變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

《變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用作者：金傳偉毛宗源2009/6/38:32:08關(guān)鍵詞：?變頻調(diào)速技術(shù)?變頻調(diào)速?控制系統(tǒng)?調(diào)速器?軸功率　　摘　要：?介紹了水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的節(jié)能原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及節(jié)能效果。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明：水泵采用變頻調(diào)速控制，節(jié)能效果顯著，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。　　關(guān)鍵詞：?變頻器水泵節(jié)能調(diào)速技術(shù)　　變頻調(diào)速(VariableVelocityVariableFrequency)節(jié)能技術(shù)是一項(xiàng)集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高效節(jié)能技術(shù)。自80年代世界各國(guó)將其投入

2、工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，它顯示出了強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力，其應(yīng)用領(lǐng)域也在迅速擴(kuò)展。現(xiàn)在凡是可變轉(zhuǎn)速的拖動(dòng)電機(jī)，只要采用該項(xiàng)技術(shù)就能取得非常顯著的節(jié)能效果。國(guó)家科委十分重視這一技術(shù)的推廣工作，已在1995年將其列入國(guó)家級(jí)重點(diǎn)推廣的科技成果項(xiàng)目?！　‰S著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，電力工業(yè)雖然有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但能源的浪費(fèi)卻是相當(dāng)驚人的。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，我國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)總量約4200萬(wàn)臺(tái)，裝機(jī)容量約1.1億千瓦。但系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率僅為30～40%，其損耗電能占總發(fā)電量的38%以上。這是由于許多風(fēng)機(jī)、水泵的拖動(dòng)電機(jī)處于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀

3、態(tài)，而生產(chǎn)中的風(fēng)、水流量要求處于變工況運(yùn)行；還有許多企業(yè)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，容量選擇得較大，系統(tǒng)匹配不合理，往往是“大馬拉小車”，造成大量的能源浪費(fèi)。因此，搞好風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能工作，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。1水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理　　圖1為水泵調(diào)速時(shí)的全揚(yáng)程特性(H－Q)曲線。用閥門控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q減小到Q1，必須關(guān)小閥門。這時(shí)閥門的磨擦阻力變大，阻力曲線從R移到R′，揚(yáng)程則從H0上升到H1，運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)?！　∮谜{(diào)速控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q減小到Q1，由于阻力曲線R不變，泵的特性取決于

4、轉(zhuǎn)速。如果把速度從N100降到N80，運(yùn)行工況點(diǎn)則從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從H0下降到H2?！　「鶕?jù)離心泵的特性曲線公式：　　P＝QHr/102η　　　　　　　(1)　　式中：P——水泵使用工況軸功率(kW);　　　　　Q——使用工況點(diǎn)的水壓或流量(m3/s)；　　　　　H——使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程(m)；　　　　　r——輸出介質(zhì)單位體積重量(kg/m3)；　　　　　η——使用工況點(diǎn)的泵效率(%)?！　】汕蟪鲞\(yùn)行在B點(diǎn)泵的軸功率和C點(diǎn)泵的軸功率分別為：　　　　也就是說(shuō)，用閥門控制流量時(shí)，有ΔP功率被損耗浪費(fèi)掉了，且

5、隨著閥門不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，根據(jù)流量Q、揚(yáng)程H、功率P和轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系，有：　　　　由(5)式可知，流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比；揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比；軸功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速成3次方的關(guān)系下降。如果不是用關(guān)小閥門的方法，而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來(lái)，那么在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況下，原來(lái)消耗在閥門的功率就可以全避免，從而獲得圖1中BC區(qū)域大小的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)能原理。　　變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系：　　N＝60f(1－s)/p　　

6、　　　　　(6)　　式中：f——水泵電機(jī)的電源頻率(Hz)；　　　　　p——電機(jī)的極對(duì)數(shù)；　　　　　s——轉(zhuǎn)差率?！　∮?6)式可知，均勻改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源頻率f，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。2水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)　　變頻調(diào)速器的控制可以是自動(dòng)的，也可以是手動(dòng)的。目前，國(guó)內(nèi)在水泵控制系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術(shù)，大部分是在開環(huán)狀態(tài)下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化來(lái)改變變頻器的頻率值，以達(dá)到調(diào)速目的。本

7、水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)工廠生產(chǎn)工藝上所需冷卻水供水要求，考慮若干方面的因素，采用閉環(huán)調(diào)速控制。本水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示?！　∠到y(tǒng)主要由四部分組成：　　(1)控制對(duì)象：電機(jī)功率100kW，額定電流183A；水泵配用功率100kW，流量792m/h，軸功率80.3kW，揚(yáng)程32.3m?！　?2)變頻調(diào)速器：選用FRN110/P9S－4，適配通用電動(dòng)機(jī)功率110kW，額定容量160kVA，額定電流210A。一般用于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的混合的變頻器容量選擇的基本方法是：變頻器額定輸出電流大于1.1倍

8、電動(dòng)機(jī)的額定電流?！　?3)壓力測(cè)量變送器(PT)：選用DLK100－OA/0－1Mpa。用于控制水管出口壓力，并將壓力信號(hào)變換為4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，再輸入調(diào)節(jié)器?！　?4)調(diào)節(jié)器(PID)：選用WP～D905，輸入信號(hào)4～20mA，輸出為PID控制信號(hào)4～20mA。　　系統(tǒng)的控制過(guò)程為：由壓力測(cè)量變送器將水管出口壓力測(cè)出，并轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，送到調(diào)節(jié)器與工藝所需的控制指標(biāo)進(jìn)行比較，得出偏差。其偏