變頻調(diào)速在動(dòng)力設(shè)備中應(yīng)用技術(shù)

1、供水系統(tǒng)由定頻到變頻的技術(shù)改造變頻調(diào)速在動(dòng)力設(shè)備中的應(yīng)用摘要：介紹了水泵供水系統(tǒng)由定頻到變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的節(jié)能原理、基 本工 作原 理及 系統(tǒng) 的 控制 過程 ，并且 針對(duì) 實(shí) 際應(yīng)用 中應(yīng) 注意 的 問題 進(jìn)行了歸納總結(jié)。關(guān)鍵詞 ：變頻 水泵 節(jié)能 調(diào)速技術(shù)一 、 概 述某 公 司 自 來(lái) 水 由 公 司 自 建 凈 水 站 由 三 臺(tái) 水 泵 供 應(yīng) ， 一 臺(tái) 45KW 水 泵 和二 臺(tái) 22KW 水泵，它 們交替 運(yùn)行 為廠 區(qū)及 生活 區(qū)供 水，用 水 量大 時(shí) ，開 一 臺(tái) 45KW 水 泵 或 二 臺(tái) 22KW 水 泵 ，供 水 量 小 時(shí) ，開 一 臺(tái) 22KW 水泵，由于用戶

2、 24 小時(shí)用水量不斷變 化，僅僅靠調(diào)節(jié)電機(jī)的數(shù)量來(lái) 調(diào) 節(jié) 水 量 ，不 便 操 作 。并 且 靠 調(diào) 節(jié) 電 機(jī) 的 數(shù) 量 來(lái) 調(diào) 節(jié) 水 量 變 化 幅 度 太 大，與 用水量的變化幅度達(dá)不到協(xié)調(diào)一致，為保障 供水，經(jīng) 常會(huì)出現(xiàn) 用 水 量 小 時(shí) ，水 泵 滿 負(fù) 荷 工 作 ，浪 費(fèi) 大 量 電 能 。因 此 ，搞 好 水 泵 的 節(jié) 能工作，對(duì)股份公司的發(fā)展具有重要意義。二、供水供水流程公司供水從凈水站經(jīng)三臺(tái)供水泵分二路向公司供水，一路為經(jīng)廠 區(qū)水塔，再 向公司供水，另 一路為經(jīng)廠區(qū)管道直接 向公司供水，廠 區(qū) 水 塔 并 聯(lián) 在 廠 區(qū) 管 網(wǎng) 中 ，用 水 低 峰 期 ，凈

3、水 泵 向 水 塔 補(bǔ) 水 ，用 水 高 峰 期，凈水站與水塔同時(shí)向管網(wǎng)補(bǔ)水，保證公司的正常用水。三、水泵 變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理1. 變頻供水系統(tǒng)概述公 司 凈 水 站 變 頻 控 制 系 統(tǒng) 以 水 塔 水 位 為 參 考 點(diǎn) ，水 塔 水 位 最 高 為 35 米，最低水位為 30 米， 當(dāng)水塔水 位達(dá)到 35 米時(shí)，控制信號(hào)傳至 凈 水 站 ， 二 臺(tái) 并 聯(lián) 小 功 率 水 泵 電 機(jī) 變 頻 減 速 ； 當(dāng) 水 塔 水 位 降 至 30 米 時(shí)，控 制信號(hào)傳至凈水站，二 臺(tái)并聯(lián)小功率水泵電 機(jī)變頻加速；當(dāng) 水塔水位降至30米時(shí)，還繼續(xù)下降，手動(dòng)啟動(dòng)另一臺(tái)大功率水泵，同 時(shí)二臺(tái)小功率

4、水泵停運(yùn)。整套變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交 流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元及微處理單元等組成。2. 變頻器的工作原理我們知道，三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：n=（ 1 s） 60f/p（ 1）式中 n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f 三相電源的頻率；s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式上式可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s為常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速n與頻率f 成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變 電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào) 速手段。3. 性能比較及節(jié)能原理水泵電機(jī)變頻前后，性

5、能曲線如下：HHbHa管路曲線R'r管路曲線RaHaHc管路曲線Rc /性能曲纟性能曲線1層20Q1 Q2Q1 Q2閥門調(diào)節(jié)功耗（圖1）變速調(diào)節(jié)功耗（圖2）圖1為水泵用閥門控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q2減小到Q1，必須關(guān)小閥門。這時(shí)閥門的磨擦阻力變大，管路曲線從R移到R',揚(yáng)程則 從 Ha 上 升 到 Hb ， 運(yùn) 行 工 況 點(diǎn) 從 a 點(diǎn) 移 到 b 點(diǎn) 。圖2為調(diào)速控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q2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n降到n'，性能曲 線由1下降到2,揚(yáng)程則從Ha下降到到He ,運(yùn)行工況點(diǎn)從a點(diǎn)移到 c點(diǎn)。根據(jù)離心泵的特性曲線公式

6、：P= QH 丫 /102 n式中：P 水泵使用工況軸功率（KW ）Q 使用工況點(diǎn)的流量（m3/s）H 使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程（m）Y 輸出介質(zhì)單位重量體積（kg/ m3 ）n 使用 工況點(diǎn)的泵效率水泵在a點(diǎn)的軸功率和在e點(diǎn)的軸功率分別為：Pa= Q 2H a 丫 /102 nPe = Q 1 H e 丫 /102 n所以a點(diǎn)與e點(diǎn)的軸功率差為： P= Pa Pc=（Q2Ha-QlHc） 丫 /102 n上式表明， 用 閥門控制流量時(shí)， 有? P 功率被損耗掉了， 并且隨 著閥門不斷關(guān)小， 損耗量不斷增加。當(dāng)采用變頻調(diào)速控制時(shí)，流量Q、揚(yáng)程H及轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系如 下：Q / Q=n/n '?

