变频技术在污水处理厂应用研究PPT课件.ppt

变频技术在污水处理厂应用研究 导师 郭红学生 王建刚2010 6 1 1 课题的提出 对污水处理厂来说 水泵风机类负载作为其主要的用电设备 这都需要消耗大量能源 所以节约能源 降低消耗尤为重要 在污水处理厂采用变频调速技术 既可实现无级调速 满足污水处理工艺过程中各项指标对电机速度控制的要求 保证工艺流程的相对稳定 又可实现节约能源 降低消耗 减少相关设备的开停次数 延长设备使用寿命 并可解决由于工程实际运行规模与设计规模不一致带来的运行过程的偏差 对协调各工艺流程间匹配关系 起到重要的调节作用 因此变频调速技术在污水处理厂的生产过程到越来越广泛的应用 2 本文主要研究的内容 主要是对变频技术在污水处理节能方面的应用分析和讨论研究 题目以近阶段变频技术发展历程 现状分析和存在问题为主线 计算并讨论变频技术在污水处理方面不同工况条件下的应用及其性能 分析现阶段生产与技术水平 展望发展趋势 3 本文主要框架结构 1 变频器概述2 变频器的控制方式及变频调速技术3 变频调速电动机4 变频器的使用目的和应用领域5 变频器的基本运行原理6 变频技术在污水处理中应用7 变频器在水厂应用的可靠性分析8 结论与展望 4 1 变频器的概述 一 什么是变频器变频器是交流电气传动控制系统的重要组成部分 是利用电力半导体器材的通 断作用将固定频率 电压的交流电变换为频率 电压都连续可调的交流电的装置 二 变频器控制方式的发展1 数字化控制2 多种控制方式3 远程控制4 绿色变频器 5 1 变频器的概述 三 变频器总体发展趋势1 主控一体化2 结构小型化3 低电磁噪音 静音化4 专用化5 系统化四 变频技术的发展趋势1 单元串联多点频技术2 功率母线技术3 微机控制和人工智能技术4 其他各种技术 6 2 变频器的控制方式和变频调速系统 一 变频器的控制方式非智能控制方式1 V f恒定控制2 转差频率控制3 矢量控制4 直接转矩控制智能控制方式1 神经网络控制2 模糊控制3 专家控制4 学习控制 7 2 变频器的控制方式和变频调速系统 二 变频器控制的展望1 数字控制变频器的实现2 多种控制方式的结合3 远程控制的实现4 绿色变频器 8 2 变频器的控制方式和变频调速系统 三 调速系统变频器选择1 风机和泵类选择2 恒转矩负载3 要求响应快系统4 被控对象具有一定动态 静态指标要求5 被控对象具有较高动态 静态指标要求6 要求控制系统具有良好动态 静态性能 9 2 变频器的控制方式和变频调速系统 四 变频调速系统的优势与传统的交流拖动系统相比 利用变频器对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统有很多优点 如节能 容易实现对现有电动机的调速控制 可以实现大范围的高效连续调速控制 容易实现电动机的正反转切换 可以进行高频率的启停运转 可以进行电气制动 可以对电动机进行高速驱动 可以适应各种工作环境 可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制 电源功率因数高 所需电源容量小 可以组成高性能的控制系统等 变频调速以其优异的调速和起制动性能 高效率 高功率因数和节电效果 广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式 10 3 交频调速电动机 变频电机的绝缘结构1 电动机的绝缘问题2 轴承的绝缘问题3 性能测试问题 11 4 变频器的使用目的和应用领域 一 变频器的使用目的1 节能应用2 提高生产效率3 提高产品质量4 设备的自动化5 适应或改善环境 12 4 变频器的使用目的和应用领域 二 变频器的应用领域变频器已经广泛地应用于交流电动机的速度控制 从工厂设备到家用空调都可以采用 在节能 减少维修 提高产量 保证质量等方面都取得了明显的经济效益 其主要的特点是具有高效的驱动性能及良好的控制特性 13 5 变频器的基本运行原理 一 交流异步电动机调速运行原理图5 1交流电源和定子绕组星形连接图5 2旋转磁场 14 