變頻器在污水處理過程中的應(yīng)用

1、沃森 VSI100 系列變頻器在污水處理過程中的應(yīng)用V1.0Application of Inverter to the Sewage Disposal Proces: 本文來自 2005 年月第 3 期“環(huán)保行業(yè)應(yīng)用”上，已經(jīng)被閱讀過 作 者 ： 沈陽理工大學(xué) 李 巖 趙亞威 段洪玲 摘 要 ： 本文分析了污水處理過程中， 將變頻器應(yīng)用于污水泵的節(jié)能原理， 蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的沃森變頻器作為污水泵變頻器件的設(shè)計(jì)方案。684 次提出了采用芬實(shí)踐證明采用沃森變頻器后， 污水處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定， 控制方便，節(jié)約能源，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì) 效益。英文摘要 ： waste water whi

2、ch adoptFinland to control the waste water pump. After adopting this system run steadily, save energy, be easy controlled economic benefits and community benefits.This paper analyses the principle of saving energy in the treatment ofhrough applying inverter to the waste water pump,and proposes the s

3、cheme沃森 inverter producted by the沃森 control system limited company of沃森 Frequency Converter,and has gained considerable關(guān)鍵詞： 沃森變頻器 污水處理 節(jié)能1 引言隨著人們對(duì)自身生活環(huán)境要求的不斷提高， 以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)， 國(guó)家和社會(huì)對(duì)各 種污染的治理越來越重視， 由于水是有限的不可再生資源， 所以對(duì)水污染的治理顯得更加重 要。城市的各種污水經(jīng)收集系統(tǒng)管道匯集到泵站，通過污水泵的提升、加壓，送給下一級(jí)泵站， 最后到達(dá)污水處理廠。 在一般情況下， 污水泵采用恒速交流電動(dòng)機(jī)拖

4、動(dòng)， 而污水流量卻是變 化的，為了保證污水的正常排放， 工人要在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常調(diào)節(jié)擋板或閥門開度大小來控制污水的 出水量。 這樣做不僅增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度， 而且有大量的電能浪費(fèi)在水泵閥門阻力的損失 上。因此就要求污水泵處于變工況運(yùn)行， 若利用變頻器進(jìn)行調(diào)速， 以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法 取代調(diào)節(jié)擋板或閥門， 則不僅可以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度還能達(dá)到節(jié)約電能目的， 對(duì)提高企業(yè)經(jīng) 濟(jì)效益具有重要意義。2 污水泵變頻控制節(jié)能原理2 1 水泵特性分析 根據(jù)離心泵特性曲線的有關(guān)公式：P=K1QH(1)Q=K2n(2)2H=K3n2(3)1）、（2）、（3）式得P=K4n5(4)由2P/Q=K6n2(5)式中： K2，

5、 K2，K3，K4，K6 為常數(shù)；P為泵機(jī)軸功率;Q為泵機(jī)流量；H為泵機(jī)揚(yáng)程；N為泵機(jī)轉(zhuǎn)速。（1）式說明在相同的軸功率下，若通過出口閥門調(diào)節(jié)泵機(jī)流量，將引起泵機(jī)揚(yáng)程的相應(yīng)改 變流量越小，揚(yáng)程變得越大，但實(shí)際排放污水時(shí)，由于揚(yáng)程是基本不變的，由此就產(chǎn)生了更 多的富余揚(yáng)程。（4） 式說明泵機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，若設(shè)法減少轉(zhuǎn)速，就可減小泵機(jī)軸功率，再由（1）可知,就可實(shí)現(xiàn)消除富裕揚(yáng)程，而保持流量不變。（5）式說明單位時(shí)間內(nèi)，排放每 m 3水能耗（即功耗）與轉(zhuǎn)速立方成正比，這說明在達(dá)到 實(shí)際排水揚(yáng)程的前提下，轉(zhuǎn)速越小，功耗越小。2. 2電機(jī)特性分析 根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的工作原理：I I60n = p

6、f（1-s）式中：f為電機(jī)的電源頻率；p為電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)； s為轉(zhuǎn)差率。由于電機(jī)的s和p為常數(shù)，所以由（6）式可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源的頻率有固定的正比例關(guān) 系。2. 3節(jié)能原理由電機(jī)特性分析可知，均勻改變電機(jī)供電頻率f，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變泵機(jī)的轉(zhuǎn)速；結(jié)合泵機(jī)特性分析，降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少， 泵機(jī)軸功率就相應(yīng)減少，功耗（單位時(shí)間內(nèi)排放第 m3污水的耗電量）也相應(yīng)減少。這就是變頻 器控制污水泵的節(jié)能原理。另外，污水泵起動(dòng)時(shí)的急扭和突然停機(jī)時(shí)的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動(dòng)或破裂， 嚴(yán)重的可能造成電機(jī)的損壞，肯泵機(jī)起動(dòng)和停止時(shí)需通過開啟和關(guān)閉閥門來減小水錘的影 響

