變頻器在恒壓供水上的應用

摘要：本文分析了供水處理過程中，將變頻器應用于水泵的節(jié)能原理，提出了采用申甌變頻器作為水泵變頻器件的設計方案，采用申甌變頻器后，供水系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
在一般情況下，水泵采用恒速交流電動機拖動，而用水量卻是變化的，為了保證水池的正常供水，工人要在現(xiàn)場經(jīng)常調(diào)節(jié)擋板或閥門開度大小來控制水泵的抽水量，或者將水池中用不完的水白白流掉。這樣做不僅增大了工人的勞動強度，而且有大量的電能浪費在水泵閥門阻力的損失上。因此就要求水泵處于變工況運行，若利用變頻器進行調(diào)速，以調(diào)節(jié)電動機轉(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強度，還能達到節(jié)約電能目的，對提高企業(yè)經(jīng)濟效益有重要意義。

　　水泵變頻器控制節(jié)能原理

　　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)

　　H=K3n2 (3)

　　由（1）、（2）、（3）式得：

　　P=k4n3 (4)

　　P/Q=K5n2 (5)

　　式中：K1，K2，K3，K4，K5為常數(shù)：

　　P為泵機軸功率；

　　Q為泵機流量；

　　H為泵機揚程；

　　n為泵機轉(zhuǎn)速。

　　（1）式中說明在相同的軸功率下，若通過出口閥門調(diào)節(jié)泵機流量，將引起泵機揚程的相應改變，流量越小，揚程變得越大，但實際抽水時，由于揚程是基本不變的，由此就產(chǎn)生了更多的富余揚程。

　　（4）式說明泵機軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，若設法降低轉(zhuǎn)速，就可以減小泵機軸功率，再由（1）可知，就可實現(xiàn)流量或揚程的自由調(diào)節(jié)。

　?。?）式說明單位時間內(nèi)，排放每m3 水能耗（即功耗）與轉(zhuǎn)速立方成正比，這說明在達到實際供水流量前提下，轉(zhuǎn)速越小，功耗越小。

　　2、電機特性分析

　　根據(jù)交流電動機的工作原理：

　　n=60p.f(I-s)（6）

　　式中：f為電機的電源頻率；

　　p為電機的磁極對數(shù)；

　　S為轉(zhuǎn)差率。

　　由于電機的S和P為常數(shù)，所以（6）式可知電機的轉(zhuǎn)速與電源頻率有固定的正比例關(guān)系。

　　3、節(jié)能原理

　　由電機特性分析可知，均勻改變電機供電頻率F，就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速，從而改變泵機的轉(zhuǎn)速；結(jié)合泵機特性分析，降低電動機轉(zhuǎn)速，電動機輸入功率也隨之減少，泵機軸功率就相應減少。這就是變頻器控制水泵的節(jié)能原理。

　　另外，水泵起動時的急扭和突然停機時的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動或破裂，嚴重的可能造成電機的損壞，水泵采用變頻器調(diào)速以后，可以根據(jù)工藝的需要，實現(xiàn)泵機的軟啟和軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在用水量不大的情況下，可以降低泵機的轉(zhuǎn)速，這樣不僅避免了水泵長期工作在滿負荷狀態(tài)，造成的電機過早的老化，而且變頻器的軟啟動大大減小泵機啟動時對機械的沖擊，也具有節(jié)能的作用，其節(jié)電率一般在15%-40%左右。

　　水泵變頻控制設計

　　變頻器選用申甌變頻器作為就頻調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行單元。申甌變頻器是高性能空間電壓矢量控制通用變頻器。

　它具有如下特點：

　　32位DSP電機控制專用微處理器，高精度頻率輸出。

　　新穎的功率累計功能，觀察節(jié)能效果更直觀方便。

　　獨特時間累計功能，可以顯示單次通電運行時間，累計運行時間。

　　內(nèi)置RS-485接口，可計算機聯(lián)網(wǎng)控制。多信號輸入，內(nèi)置簡易PLC，自動化控制更方便。

　　參數(shù)交互功能，設定方便。

　　載波頻率可調(diào)，靜音運行。

　　控制方式多樣化，通用性強。

　　內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能，閉環(huán)控制簡單。

　　低速額定轉(zhuǎn)矩輸出，運行穩(wěn)定。

　　鍵盤操作方便，可在運行時在線調(diào)整和設定有關(guān)參數(shù)

　　內(nèi)置剎車單元，快速停車。

　　風扇的運行狀態(tài)可以控制，調(diào)度和運行更簡易方便。

　　多樣的變頻器運行狀態(tài)參數(shù)顯示，對控制信號和負載有關(guān)情況一目了然。

　　系統(tǒng)被控對象為1臺30KW水泵電機，保留電機的原工頻啟動單元，另加變頻控制，兩者通過機械電氣聯(lián)鎖，既保證了泵機的正常運轉(zhuǎn)，又便于系統(tǒng)的維修，液位測量變送器用于測量水池液位，并將液位信號變換成4~20mA標準電信號，供給SOB-V600變頻器。

　　當工廠用水量增大時，水池水位則相應的下降，液后測量變送器將液位下降以電信號的形式傳送給SOB-V600水池供水變頻器，使SOC- V600變頻器輸出頻率相應地增大，水泵電機轉(zhuǎn)速上升，供水量也相應地加大，從而保持了水池液位的相對穩(wěn)定。反之，則變頻器輸出頻率降低，以保持水池水位不再上升。

　　4、結(jié)束語

　　水泵在使用了SOB-V600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，并且使系統(tǒng)始終處于節(jié)能狀態(tài)運行，延長了設備的使用壽命，減小了維修工作量和維修頻率，還可以實現(xiàn)電機的軟啟動，使起動電壓降低，減小對電網(wǎng)的大電流沖擊，更好地適應了生產(chǎn)需要。而且申甌變頻器具有豐富的內(nèi)部控制功能，可以很方便地與其他控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。因此，在供水處理過程中使用變頻器具有很好的應用價值和推廣價值。