7、H /H =（ n/n ' ） 2P /P = （ n/n ' ） 3從上式可以看出，流量 Q 與轉(zhuǎn)速 n 的一次方成正比；揚(yáng)程 H 與轉(zhuǎn) n 的二次方成正比；軸功率 P 與轉(zhuǎn) n 的三次方成正比。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)，那么在同樣流量的情況下，原來(lái)消耗在閥門上的功率就可以全 避免，從而獲得比較大的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)能的原理。4. 變頻調(diào)速的基本原理變頻調(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=(1-s)60f/p式中：f水泵電機(jī)的電源頻率p 電機(jī)的極對(duì)數(shù)s 轉(zhuǎn)差率由上式可知，在轉(zhuǎn)差率 S

8、 變化不大的 情況下，可以 認(rèn)為調(diào)節(jié)電 動(dòng) 機(jī) 定子電 源 頻率 時(shí)，電 動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速 n 大致隨之成正比，若均 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)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn)速 變慢，軸 功率 就相應(yīng)減小，電 動(dòng) 機(jī)功率也隨 之減小，這 就 是水 泵 變頻 調(diào)速 節(jié)能 作用 。四、水泵 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在 交流異步電 動(dòng)機(jī) 的 各種調(diào) 速 方法中 ， 變頻 調(diào)速 是異步電 動(dòng) 機(jī) 的 一種比較理想的 調(diào)速方法， 其調(diào)速性能最好， 效率 最高。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， 即人為的 根據(jù)工藝或外界條件來(lái)改變 變頻 器的 頻

9、率 值，以 達(dá)到調(diào)速目 的 。根據(jù)公司現(xiàn)有的 供水情況， 凈水 站供水泵 也采用開環(huán)調(diào)速 控制， 變 頻調(diào)速控制系統(tǒng)如圖 3 所示：22KW45KW22KW圖3 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)圖（1）主控制器：二臺(tái)水泵電機(jī)M2、M3功率各為22KW ,水泵流量為100m3/h，另一臺(tái)水泵電機(jī) M1為 45KW，水泵流量為150 m3/h。工作時(shí)，由主控制器根據(jù)水位信號(hào)控制二臺(tái)小流量泵與一臺(tái)大流量泵交替工作；高峰期開大流量泵M1 ,低峰期開二臺(tái)小流量泵M2、M3變頻調(diào)速。（2）主電路控制部分：控制電路有接觸器、熱繼電器、控制按鈕等 組成。（3）變頻調(diào)節(jié)部分：選用二臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)二臺(tái)22KW電動(dòng)機(jī)。變頻器主要構(gòu)成

10、如下：50Hz交流電圖 4 變頻器主要構(gòu)成(4) 信號(hào)傳送部分：將水塔水位信號(hào)通過變頻器，將信號(hào)變換為4 20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào) ， 再輸入調(diào)節(jié)器， 通過 外部 信號(hào) 對(duì)變 頻 器進(jìn) 行啟停控制。五、凈水 站運(yùn)行效果分析凈 水站水泵 電機(jī)自 裝上變 頻 調(diào)速器 后， 節(jié)能 效果非常顯著 ， 并且 工 藝環(huán) 境穩(wěn) 定， 具體 效果如 下：a) 節(jié)能效果顯著，水 泵電機(jī)采用變 頻 調(diào)速技術(shù)后，提高了電機(jī)的 功率數(shù)，較 少了無(wú)功功率。根 據(jù)記載：采 用變 頻 調(diào)速技術(shù)后一 年凈水站用電量為 317712KWh ，而 往年( 變頻 改造前)一年， 凈 水 站 用 電 量 為 378648KWh ， 一

11、 年 期 共 節(jié) 約 電 能 約 60739 KWh ，按 工廠目前電價(jià)計(jì)算年節(jié)約費(fèi)用約 5.3 萬(wàn)元，節(jié) 能效率 達(dá) 到 16.1% 。b) 采用 變 頻調(diào) 速技術(shù)后， 在用水 低峰期， 水塔 水位 達(dá)到高 限位 35 米后， 電源頻率下降， 電機(jī)電流下降， 水 泵出水量減少， 電機(jī)水泵運(yùn)行狀況明顯改善，噪 音降低，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽 命，降 低了設(shè)備的維修費(fèi)用。同 時(shí)，由 于變頻 器啟動(dòng)和調(diào)速平 穩(wěn)，在 整個(gè) 轉(zhuǎn)速 范圍 內(nèi)，電 網(wǎng)的 功 率因 數(shù)都 可以 保持 較高 的值 ， 并可實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和停車。c) 采用變頻 調(diào)速技術(shù)后，由于水泵出口閥全開，消除了閥門因節(jié) 流而 產(chǎn)生 的噪 音 ， 也 改善 了員 工的 工作 環(huán)境 。d) 變頻 調(diào)速控制精度高，故障檢測(cè)診斷