变频调速技术在水泵控制系统中的应用

1、安全技术变频调速技术在水泵控制系统中的应用 随着我国工业生产的快速进展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的铺张却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约4200万台，装机容量约1.1亿千瓦。但系统实际运行效率仅为3040%，其损耗电能占总发电量的38%以上。这是由于很多风机、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;还有很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'，造成大量的能源铺张。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的进展具有重要意义。 1水泵调速运行的节能原理 用阀门掌握时，当流

2、量要求从Q减小到Q1，必需关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从R移到R，扬程则从H0上升到H1，运行工况点从A点移到B点。 用调速掌握时，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。假如把速度从N100降到N80，运行工况点则从A点移到C点，扬程从H0下降到H2。 依据离心泵的特性曲线公式： P=QHr/1021 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使用工况点的扬程(m); r输出介质单位体积重量(kg/m3; 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=Q1H1r/1022 PC=Q

3、1H2r/1023 两者之差为： =PB-PC=Q1H1-H2r/1024 也就是说，用阀门掌握流量时，有P功率被损耗铺张掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速掌握时，依据流量Q、扬程H、功率P和转速N之间的关系，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次方的关系下降。假如不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的状况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避开，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依据沟通电动机工作原理中的转速关系：

4、 N=60f1-s/p6 式中：f水泵电机的电源频率(Hz); p电机的极对数; 由(6)式可知，匀称转变电动机定子绕组的电源频率f，就可以平滑地转变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应削减，电动机输入功率也随之削减。这就是水泵变频调速的节能作用。 2水泵变频调速掌握系统的设计 变频调速器的掌握可以是自动的，也可以是手动的。目前，国内在水泵掌握系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地依据工艺或外界条件的变化来转变变频器的频率值，以达到调速目的。本水泵变频调速掌握系统设计，依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，采纳闭环调速掌握。本水泵变频调速掌握系统原

5、理框图如图2所示。 系统主要由四部分组成： (1)掌握对象：电机功率100kW，额定电流183A;水泵配用功率100kW，流量792m/h，轴功率80.3kW，扬程32.3m。 (2)变频调速器：选用FRN110/P9S-4，适配通用电动机功率110kW，额定容量160kVA，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-OA/0-1Mpa。用于掌握水管出口压力，并将压力信号变换为420mA的标准电信号，再输入调整器。 (4)调整器(PID)：选用WPD905，输入信号42

6、0mA，输出为PID掌握信号420mA。 系统的掌握过程为：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，送到调整器与工艺所需的掌握指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调整器按预先规定的调整规律进行运算得出调整信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为380V/50Hz的沟通电变成输出为0380V/0400Hz连续可调电压与频率的沟通电，直接供应水泵电机。 3运行效果分析 水泵电机装上变频调速器后，节能效果特别显著，经过实测，比未装变频器节省53%左右的电能，而且生产工艺稳定。采纳变频调速器前后实测的有关数据如表1、表2所示。 从表中数据对比结果分析可知

7、： (1)节能效果特别显著，采纳变频调速技术后，提高了电机的功率因数，削减了无功功率消耗。月平均节省电能31918kW.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。 (2)采纳变频调速技术后，电机定子电流下降64%，电源频率下降40%，水泵出水压力降低57%。由(上接第39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，降低了设备的修理费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，削减了对电网的冲击。 (3)采纳变频调速技术后，由于水泵出口阀全开，消退了阀门因节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平常因调整阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会效益。 (4)系统采纳闭环掌握，参数超调波动范围小，偏差能准时进行掌握。变频器的加速和减速可依据工艺要求自动调整，掌握精度高，能保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。 (5)由于变频调速器具有非常灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行的牢靠性。 综上所述，变频调速技术用于水泵掌握系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺平安