变频调速技术在水泵控制系统中的应用

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1、变频调速技术在水泵控制系统中的应用　　摘要：介绍了水泵变频调速控制系统的节能原理、系统结构及节能效果。系统运行结果表明：水泵采用变频调速控制，节能效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。关键词：变频器水泵节能调速技术　　变频调速曲线。用阀门控制时，当流量要求从Q减小到Q1，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从R移到R′，扬程则从H0上升到H1，运行工况点从A点移到B点。　　用调速控制时，当流量要求从Q减小到Q1，由于阻力曲线R不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从N100降到N80，运行工况点则从A点移到C点，扬程从H0下降到H2。　　根据离心泵的特性曲线公式

2、：　　P＝QHr／102η1　　　式中：P——水泵使用工况轴功率；　　r——输出介质单位体积重量。　　可求出运行在Ｂ点泵的轴功率和Ｃ点泵的轴功率分别为：　　ＰＢ＝Ｑ１Ｈ１ｒ／１０２η２　　　ＰＣ＝Ｑ１Ｈ２ｒ／１０２η３　　　两者之差为：　　Δρ＝ＰＢ－ＰＣ＝Ｑ１Ｈ１－Ｈ２　ｒ／１０２η４　　　也就是说，用阀门控制流量时，有ΔＰ功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，根据流量Ｑ、扬程Ｈ、功率Ｐ和转速Ｎ之间的关系，有：　　由式可知，流量Ｑ与转速Ｎ的一次方成正比；扬程Ｈ与转速Ｎ的平方成正比；轴功率Ｐ与转速Ｎ的立方成正比，即功率与转速成

3、３次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，从而获得图１中ＢＣ区域大小的节能效果，这就是水泵调速节能原理。　　变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：　　Ｎ＝６０ｆ１－ｓ　／ｐ６　　　式中：ｆ——水泵电机的电源频率；　　ｐ——电机的极对数；　　由(6)式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。　　2水泵变频调速控制系统的设计　　变频调速器的控制可

4、以是自动的，也可以是手动的。目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的。本水泵变频调速控制系统设计，根据工厂生产工艺上所需冷却水供水要求，考虑若干方面的因素，采用闭环调速控制。本水泵变频调速控制系统原理框图如图２所示。　　　　系统主要由四部分组成：　　(1)控制对象：电机功率100kw，额定电流１８３Ａ；水泵配用功率１００kw，流量７９２ｍ／ｈ，轴功率８０．３kw，扬程３２．３ｍ。　　(2)变频调速器：选用ＦＲＮ１１０／Ｐ９Ｓ－４，适配通用电动机功率１１０kw，额定容量１６０ｋＶＡ

5、，额定电流２１０Ａ。一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的基本方法是：变频器额定输出电流大于１．１倍电动机的额定电流。　　(3)压力测量变送器：选用ＤＬＫ100－ＯＡ／０－１Ｍｐａ。用于控制水管出口压力，并将压力信号变换为４～２０ｍＡ的标准电信号，再输入调节器。　　(4)调节器：选用ＷＰ～Ｄ９０５，输入信号４～２０ｍＡ，输出为ＰＩＤ控制信号４～２０ｍＡ。　　系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对应的４～２０ｍＡ标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接

6、送到变频调速器，从而使变频器将输入为３８０Ｖ／５０Ｈｚ的交流电变成输出为０～３８０Ｖ／０～４００Ｈｚ连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。　　3运行效果分析　　水泵电机装上变频调速器后，节能效果非常显著，经过实测，比未装变频器节约５３％左右的电能，而且生产工艺稳定。采用变频调速器前后实测的有关数据如表１、表２所示。　　从表中数据对比结果分析可知：　　(1)节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，减少了无功功率消耗。月平均节约电能３１９１８kw．ｈ，月平均节电率为５３％，按目前工业电价０．６７元／kw．ｈ计，每月可以产生直接经济效益２万余元，具有

7、明显的经济效益。　　(2)采用变频调速技术后，电机定子电流下降６４％，电源频率下降４０％，水泵出水压力降低５７％。由　　于电机水泵的转速普遍下降，电机水泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。　　(3)采用变频调速技术后，由于水泵出口阀全开，消除了阀门因节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平常因调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会效益。　　(4)系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速可根据工艺