變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應用

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1、變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應用作者：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)濟效益和社會效益?！　￡P(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)是一項集現(xiàn)代先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高效節(jié)能技術(shù)。自80年代世界各國將其投入

2、工業(yè)應用以來，它顯示出了強勁的競爭力，其應用領(lǐng)域也在迅速擴展?，F(xiàn)在凡是可變轉(zhuǎn)速的拖動電機，只要采用該項技術(shù)就能取得非常顯著的節(jié)能效果。國家科委十分重視這一技術(shù)的推廣工作，已在1995年將其列入國家級重點推廣的科技成果項目?！　‰S著我國工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，電力工業(yè)雖然有了長足進步，但能源的浪費卻是相當驚人的。據(jù)有關(guān)資料報導，我國風機、水泵、空氣壓縮機總量約4200萬臺，裝機容量約1.1億千瓦。但系統(tǒng)實際運行效率僅為30～40%，其損耗電能占總發(fā)電量的38%以上。這是由于許多風機、水泵的拖動電機處于恒速運轉(zhuǎn)狀

3、態(tài)，而生產(chǎn)中的風、水流量要求處于變工況運行；還有許多企業(yè)在進行系統(tǒng)設(shè)計時，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。因此，搞好風機、水泵的節(jié)能工作，對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要意義。1水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理　　圖1為水泵調(diào)速時的全揚程特性(H－Q)曲線。用閥門控制時，當流量要求從Q減小到Q1，必須關(guān)小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大，阻力曲線從R移到R′，揚程則從H0上升到H1，運行工況點從A點移到B點?！　∮谜{(diào)速控制時，當流量要求從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，運行工況點則從A點移到C點，揚程從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——使用工況點的水壓或流量(m3/s)；　　　　　H——使用工況點的揚程(m)；　　　　　r——輸出介質(zhì)單位體積重量(kg/m3)；　　　　　η——使用工況點的泵效率(%)?！　】汕蟪鲞\行在B點泵的軸功率和C點泵的軸功率分別為：　　　　也就是說，用閥門控制流量時，有ΔP功率被損耗浪費掉了，且

5、隨著閥門不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時，根據(jù)流量Q、揚程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，而是把電機轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運同樣流量的情況下，原來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?！　∽冾l調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系：　　N＝60f(1－s)/p　　

6、　　　　　(6)　　式中：f——水泵電機的電源頻率(Hz)；　　　　　p——電機的極對數(shù)；　　　　　s——轉(zhuǎn)差率?！　∮?6)式可知，均勻改變電動機定子繞組的電源頻率f，就可以平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。電動機轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應減少，電動機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　　變頻調(diào)速器的控制可以是自動的，也可以是手動的。目前，國內(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改變變頻器的頻率值，以達到調(diào)速目的。本

7、水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計，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)控制對象：電機功率100kW，額定電流183A；水泵配用功率100kW，流量792m/h，軸功率80.3kW，揚程32.3m?！　?2)變頻調(diào)速器：選用FRN110/P9S－4，適配通用電動機功率110kW，額定容量160kVA，額定電流210A。一般用于連續(xù)運轉(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、電動機的額定電流?！　?3)壓力測量變送器(PT)：選用DLK100－OA/0－1Mpa。用于控制水管出口壓力，并將壓力信號變換為4～20mA的標準電信號，再輸入調(diào)節(jié)器?！　?4)調(diào)節(jié)器(PID)：選用WP～D905，輸入信號4～20mA，輸出為PID控制信號4～20mA?！　∠到y(tǒng)的控制過程為：由壓力測量變送器將水管出口壓力測出，并轉(zhuǎn)換成與之相對應的4～20mA標準電信號，送到調(diào)節(jié)器與工藝所需的控制指標進行比較，得出偏差。其偏