变频调速技术在水泵控制系统中的应用

1、变频调速技术在水泵控制 系统中的应用 Orga nize en terprise safety man ageme nt pla nning, guida nee, in spect ion and decisi on- mak ing, en sure the safety status, and unify the overall pla n objectives 编制： 审核： 时间： 变频调速技术在水泵控制系统中的 应用 简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策 等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动

2、 协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 变频调速（Variable Velocity Var idbleFrequency 节能技术是 一项集现代 先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。自80年 代世界各国将其投入工业应用以来，它显示出了强劲的竞争力， 其应用领域也在迅速扩展。现在凡是可变转速的拖动电机，只要 采用该项技术就能取得非常显著的节能效果。国家科委十分重视 这一技术的推广工作，已在1995年将其列入国家级重点推广的科 技成果项目。 随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进 步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有矢资料报导，我国风 机、水

3、泵、空气压缩机总量约4 2 0 0万台，装机容量 约1.1亿千 瓦。但系统实际运行效率仅为3 04 0%,其损耗电能占总发电量的 3 8%以上。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。 1水泵调速运行的节能原理 图1为水泵调速时的全扬程特tt（H- Q）曲线。用阀 门控制时，当流量要求从Q减小到Q1,必须矣小阀门。这 时阀门 的磨擦阻力变大，阻力曲线从R移到R,扬程则从H

4、 0上升到H1, 运行工况点从A点移到B点。 用调速控制时，当流量要求从Q减小到Q1,由于阻力 曲线R不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从N10 0 降到N8 0，运行工况点则从A点移到C点，扬程从H0下降到 H2。 根据离心泵的特性曲线公式： P=QHr/102n 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（m3/s； H吏用工况点的扬程（m）; r输出介质单位体积重量（kg/m3； n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： PB=QlHlr/102n2 PC=QlH2r/102n 3 两者之差为： Ap=PB-PC=Ql H1-

5、H2 r/102n 也就是说，用阀门控制流量时，有AP功率被损耗浪费掉 T，且随着阀门不断矢小，这个损耗还要增加。而用转速控制 时，根据流量Q、扬程H、功率P和转速N之间的矣系，有： 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，即功 率与转速成3次方的矢系下降。如果不是用矣小阀门的方法，而 是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗 在阀门的功率就可以全避免，从而获得图1中BC区域大小的节能 效果，这就是水泵调速节能原理。 变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速笑 系： N=60f1-s /p 6 式中：

6、f水泵电机的电源频率（Hz）； p电机的极对数； 由（6）式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率 f,就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢， 轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变 频调速的节能作用。2水泵变频调速控制系统的设 计 变频调速器的控制可以是自动的，也可以是手动的。目前， 国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态 下即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率 值，以达到调速目的。本水泵变频调速控制系统设计，根据工厂 生产工艺上所需冷却水供水要求，考虑若干方面的因素，采用闭 环调速控制。本水泵变频调速控制系统原理框图如图2所示。

7、 系统主要由四部分组成： (1) 控制对象：电机功率10 OkW,额定电流18 3A;水泵配用功率10 OkW,流量792m/h,轴功 率 8 0.3kW,扬程 32.3m。 (2) 变频调速器：选用FRN110/P9S 4, 适配通用电动机功率11 OkW,额定容量16 OkVA, 额定电流210A 一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的 基本方法是：变频器额定输出电流大于1.1倍电动 机的额定电 流。 (3) 压力测量变送器(PT):选用DLK100-0 A/0 IMpa 用于控制水管出口压力并将压力信号变换为4 20mA的标准电信号再输入调节器 (4) 调节器(PID):选用WPD 9

8、 0 5,输入信 号42 OmA, 输出为PID控制信号420mA。 系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测 出，并转换成与之相对应的420mA标准电信号，送到调节器与 工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按 预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变 频调速器，从而使变频器将输入为3 8 0V/50HZ的交流电变成输出为03 80V/ 0400Hz连续可调电压与频率的交流电，直接供给水 泵电机。 3运行效果分析 水泵电机装上变频调速器后，节能效果非常显著，经过实 测，比未装变频器节约5 3%左右的电能，而且生产工艺稳定。采 用变频调速器前后实测的有

9、矢数据如表1、表2所示。 从表中数据对比结果分析可知： 节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的 功率因数，减少了无功功率消耗。月平均节约电能3 19 18kW.h,月 平均节电率为53%,按目前工业 电价0.67元/kW.h计，每月可以 产生直接经济效益2万余元，具有明显的经济效益。 采用变频调速技术后，电机定子电流下降64%,电源频率下降 4 0%,水泵出水压力降低5 7%。由（上接第3 9页） 于电机水泵的转速普遍下降，电机水泵运行状况明显改善， 延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用。同时，由于变 频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。 采用变频调速技术后，由于水泵出口阀全开，消除了阀门 因节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平 常因调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会效益。 系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进 行控制。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精 度高，能保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和口产量。 由于变频调遠器具有十分灵敏的故障检测、诊断、 数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。 综上所