變頻器在雙泵并網(wǎng)恒壓供水系統中的應用

0 引言

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

1 恒壓供水變頻節能原理

在變頻改造前，水泵供水是通過(guò)調節閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)達到改變供水量的目的，供水管路的水壓與流量特性曲線(xiàn)如圖1所示。

圖中曲線(xiàn)①為額定轉速時(shí)的特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)②為閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)③為關(guān)小閥門(mén)時(shí)的特性曲線(xiàn)。當水泵工作在曲線(xiàn)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(xiàn)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(jiàn)這種調節方式控制雖然簡(jiǎn)單，但功率消耗并無(wú)減少。

如果采用通過(guò)改變電機的運轉速度來(lái)改變供水量，其特性曲線(xiàn)如圖2所示。

圖中曲線(xiàn)②為閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)①為額定轉速時(shí)的特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)④為減小轉速時(shí)的特性曲線(xiàn)。水泵轉速下降時(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(jiàn)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、泵類(lèi)設備均屬變轉矩負載，其轉速n 與流量q，壓力p 以及軸功率P具有如下關(guān)系

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

根據三相異步交流電動(dòng)機的轉速公式

式中：f 為電源頻率;

p 為電機極對數;

s 為電機轉差率;

n為電機轉速。

只要改變電機的供電電源頻率f，就可實(shí)現電機轉速n的變化，從而實(shí)現調速的目的，而變頻器正是電機變頻調速的執行設備。

2 方案設計

變頻器不但具有動(dòng)態(tài)性能好、容量大、節能等顯著(zhù)特點(diǎn)，而且還可在不增加設備的情況下，利用其內置PID功能實(shí)現系統的閉環(huán)過(guò)程調節，達到精確地控制電機轉速的目的，本系統的設計方案即為閉環(huán)調整控制。工作原理圖如圖3所示。

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