變頻調(diào)速在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.doc

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1、變頻調(diào)速在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用本文介紹水泵變頻調(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?，F(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。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

2、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)。用調(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。根據(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（%

3、）?？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：ＰＢ＝Ｑ１Ｈ１ｒ／１０２η２　ＰＣ＝Ｑ１Ｈ２ｒ／１０２η３　兩者之差為：Δρ＝ＰＢ－ＰＣ＝Ｑ１Ｈ１－Ｈ２?。颍保埃拨牵煟础∫簿褪钦f(shuō)，用閥門控制流量時(shí)，有ΔＰ功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨著閥門不斷關(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

4、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　式中：ｆ——水泵電機(jī)的電源頻率（Ｈｚ）；ｐ——電機(jī)的極對(duì)數(shù)；由(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(kāi)環(huán)狀態(tài)下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化

5、來(lái)改變變頻器的頻率值，以達(dá)到調(diào)速目的。本水泵變頻調(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。系統(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倍電動(dòng)機(jī)的額定電流。(3)壓力測(cè)量變

6、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。其偏差值由調(diào)節(jié)器按預(yù)先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算得出調(diào)節(jié)信號(hào)，該信號(hào)直接送到變頻調(diào)速器，從而使變頻器將輸入為３８０Ｖ／５０Ｈｚ的交流電變成輸出為０～３８０Ｖ／０～４００Ｈｚ連續(xù)可調(diào)電壓與頻率的交流

7、電，直接供給水泵電機(jī)。3運(yùn)行效果分析水泵電機(jī)裝上變頻調(diào)速器后，節(jié)能效果非常顯著，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，比未裝變頻器節(jié)約５３％左右的電能，而且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。(1)節(jié)能效果非常顯著，采用變頻調(diào)速技術(shù)后，提高了電機(jī)的功率因數(shù)，減少了無(wú)功功率消耗。月平均節(jié)約電能３１９１８kw．ｈ，月平均節(jié)電率為５３％，按目前工業(yè)電價(jià)０．６７元／kw．ｈ計(jì)，每月可以產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益２萬(wàn)余元，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。(2)采用變頻調(diào)速技術(shù)后，電機(jī)定子電流下降６４％，電源頻率下降４０％，水泵出水壓力降低５７％，于電機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速普遍下降，電機(jī)水泵運(yùn)行狀況明顯改善，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，降低了設(shè)備的維修費(fèi)用。同