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(dòng)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(shì)得到了廣泛應(yīng)用。我公司大水池供水設(shè)備中配有兩臺(tái)水泵，功率為22 kW，原控制方式為Y-△啟動(dòng)，全壓運(yùn)行，由操作人員根據(jù)生產(chǎn)情況來(lái)確定開機(jī)的數(shù)量以及供水閥門的開度，有時(shí)需要開兩臺(tái)水泵，但其中一臺(tái)泵的供水閥門僅開啟20%左右，造成很大的浪費(fèi)。同時(shí)在運(yùn)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(dòng)厲害。為能達(dá)到良好的供水性能，對(duì)其進(jìn)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(guò)調(diào)節(jié)閥門的開度來(lái)達(dá)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(shí)的特性曲線，曲線②為閥門全開時(shí)的特性曲線，曲線③為關(guān)小閥門時(shí)的特性曲線。當(dāng)水泵工作在曲線②的A 點(diǎn)時(shí)，其流量與壓力分別為q1與p2，此時(shí)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(shí)，通過(guò)增加管網(wǎng)管阻，使水泵的工作點(diǎn)移到曲線③上的B 點(diǎn)，水壓增大到p1，這時(shí)水泵所需的功率正比于p1與q2的乘積，由圖1可見這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單，但功率消耗并無(wú)減少。

如果采用通過(guò)改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來(lái)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(shí)的特性曲線，曲線①為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的特性曲線，曲線④為減小轉(zhuǎn)速時(shí)的特性曲線。水泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，工作點(diǎn)由A 點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是減小到q2，壓力由p2降到p3，這時(shí)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(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬變轉(zhuǎn)矩負(fù)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(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速稍有下降時(shí)，軸功率將大幅下降。

根據(jù)三相異步交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

式中：f 為電源頻率;

p 為電機(jī)極對(duì)數(shù);

s 為電機(jī)轉(zhuǎn)差率;

n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。

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

2 方案設(shè)計(jì)

變頻器不但具有動(dòng)態(tài)性能好、容量大、節(jié)能等顯著特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)過(guò)程調(diào)節(jié)，達(dá)到精確地控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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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