负载的能量分为动能和势能. 动能(由速度和重量确定其大小)随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到变频器侧，使直流侧的电压升高。这些能量可以通过变频器本身的发热消耗，如果不够的话，还需要用电阻发热消耗。 制动产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做功率返回再生方法。在实际中，这种应用需要能量回馈单元选件。 12.6 直流制动减速时，变频器对电机定子注入直流电，通过电机的发热来消耗能量， 改善制动效 果。直流制动也可以用于使电机在零速时停的稳一点，防止受外力作用而使电机转动。要注意制动时间和电压不要设的太大，防止电机过热。2.7怎样提高制动能力？ 为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。 为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用“制动电阻”、“制动单元”或“功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量。3. 变频器的工作原理：3.1 交流电动机的同步转速表达式位： n60 f(1s)/p (1) 式中：n异步电动机的转速； f异步电动机的频率； s电动机转差率； p电动机极对数。 由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 3.2中灿小区的恒压供水系统工作原理如图1所示。用户用水管网上的压力传感器（型号JYBY、量程01.6Mpa、供电24V、输出420mA）对用户的用水水压进行数据采样，并将压力信号转换为电信号，传输至变频器内置PID调节器，然后与用户设定的压力值进行比较和运算，并将比较和运算的结果转换为频率调节信号送至变频器；变频器据以调节水泵电机(型号：SIEMENS 3Mot 1LA7164-2AA91-Zuoo )的电源频率，进而调整水泵的转速。通过对变频泵转速的调节，将用户管网中的水压恒移稳于用户预先设计的压力值，使供水泵的水量与用户管网不断变化的用水量保持一致，达到“恒压供水”的目的。3.3 恒压供水控制系统的主电路图 （图2）运行方式为一备一用，通过转换开关实现变频自动、工频手动的控制方案。通过自动控制实现了无人值守，减少了人力。3.4 V/F 控制模式：对于常规的V/F控制（如图3），电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做转矩提升（如图4）。转矩提升功能是提高变频器的输出电压。在中灿小区就应用此模式。3.4 内置PID功能：PID控制功能，是指从外部变换器输入的模拟信号（420 mA,05V,010V）反馈输入到变频器，并取得与变频器设定频率指令之间的偏差，根据P（比例），I（积分），D（微分）进行控制，从而使负载一侧的动作跟随指令值变化的一种控制功能。在中灿小区供水系统中选用420 mA的模拟信号。设置PID控制功能，在负载变化的情况下，也能得到跟进指令值的稳定性。在恒压供水系统中就充分得到了验证。、 24 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法：4.1 变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。4.2 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。4.3 . 电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。4.4 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。5 节能：5.1V/F节能模式：在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。水泵都属于减转矩负载，即随着转速的下降，负载转矩与转速的平方成比例减小，而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体情况设置为有效或无效。5.2 变频自带软启动节能：在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收7倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可从0-电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的冲击，延长了设备的使用寿命。5.3 在中灿小区供水系统应用中做到了无人值守（只需巡视），这也节省了一笔人工费用。节能是相对的，中灿小区自建设起就使用变频恒压供水，故不存在具体的数据比较，但就理论而言本小区的节能效果可以从几方面来谈（1）由于采用变频恒压供水，系统恒压增强了系统的稳定性减少了管线的跑、冒、滴、漏等现象减少了此类问题而带来的损失。降低了维护成本。（2）由于采用变频技术，减少了启动电流对电网的冲击，节约了由于启动电机时所造成的7%左右的浪费，也减少了启动惯性对设备的冲击，延长了设备的使用寿命。6 使用变频器控制供水的优点：6.1 可方便的实现电机软启动、自由停车。电机均通过变频器或软启动从050HZ作缓慢加速启动，减少了机泵因突然高速启动所带来的影响，减少了直接启动时启动电流对电网的冲击；6.2 改善电动机电源质量，保证电动机的功率与实际负荷相匹配，达到系统节能运行的目的；6.3 可方便的实行自动控制，使被调节量得到更平稳的调节，曾强了系统的稳定性和可靠性； 36.4 有效降低了由于机泵突然起停给管网造成的水锤现象。6.5 噪音小，实践证明目前无论在白天还是深夜都无扰民现象。6.6 通过压力传感器检测管网压力反馈信号给变频器变频控制，使管网保持恒压状态。6.7 故障率低。在中灿小区供水系统应用中还未出现过由于变频器故障而造成停水案例。使用中要注意 保持变频器必须的工作环境，定期维护。7 常见故障分析： 7.1 过流故障：过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器。 7.2 过载故障：过载故障包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时