水泵恒壓供水變頻器節(jié)能改造

1、水泵恒壓供水變頻器節(jié)能改造葉良祿提要：變頻器傳動(dòng)時(shí)要得到與工頻電源傳動(dòng)相同的轉(zhuǎn)矩特性，變頻器輸出電壓的基波有效值通常要等于工頻電源的有效值。因此，變頻器調(diào)速改造選型時(shí)要充分考慮電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性。摘要論述了水泵恒壓供水變頻節(jié)能改造的原理；變頻器的選型要點(diǎn)及容量計(jì)算：節(jié)電計(jì)算及運(yùn)行效果分析。關(guān)鍵詞變頻器電動(dòng)機(jī)改造一、引言動(dòng)能公司供水車間七泵房主要承擔(dān)著熱力車間老區(qū)3臺(tái)鍋爐和3臺(tái)汽機(jī)生產(chǎn)用水的供水任務(wù)。該系統(tǒng)共有水泵機(jī)組兩大兩小，大水泵機(jī)組型號(hào)為600s-32,額定流M3170mVh,揚(yáng)程32m,轉(zhuǎn)速970r,min,配套功率400府：配用電機(jī)為Y40056額是功率400kff,電壓6kV,額左電流

2、46.5A,轉(zhuǎn)速988r/min:小水泵機(jī)組型號(hào)為350s-44A,額泄流M1116m7h,揚(yáng)程36m,轉(zhuǎn)速1450r,min.配套功率160kW:配用電機(jī)為Y315L1Y,額宦功率160k肌電壓38OV,額楚電流289A,轉(zhuǎn)速1485r/mino根據(jù)平時(shí)用水情況來確宙機(jī)組的匹配數(shù)S和閥門開度，平時(shí)開一大一小，系統(tǒng)組管壓力偏高有富余，有時(shí)只需一臺(tái)大機(jī)，有時(shí)需要一大兩小，其中一臺(tái)小機(jī)的閥門開度僅為20%左右，系統(tǒng)癟壓情況較嚴(yán)重，壓力不穩(wěn)是。設(shè)備振動(dòng)厲害，給生產(chǎn)帶來很多不穩(wěn)宦的因素。系統(tǒng)的給水壓力和供水量整年呈現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過程。為此，于2005年初對該系統(tǒng)的兩臺(tái)小機(jī)組進(jìn)行了恒壓供水變頻節(jié)能改造

3、，改造后的供水系統(tǒng)完全滿足3臺(tái)鍋爐、3臺(tái)汽機(jī)的生產(chǎn)用水要求，同時(shí)節(jié)能效果也十分顯著。二、恒壓供水變頻節(jié)能的原理如圖1所示，當(dāng)水泵工作在曲線的A點(diǎn)時(shí)，其流量與壓力分別為Q1、p2,此時(shí)水泵所需的功率正比于p2打Q1的乘積。由于工藝要求需減小水量到Q2,通過增加管網(wǎng)管阻，使水泵的工作點(diǎn)移到曲線上的B點(diǎn)，水樂增大到P1,這時(shí)水泵所需的功率正比于P1與Q2的乘積，由圖可見這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單，但功率消耗并無減少。圖1水壓一流息帚性曲線若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)水泵轉(zhuǎn)速由nl下降到n2,這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2,壓力由p2降到p3,這時(shí)變頻調(diào)速后水泵所需的功率正比于p3*jQ2的乘積，由圖可

4、見功率的減少是明顯的。三、改造設(shè)計(jì)1 .調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)終端用戶生產(chǎn)工藝供水要求，考慮若干方面的因素，采用閉環(huán)調(diào)速控制(圖2)。系統(tǒng)主要由二部分組成：設(shè)定值圖2閉環(huán)調(diào)速控制原理框圖控制對象。電機(jī)功率16(0,額定電流289A:水泵配用功率160kW,流S1116m7h.揚(yáng)程36m«(2)變頻調(diào)速設(shè)備Q變頻器選用6SE6430-2UD42-OGBO適配電動(dòng)機(jī)功率200kW;PLC選fflS7-200CPU226:擴(kuò)展模塊EM235;操作而板選用PSW1711CTN(人機(jī)界面版本號(hào)V17-14-11)(3)壓力測量變送器(PT)。選用EJA430A-630SE/Sl-2Mpa。用于控

5、制水管出口壓力并將壓力信號(hào)變換為4s20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，再輸入調(diào)節(jié)器。2 .鼠籠型電動(dòng)機(jī)變頻改造設(shè)計(jì)(1)變頻器選型電機(jī)用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)同采用工頻電源運(yùn)轉(zhuǎn)相比，電機(jī)的效率、功率因數(shù)將降低，電流增加，對同一負(fù)載而言約增加10%,400V電壓等級(jí)頻率為50Hz和60Hz時(shí)有如下電流關(guān)系：1400/501400/60。電機(jī)變頻運(yùn)轉(zhuǎn)在50Hz時(shí)溫升裕S小，要降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩使用：當(dāng)電機(jī)極數(shù)4極時(shí)(如8極、10極等)，選擇變頻器容量要用電流來校核，即電動(dòng)機(jī)脈動(dòng)電流應(yīng)不超過變頻器的過電流耐量，1脈動(dòng)le電機(jī)負(fù)載很輕時(shí)，即使電機(jī)的電流在變頻器額定以內(nèi)，亦不能使用比電動(dòng)機(jī)容量小很多的變頻器。低速時(shí)，電機(jī)的銅耗大體與

