變頻器在恒壓供水上的應用

摘要：本文分析了供水處理過(guò)程中，將變頻器應用于水泵的節能原理，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，供水系統運行穩定。
在一般情況下，水泵采用恒速交流電動(dòng)機拖動(dòng)，而用水量卻是變化的，為了保證水池的正常供水，工人要在現場(chǎng)經(jīng)常調節擋板或閥門(mén)開(kāi)度大小來(lái)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(dòng)強度，而且有大量的電能浪費在水泵閥門(mén)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(jìn)行調速，以調節電動(dòng)機轉速的方法取代調節擋板或閥門(mén)，則不僅可以減輕工人勞動(dòng)強度，還能達到節約電能目的，對提高企業(yè)經(jīng)濟效益有重要意義。

　　水泵變頻器控制節能原理

　　1、水泵特性分析

　　根據離心泵特性曲線(xiàn)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：

　　P為泵機軸功率；

　　Q為泵機流量；

　　H為泵機揚程；

　　n為泵機轉速。

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

　?。?）式說(shuō)明泵機軸功率與轉速的立方成正比，若設法降低轉速，就可以減小泵機軸功率，再由（1）可知，就可實(shí)現流量或揚程的自由調節。

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

　　2、電機特性分析

　　根據交流電動(dòng)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；

　　S為轉差率。

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

　　3、節能原理

　　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(dòng)機的轉速，從而改變泵機的轉速；結合泵機特性分析，降低電動(dòng)機轉速，電動(dòng)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能原理。

　　另外，水泵起動(dòng)時(shí)的急扭和突然停機時(shí)的水錘現象往往容易造成管道松動(dòng)或破裂，嚴重的可能造成電機的損壞，水泵采用變頻器調速以后，可以根據工藝的需要，實(shí)現泵機的軟啟和軟停，從而使急扭及水錘現象得到解決。而且在用水量不大的情況下，可以降低泵機的轉速，這樣不僅避免了水泵長(cháng)期工作在滿(mǎn)負荷狀態(tài)，造成的電機過(guò)早的老化，而且變頻器的軟啟動(dòng)大大減小泵機啟動(dòng)時(shí)對機械的沖擊，也具有節能的作用，其節電率一般在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速系統的執行單元。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(diǎn)：

　　32位DSP電機控制專(zhuān)用微處理器，高精度頻率輸出。

　　新穎的功率累計功能，觀(guān)察節能效果更直觀(guān)方便。

　　獨特時(shí)間累計功能，可以顯示單次通電運行時(shí)間，累計運行時(shí)間。

　　內置RS-485接口，可計算機聯(lián)網(wǎng)控制。多信號輸入，內置簡(jiǎn)易PLC，自動(dòng)化控制更方便。

　　參數交互功能，設定方便。

　　載波頻率可調，靜音運行。

　　控制方式多樣化，通用性強。

　　內置PID調節功能，閉環(huán)控制簡(jiǎn)單。

　　低速額定轉矩輸出，運行穩定。

　　鍵盤(pán)操作方便，可在運行時(shí)在線(xiàn)調整和設定有關(guān)參數

　　內置剎車(chē)單元，快速停車(chē)。

　　風(fēng)扇的運行狀態(tài)可以控制，調度和運行更簡(jiǎn)易方便。

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

　　系統被控對象為1臺30KW水泵電機，保留電機的原工頻啟動(dòng)單元，另加變頻控制，兩者通過(guò)機械電氣聯(lián)鎖，既保證了泵機的正常運轉，又便于系統的維修，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(chǎng)用水量增大時(shí)，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、結束語(yǔ)

　　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，并且使系統始終處于節能狀態(tài)運行，延長(cháng)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(shí)現電機的軟啟動(dòng)，使起動(dòng)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部控制功能，可以很方便地與其他控制系統實(shí)現閉環(huán)自動(dòng)控制。因此，在供水處理過(guò)程中使用變頻器具有很好的應用價(jià)值和推廣價(jià)值。