變頻器在雙泵并網(wǎng)恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

0 引言

變頻調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使世界范圍內(nèi)的電氣傳動控制領(lǐng)域發(fā)生了根本性的變革，而變頻器以其優(yōu)越的調(diào)速性能和節(jié)能優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。我公司大水池供水設(shè)備中配有兩臺水泵，功率為22 kW，原控制方式為Y-△啟動，全壓運行，由操作人員根據(jù)生產(chǎn)情況來確定開機的數(shù)量以及供水閥門的開度，有時需要開兩臺水泵，但其中一臺泵的供水閥門僅開啟20%左右，造成很大的浪費。同時在運行中，系統(tǒng)的供水壓力和供水量也很不穩(wěn)定，因而設(shè)備振動厲害。為能達到良好的供水性能，對其進行了恒壓供水變頻節(jié)能改造，取得了良好的效果。

1 恒壓供水變頻節(jié)能原理

在變頻改造前，水泵供水是通過調(diào)節(jié)閥門的開度來達到改變供水量的目的，供水管路的水壓與流量特性曲線如圖1所示。

圖中曲線①為額定轉(zhuǎn)速時的特性曲線，曲線②為閥門全開時的特性曲線，曲線③為關(guān)小閥門時的特性曲線。當水泵工作在曲線②的A 點時，其流量與壓力分別為q1與p2，此時水泵所需的功率正比于p2與q1的乘積。由于工藝要求需減小水量到q2時，通過增加管網(wǎng)管阻，使水泵的工作點移到曲線③上的B 點，水壓增大到p1，這時水泵所需的功率正比于p1與q2的乘積，由圖1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。

如果采用通過改變電機的運轉(zhuǎn)速度來改變供水量，其特性曲線如圖2所示。

圖中曲線②為閥門全開時的特性曲線，曲線①為額定轉(zhuǎn)速時的特性曲線，曲線④為減小轉(zhuǎn)速時的特性曲線。水泵轉(zhuǎn)速下降時，工作點由A 點移到C點，流量仍是減小到q2，壓力由p2降到p3，這時水泵所需的功率正比于p3與q2的乘積，由圖可見功率的減少是明顯的，通過流體力學(xué)的基本定律可知：風機、泵類設(shè)備均屬變轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n 與流量q，壓力p 以及軸功率P具有如下關(guān)系

即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。當電機轉(zhuǎn)速稍有下降時，軸功率將大幅下降。

根據(jù)三相異步交流電動機的轉(zhuǎn)速公式

式中：f 為電源頻率;

p 為電機極對數(shù);

s 為電機轉(zhuǎn)差率;

n為電機轉(zhuǎn)速。

只要改變電機的供電電源頻率f，就可實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速n的變化，從而實現(xiàn)調(diào)速的目的，而變頻器正是電機變頻調(diào)速的執(zhí)行設(shè)備。

2 方案設(shè)計

變頻器不但具有動態(tài)性能好、容量大、節(jié)能等顯著特點，而且還可在不增加設(shè)備的情況下，利用其內(nèi)置PID功能實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)過程調(diào)節(jié)，達到精確地控制電機轉(zhuǎn)速的目的，本系統(tǒng)的設(shè)計方案即為閉環(huán)調(diào)整控制。工作原理圖如圖3所示。

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