6、額定時(shí)相同，但由于轉(zhuǎn)速越低，電機(jī)冷卻效果越差，是子的溫升會(huì)發(fā)生變化。因此，選擇變頻器時(shí)，要考慮在低速下使用電機(jī)的溫升，相應(yīng)減小運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩(電流)，降低銅耗。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在低頻區(qū)時(shí)，轉(zhuǎn)矩特性會(huì)大幅度降低。對于負(fù)載變動(dòng)大或啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的情況,可選用上一級(jí)電動(dòng)機(jī)與變頻器。要考慮電機(jī)允許最高頻率的范用。(2)容量的選擇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備所需的變頻器容量的計(jì)算，要考慮變頻器傳給電動(dòng)機(jī)是脈動(dòng)電流，其脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)電流要大，因此變頻器的容量須留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。此時(shí)，變頻器應(yīng)同時(shí)滿足以下條件：PCNAKPM,ncos(l)(1)ICNMKIM(2)式中PM-電動(dòng)機(jī)輸出功率，kWn-電動(dòng)機(jī)效率，取0.92cose-電動(dòng)機(jī)功

7、率因數(shù)，取0.92IM電動(dòng)機(jī)額宦電流，AK電流波形的修正系數(shù)，PWM方式取1.05S1.1PCN變頻器的額左容量，kV-AICN變頻器的額電流，A式中IM如果按電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流來選擇變頻器時(shí),變頻器的容量可以適當(dāng)縮小。根據(jù)以上條件確變頻器容量：PCNAL1X160/(0.92X0,92)=208kV-AICNML1X289=317.9A考慮到離心泵負(fù)載的具體情況，并參照廠家提供的產(chǎn)品選擇樣本確定變頻器的容量為232kV-Ao四、效果分析1-節(jié)能效果il算布能效果可按GB12497三相異步電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式計(jì)算：采用閥門調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入功率P1

8、V與流量口的關(guān)系為P1V=O.45+0.55(Q/QX)2Ple式中Pie-額左流呈時(shí)電動(dòng)機(jī)輸入功率，kffQN-額定流量，raVh節(jié)電率Ki為Ki=l(Q/QN)3/0.45+0.55(Q/QN)2低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行電壓410V,電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流245A,水泵電機(jī)功率160kW.極數(shù)4極、實(shí)際出力為55%s83%取Q/QN=0.69得Ki=l-(Q/QN)3/E0.45+0.55(Q/QX)2=l-0.693/(0.45+0.55X0.692)=0.5385Ple=l.732X410X245=174kWP1V=(O.45+0.55X0.692)XPle=0.7119X174=124kW變頻器調(diào)

9、速調(diào)節(jié)水量時(shí)相對閥門調(diào)節(jié)水量的節(jié)電率為0.5385c設(shè)備運(yùn)行每年按300天計(jì)算。年節(jié)電量超過48萬kWh。按電價(jià)0.50元/kW-h訃算，年節(jié)約電費(fèi)超過24萬元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益可觀。3 .設(shè)備運(yùn)行效果(1)變頻改造后，降低了電機(jī)的運(yùn)行電流、供水系統(tǒng)的壓力，改善了電機(jī)的溫升。(2)采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水，水泵電機(jī)為軟啟動(dòng)，且轉(zhuǎn)速普遍下降，減少了電機(jī)軸承的磨損和發(fā)熱及啟動(dòng)時(shí)電機(jī)突然加速造成系統(tǒng)的喘振。(3)系統(tǒng)操作簡便，同時(shí)因水泵出口閥全開，消除了閥門因節(jié)流而產(chǎn)生的噪聲，改善了工人的工作環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度。(4)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，參數(shù)超調(diào)波動(dòng)范用小，兩臺(tái)水泵可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)，無波動(dòng)切換。變頻器的加、減速可根

10、據(jù)工藝要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制精度高。五、幾點(diǎn)體會(huì)1 .變頻器的選型要合適，容量計(jì)算要準(zhǔn)確用變頻器對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速時(shí)，變頻器輸出的電壓、電流波形中含有諧波的影響，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)、效率將變差。變頻器傳動(dòng)時(shí)要得到與工頻電源傳動(dòng)相同的轉(zhuǎn)矩特性，變頻器輸出電壓的基波有效值通常要等于工頻電源的有效值。因此，變頻器調(diào)速改造選型時(shí)要充分考慮電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性。2 .電機(jī)的發(fā)熱問題對于水泵而言，使用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化到低速仍可滿定要求：但對恒功率負(fù)載，低速轉(zhuǎn)矩可能不能滿定要求，會(huì)發(fā)生電機(jī)過熱的不良清況。另外，變頻傳動(dòng)的電機(jī)啟動(dòng)及加速特性受到變頻器的過電流的制約，若啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，將變頻器的容量增大也是一種有效的方