变频调速技术应用论文

1、变频调速技术应用论文 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

2、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

3、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

4、 PM1=PMN=100KW 2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=115.8KW 22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

5、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=40.9KW 2台水泵共用功率为 P=40.92KW=81.8KW 2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=n1n2-1 H1H2=(n1n2)2-2 N1N2=(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

6、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 H1Q12HQ2K HKQ2 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

7、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

8、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

9、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

10、。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）

11、1.1Qr 1.2Qr 1.3Qr 1.4Qr 1.5Qr 1.6Qr 1.7Qr 1.8Qr 1.9Qr 一一 台台 变工 频频 变 频 泵 Q 0.023 0.046 0.069 0.092 0.115 0.138 0.161 0.184 0.207 H 45 45 45 45 45 45 45 45 45 20% 42% 58% 71% 76% 81% 83% 83% 82% P 50.8 48.3 52.5 57.7 66.8 75.2 85.6 97.9 111.4 二台泵P轴(KW) 176.2 173.7 177.9 182.6 192.2 200.6 211 223.3 236

12、.8 二 台 变 频 Q 0.1265 0.138 0.1495 0.161 0.1725 0.184 0.1955 0.207 0.2185 H 45 45 45 45 45 45 45 45 45 79% 81% 82% 83% 83% 83% 82% 82% 82% P 55.8 75.2 80.5 85.6 91.7 97.9 105.2 111.4 117.6 二台泵P轴(KW) 111.6 150.4 161 171.2 183.4 195.8 210.4 222.8 235.2 二台变频较一台变频对比节能（KW） 64.6 23.3 11.9 11.4 8.8 4.8 0.6 0

13、.5 1.6 经 济 比 较 每天运行10小时计消耗电能（KWh） 646 233 119 114 88 48 6 5 16 每度电按0.8元计每年耗电费（万元） 18.86 6.8 3.47 3.33 2.57 1.4 0.18 0.15 0.47 一台变频控制装置设备价格（万元） 20 20 20 20 20 20 20 20 20 预计收回成本年限 1 3 6 6 8 14 111 133 43 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

14、Hr=45m Qr=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，当系统所需的流量在额定流量85%范围内运行，那么选择一台变频装置为经济合理；若系统运行流量变化很大，但在小流量下运行时间很短，那么也没有必要为此设置二