7、，如此操作不但工作強(qiáng)度大 ，而且難以滿足工藝的需要。污水泵采用變頻器調(diào)速以后，可 以根據(jù)工藝的需要，實(shí)現(xiàn)泵機(jī)的軟啟和軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在流量不大的情況下，可以降低泵機(jī)的轉(zhuǎn)速， 這樣不僅避免了水泵長(zhǎng)期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，造成的電機(jī)過早的老化，而且變頻的軟啟動(dòng)大大的減小泵機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械的沖擊，也具有節(jié)能的作用。3. 污水泵變頻控制設(shè)計(jì)變頻器選用沃森電氣有限公司生產(chǎn)的VSI100系列變頻器作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行單元。沃森VSI100系列變頻器是高性能矢量控制通用變頻器。它具有如下特點(diǎn)：（1）采用先進(jìn)的矢量控制算法，對(duì)電機(jī)磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行解耦控制，配合電機(jī) 參數(shù)設(shè)定，動(dòng)態(tài)

8、補(bǔ)償負(fù)載波動(dòng)， 能實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，具有極高的穩(wěn)速精度和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，能滿足各類高性能場(chǎng)合的傳動(dòng)控制要求。（2）多種擴(kuò)展卡滿足用戶需要。（3）內(nèi)置RS-485接口，通過擴(kuò)展板可以接入符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的ModBus控制系統(tǒng)，滿足日后組網(wǎng)要求。（5）瘦長(zhǎng)、節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，安裝靈活，集成了RFI濾波器能夠滿足工業(yè)等級(jí)防護(hù)要求。系統(tǒng)被控對(duì)象為3臺(tái)45KW水泵電機(jī)，保留每臺(tái)電機(jī)的原工頻啟動(dòng)作備用，另外變頻控制， 兩者通過機(jī)械聯(lián)鎖，即保證了泵機(jī)的政黨運(yùn)轉(zhuǎn)，又便于系統(tǒng)的維修。液位測(cè)量變送器用于測(cè) 量集水池液位信號(hào)變換成 420MA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，供給沃森變頻器。圖1所示為沃森變頻器控制泵機(jī)的結(jié)構(gòu)框

9、圖。圖1沃森變頻器控制泵機(jī)結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)集水池進(jìn)水量增大時(shí)，液位測(cè)量?jī)x發(fā)出的液位上升信號(hào)，并將此信號(hào)通過電信號(hào)形式傳送給沃森變頻器， 使變沃森變頻器輸出的頻率增大，水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升， 出水量也相應(yīng)地增大，從而保持了集水池液位的相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)進(jìn)水量較小時(shí)僅起動(dòng)水泵電機(jī)1,隨著進(jìn)水量的增大（由液位測(cè)量?jī)x的檢測(cè)信號(hào)來反映），變頻器輸出頻率逐漸上升，從而使水泵出水量也相應(yīng)地增大，至泵機(jī)1滿負(fù)荷仍不能滿足液位要求時(shí)，泵機(jī)1轉(zhuǎn)達(dá)為工頻運(yùn)行狀態(tài)， 同時(shí)起動(dòng)水泵電機(jī) 2進(jìn)入變頻工作狀態(tài)，若還不能滿足液位控制要求，則將水泵電機(jī)1、2都轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，泵機(jī)3進(jìn)入變頻工作狀態(tài)。同理，當(dāng)進(jìn)水量不斷降低時(shí)，系統(tǒng)使水泵電動(dòng)機(jī)逐

10、臺(tái)從工頻切換至高頻運(yùn)行狀態(tài)，直至使其停止工作。各水泵電動(dòng)機(jī)采用先入先出的工作次序，3臺(tái)水泵交替工作如圖 2所示（圖中L為出水量，T為時(shí)間）。根據(jù)集水池實(shí)際液位波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)定滿量程液位高度為6m,設(shè)定液位上限的報(bào)警值為5.8m,液位下限的報(bào)警值 0.8m,高液位水泵電機(jī)工頻/變頻起動(dòng)切換值為4.0m,低液 位水泵電機(jī)工頻起動(dòng)切換值為2.0m。每一水位區(qū)間可線性對(duì)應(yīng)變頻器輸出的2050Hz，當(dāng)水位低于液位下限的報(bào)警值0.8m時(shí)為了保證泵機(jī)正常運(yùn)作，不發(fā)生諧振，變頻器輸出不再隨水位的下降而線性降低，而是輸出20 Hz不變，因此變頻器的最低輸出功率為20 Hz。圖23 臺(tái)泵機(jī)交替工作示意圖4. 結(jié)束語污水處理過程中，污水泵在使用沃森變頻器控制以后， 不但免去了許多繁瑣的人工操作 ，降低了不安全隱患因素