變頻調(diào)速技術在水泵控制系統(tǒng)中的應用

1、變頻調(diào)速技術在水泵控制 系統(tǒng)中的應用 Orga nize en terprise safety man ageme nt pla nning, guida nee, in spect ion and decisi on- mak ing, en sure the safety status, and unify the overall pla n objectives 編制： 審核： 時間： 變頻調(diào)速技術在水泵控制系統(tǒng)中的 應用 簡介：該安全管理資料適用于安全管理工作中組織實施企業(yè)安全管理規(guī)劃、指導、檢查和決策 等事項，保證生產(chǎn)中的人、物、環(huán)境因素處于最佳安全狀態(tài)，從而使整體計劃目標統(tǒng)一，行動

2、 協(xié)調(diào)，過程有條不紊。文檔可直接下載或修改，使用時請詳細閱讀內(nèi)容。 變頻調(diào)速（Variable Velocity Var idbleFrequency 節(jié)能技術是 一項集現(xiàn)代 先進電力電子技術和計算機技術于一體的高效節(jié)能技術。自80年 代世界各國將其投入工業(yè)應用以來，它顯示出了強勁的競爭力， 其應用領域也在迅速擴展?，F(xiàn)在凡是可變轉速的拖動電機，只要 采用該項技術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。 隨著我國工業(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)有矢資料報導，我國風 機、水

3、泵、空氣壓縮機總量約4 2 0 0萬臺，裝機容量 約1.1億千 瓦。但系統(tǒng)實際運行效率僅為3 04 0%,其損耗電能占總發(fā)電量的 3 8%以上。這是由于許多風機、 水泵的拖動電機處于恒速運轉狀態(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tt（H- Q）曲線。用閥 門控制時，當流量要求從Q減小到Q1,必須矣小閥門。這 時閥門 的磨擦阻力變大，阻力曲線從R移到R,揚程則從H

4、 0上升到H1, 運行工況點從A點移到B點。 用調(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，泵的特性取決于轉速。如果把速度從N10 0 降到N8 0，運行工況點則從A點移到C點，揚程從H0下降到 H2。 根據(jù)離心泵的特性曲線公式： P=QHr/102n 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吏用工況點的揚程（m）; r輸出介質(zhì)單位體積重量（kg/m3； n使用工況點的泵效率（）。 可求出運行在B點泵的軸功率和C點泵的軸功率分別 為： PB=QlHlr/102n2 PC=QlH2r/102n 3 兩者之差為： Ap=PB-PC=Ql H1-

5、H2 r/102n 也就是說，用閥門控制流量時，有AP功率被損耗浪費掉 T，且隨著閥門不斷矢小，這個損耗還要增加。而用轉速控制 時，根據(jù)流量Q、揚程H、功率P和轉速N之間的矣系，有： 由（5）式可知，流量Q與轉速N的一次方成正比；揚程H 與轉速N的平方成正比；軸功率P與轉速N的立方成正 比，即功 率與轉速成3次方的矢系下降。如果不是用矣小閥門的方法，而 是把電機轉速降下來，那么在轉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。 變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機工作原理中的轉速笑 系： N=60f1-s /p 6 式中：

6、f水泵電機的電源頻率（Hz）； p電機的極對數(shù)； 由（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速。電動機轉速變慢， 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 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，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。本水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設計，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。

7、 系統(tǒng)主要由四部分組成： (1) 控制對象：電機功率10 OkW,額定電流18 3A;水泵配用功率10 OkW,流量792m/h,軸功 率 8 0.3kW,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11 OkW,額定容量16 OkVA, 額定電流210A 一般用于連續(xù)運轉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 機的額定電 流。 (3) 壓力測量變送器(PT):選用DLK100-0 A/0 IMpa 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WPD 9

8、 0 5,輸入信 號42 OmA, 輸出為PID控制信號420mA。 系統(tǒng)的控制過程為：由壓力測量變送器將水管出口壓力測 出，并轉換成與之相對應的420mA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。其偏差值由調(diào)節(jié)器按 預先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進行運算得出調(diào)節(jié)信號，該信號直接送到變 頻調(diào)速器，從而使變頻器將輸入為3 8 0V/50HZ的交流電變成輸出為03 80V/ 0400Hz連續(xù)可調(diào)電壓與頻率的交流電，直接供給水 泵電機。 3運行效果分析 水泵電機裝上變頻調(diào)速器后，節(jié)能效果非常顯著，經(jīng)過實 測，比未裝變頻器節(jié)約5 3%左右的電能，而且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。采 用變頻調(diào)速器前后實測的有

9、矢數(shù)據(jù)如表1、表2所示。 從表中數(shù)據(jù)對比結果分析可知： 節(jié)能效果非常顯著，采用變頻調(diào)速技術后，提高了電機的 功率因數(shù)，減少了無功功率消耗。月平均節(jié)約電能3 19 18kW.h,月 平均節(jié)電率為53%,按目前工業(yè) 電價0.67元/kW.h計，每月可以 產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益2萬余元，具有明顯的經(jīng)濟效益。 采用變頻調(diào)速技術后，電機定子電流下降64%,電源頻率下降 4 0%,水泵出水壓力降低5 7%。由（上接第3 9頁） 于電機水泵的轉速普遍下降，電機水泵運行狀況明顯改善， 延長了設備的使用壽命，降低了設備的維修費用。同時，由于變 頻器啟動和調(diào)速平穩(wěn)，減少了對電網(wǎng)的沖擊。 采用變頻調(diào)速技術后，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，改善了工人的工作環(huán)境。同時，克服了平 常因調(diào)節(jié)閥故障對生產(chǎn)帶來的影響，具有顯著的社會效益。 系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，參數(shù)超調(diào)波動范圍小，偏差能及時進 行控制。變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動調(diào)節(jié)，控制精 度高，能保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和口產(chǎn)量。 由于變頻調(diào)遠器具有十分靈敏的故障檢測、診斷、 數(shù)字顯示功能，提高了電機水泵運行的可靠性。 綜上所