5 变频器的基本运行原理 二 交流异步电动机调速运行原理当在一台三相异步电动机的定子绕组上加上三相交流电压时 该电压将产生一个旋转磁场 该磁场的速度由定子电压的频率所决定 当磁场旋转时 位于该旋转磁场中的转子绕组将切割磁力线 并在转子的绕组中产生相应的感应电动势和感应电流 而此感应电流又将受到旋转磁场的作用而产生电磁力即转矩 使转子跟随旋转磁场旋转 改变交流电源频率 即可以改变电动机转速 实现对异步电动机进行调速控制的目的 并且电动机的同步转速和电源频率成正比 15 5 变频器的基本运行原理 三 变频调速系统的基本结构 16 5 变频器的基本运行原理 17 6 变频技术在污水处理中应用 一 离心泵图6 2卧式单级离心泵的剖面图 18 6 变频技术在污水处理中应用 离心泵工作原理在水中处理设施中应用最普遍的是叶片泵 叶片泵中最常用的是离心泵 离心泵是利用叶轮旋转而使水产生离心力来工作的 离心泵在启动前 先向泵体内充满被输送的液体 叶轮在泵轴的带动下高速旋转 使被输送的液体由叶轮中心被甩到叶轮外缘 这时叶轮中心产生负压 液体从泵的吸入口流向叶轮中心 泵轴不停地转动 叶轮就会连续地吸入液体和排出液体 19 6 变频技术在污水处理中应用 二 变频恒压排水的节能原理污水厂水泵房的排水压力和排水流量的传统调节方式是 按照预定的输出水压和流量 靠人工增加或减少水泵运行台数来完成 泵站设计时装机容量按排水的最大流量和最大流程控制运行中经常采取减小出口闸门开启度的办法来控制流量 但出口水阀门的压差很大 大量的电能白白浪费在阀门阻力上 采用水泵机组变频调速技术 可连续改变水泵转数 使其流量与扬程适应于管网用水量的变化 从而提高机组效率 维持管网压力恒定 达到节能的效果 20 6 变频技术在污水处理中应用 三 变频调速恒压供水的特点1 启动平稳 减少起动电流对污水厂电网的冲击 变频起动电流很小 可控制在额定电流之内 而直接起动电流约为额定电流的7 8倍 2 调节方便 节电节能3 避免 水锤效应 产生 减少 水锤 冲击力对管道及供水设备的损坏 21 6 变频技术在污水处理中应用 四 水厂泵房变频恒压供水系统方案优化由于污水时刻的变化 随每日时段不同而变化 为使排水的水压恒定 最常见的办法是采用变频恒压排水 即依靠主管网上压力变送器检测管网压力信号 再将压力信号送到变频器 PLC 的模拟信号输入端口 构成压力闭环控制系统 管网排水压力的恒定依赖变频调速进行调节控制泵房变频调速恒压排水系统一般由PLC 变频器 内置PID 变频泵 定速泵 自动化仪表及计算机等元器件共同组成 22 6 变频技术在污水处理中应用 五 污水处理厂两种处理方案对比循环投切的原理图 23 6 变频技术在污水处理中应用 顺序控制顺序控制方案系统图BP1 变频器BU1 BU4 软启动器PT 压力变送器 24 6 变频技术在污水处理中应用 六 恒压排水系统振荡的原因整个排水泵房恒压排水系统在运行过程中响应速度快 压力调节比较精确 充分体现了变频调速系统的优点 达到了恒压排水的目的 但往往由于一些原因 系统在排水压力处于某一区域时容易产生振荡 具体表现为频繁启 停定速水泵 变频水泵在最大和最小频率之间不断自动调节 25 6 变频技术在污水处理中应用 七 系统振荡解决对策此措施在不改变任何供水工艺设备 不增加投资前提下增设一个辅助外设压力点 以便系统在原设定点工作时产生振荡后可切至该点工作以避开死区 由泵特性曲线图可知 相同流量时压力不同则所需功率也不同 反应到变频泵上就是频率不同 目前 污水厂才使用这种措施 设计排水管网排水压力O 5MPa 设定为0 4MPa作为辅助压力设定点 虽然精度下降了4 但实际运行效果很好 完全满足排水压力要求 26 7 变频器在水厂应用的可靠性分析 一 提高变频器本身质量和可靠性1 变频器的电路结构应力求简单可靠2 选用耐压和电流额定值安全裕度高的产品3 应确保充分的通风量和冷却措施4 变频器必须制作精良 连接牢靠出厂性能检验 27 7 变频器在水厂应用的可靠性分析 二 合理选择变频器类型及容量1 根据负荷性质 正确选用变频器类型2 根据电动机名牌额定参数