浅谈变频调速技术在给水系统中的应用

1、浅谈变频调速技术在给水系统中的应用摘要：变频调速技术是一门综合性的技术，在给水系统屮得到广泛 应用，对给水泵调速控制技术的性能、节能效果、恒压供水、软启功能等 进行了论述。关键词：变频调速技术 水泵 恒压 节能1概述近年来随着电力电子技术的发展，变频调速技术在给水系统备中得到 应用，使得水泵电机按运转工艺要求调整转速输出，从而降低系统功耗达 到高效运行的效果。2变频调速技术在给水系统中的应用原理在给水系统屮，水泵电机的调速是通过变频器来实现的，常用的交流 异步电机的同步转速表达式为：n=60f (ls) /p公式中：n交流异步电动机的转速；f交流异步电动机的频率；s-电动机的转差率；p 电动机

2、的极对数。山转速公式n二60f (1-s) /p可知，改变电动机转速的方法有改变旋 转磁场频率f,改变转差率s,改变电动机极对数p三种方式，在电机生产好后极对数和转差率是固定的，唯一能改变的就是频率，跟水泵电机的 转速与频率是成正比的，故而通过调控供给电机电源频率的变化来调控水 泵的转速是一种理想高效率、高性能的调速手段。2. 1变频器调速给水系统图1变频器给水系统变频器是变频调速技术的核心部件，以图1为例说明，两台给水泵一 用一备、两台给水泵共用一台变频器的工作模式。电节点压力表安装在水 泵出水侧主干管上，测试给水泵出水侧主干管上水压数值。plc压力设定 值与所测水泵出水侧主干管床力信号在p

3、lc编制的控制程序中进行比较， 其差值量信号作为plc输给变频器调速的给定值。变频器可变的输出频率 供给水泵电机，使水泵转速达到相应变化，故而保证供水管网压力的恒定。 如果遇到用水高峰时段，当主供给水泵不能够满足用户恒定压力时，plc 可把主供给水泵切换至工频运行，把变频器切换至备用给水泵变频起动， 达到管网用户所需恒定压力，若压力超过管网用户设定值时，变频器调节 备用给水泵速度使压力恒定。若压力升高到所需恒定值，变频器频率己减 少至最低，则可让备用给水泵退出，变频器切换到主供给水泵进行调速使 管网压力保持恒定。2. 2变频调速给水系统一次控制主回路详解图2 次控制主电路如图2所示，li、l2

4、、l3接三相380v交流电源，r、s、t为变频器的一次输入端子，u、v、w为变频器逆变后的输出电源接线端子，sb1、sb2 为手动启停按钮，当按下sb1时km1吸合，变频器得电，其启动过程的特 点有：频率从最低频率ohz开始按预置的加速时间逐渐上升，电机的输入 电压也从最低电压开始逐渐上升。转子绕组与旋转磁场的相对速度很低， 故起动瞬间的冲击电流很小，如在整个起动过程中，使同步转速no与转 子转速n间的转差限制在一定范围内，则起动电流也将限制在一定范 围内。另一方面，也减小了起动过程中的动态转矩，加速过程将能保持平 稳，减少了対机械的冲击，如图3所示。2. 2. 1变频器如何选择 需根据变频器

5、容量的计算公式来计算变频器容量大小，各参数值确 定变频器的容量，计算公式如下：pemkpm/ h cos 4）pekbumimx10-3ieklm （也就是说变频器的额定电流要稍大于水泵电机的额定电 流）注：pe变频器的额定容量（kva）；ie变频器的额定电流（a）；pm 负载所要求的电动机的轴输出功率（kw）；ii 一一水泵电机的效率（通常约为80?）；cos 4）-电机的功率因数（通常约为0.8）；um水泵电机的额定电压（v）；im水泵电机额定电流（a）；k电流波形的修正系数（pwm变频方式时取1.0-1.05）；k取定系数为11 o 对于高海拔地区（超过1000m）,变频器的容量还应乘1

6、. 25倍系数, 变频器的安装场所应考虑环境的温度（040°c）、湿度（3585%rh）、大 气压力（86106kpa）,并且使用环境无腐蚀性气体、无可燃性气体、无 尘埃、无爆炸危险物、无震动。2. 2.2变频调速给水系统二次控制部分电气的技术要求 plc控制器选择要最大限度地满足被控对象的控制要求，系统结构 力求简单，控制系统能方便的进行功能扩展、升级。 压力变送器、pid控制器的视在功率很小，宜采用plc的dc24v输 出端供电。 pid控制器采用输出信号420ma,给定信号420ma,反馈信号4 20mao 压力变送器可采用合金薄膜变送器，二线制420ma的输出，测量0. 21

7、.6mpa,电源 dc24vo3运转节能分析以一台给水泵恒压定流量供水为例，第一种方式是水泵工频运行通过 水泵出口阀门调节恒压，第二种方式是水泵通过变频器调速来控制恒压， 根据流体力学的基本泄律，水泵属于平方转矩负载，其转速与轴功率、压 力、流量具有以下关系：轴功率与转速的立方成正比、压力与转速平方成 正比、流量与转速成正比。当采用第一种方式让水泵工频运行，通过水泵出口处出水阀门來控制出水流量，假设给水泵它的额定转速为no,出口压力为h,其qh n关 系见图4,水泵出口控制阀门全打开时，管网的阻力线性为to曲线，额定 功率工频运行的情况下与之对应的出口压力为h1,出口流量为q1,当水 泵出口流

8、量从q1减小至q2时，水泵出口控制阀门打开度减小使管网阻力 线性to变为t1,系统工作点线性沿方向to由原来的x点移动至y点，受 其阀门阻力作用压力h1变为h2。根据几何学的观点运算面积差来比较水 泵功耗的大小，则水泵由x点移至y点工作时，电机节省的功耗为xq1oii1 和yq20h2的面积之差。当采用第二种方式变频调速控制时,假设改变水泵的转速n,当水泵 出口流量从q1减小至q2时，那么管网阻力性线为同一曲线to,系统工作 点线性将沿方向no山原来的x点移至z点。此时水泵电机节省的功耗为 xq1oii1和zq20ii3的面积之差。所以采用第一种方式阀门开启度控制调节水量方式大于第二种水泵 转

9、速控制调节水量节能功耗面积之差,显然使用第二水泵变频调速控制技 术有明显节能效果。图4 ii、q、n关系4常见运行故障分析4. 1过流过流可分为减速、恒速、加速过电流，有可能是变频器的负载发生突 变、输出短路、加减速时间太短等因素造成的。4.2过载过载包括电机过载和变频过载，有可能是负载过重、加速时间短、电压低等因素造成的。4.3缺相、欠压电源输入不正确，需检查确认输入的相间电压值是否符合规建要求。5结束语变频调速技术应用在给水系统中，不但消除了不安全隐患因素，并使 系统始终处于一种节能状态下运行，延长了设备的使用寿命，因此在给水 系统中变频调速技术具有很好的推广价值。参考文献：1 许振交流电动机变频调速技术的发展j微特电机，2005 (04).2 赵延红，王