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

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