變頻技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

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1、變頻技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用　　摘要：根據(jù)原單位南區(qū)供水系統(tǒng)改造的實例，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析、節(jié)能原理、控制方式、系統(tǒng)設(shè)計及變頻調(diào)速后的節(jié)能效果等幾個方面，介紹了變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；供水系統(tǒng)；揚程；流量；MicroMaster430筆者原所在單位是一個擁有5000多職工的國有企業(yè)，近一萬人的飲用水全靠后山頂上的水塔供給，這樣的供水系統(tǒng)往往使系統(tǒng)里的水壓不恒定，而且水塔會引起二次污染。2003年企業(yè)倒閉后，小區(qū)修建了水泵房，其控制方式是：根據(jù)用水量調(diào)節(jié)開停泵數(shù)量，壓力偏小時加泵，壓力偏高時減泵，而且完全由人工手

2、動控制。這樣的操作和管理方式落后，無法建立嚴(yán)格的科學(xué)管理體制，設(shè)備運行不合理，維修量大，能耗高，機械磨損也較大?！　”娝苤娏ω?fù)載中風(fēng)機和泵類負(fù)載的用電量約占總用電量的60%～70%。向這類負(fù)載供電的突出矛盾表現(xiàn)在：電網(wǎng)負(fù)荷率偏低，電力系統(tǒng)峰谷差很大，高峰電力往往嚴(yán)重不足。因此風(fēng)機和泵類的節(jié)能問題就顯得尤為重要。為了提高能源的利用率，且考慮到幾千的下崗職工生活都很艱難，2007年組成了一個四人設(shè)計改造小組，準(zhǔn)備將南區(qū)的水泵房改用變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)。2008年7月正式投入使用。1系統(tǒng)簡介1.1恒壓供水系統(tǒng)分析　　恒壓供水是指在

3、供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。這樣既可以滿足各個部位的用戶對水的需求，又不使電機空轉(zhuǎn)，造成能量浪費。而系統(tǒng)中，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象，而供水量的大小取決于揚程，但揚程難以進行具體測量和控制。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要變頻器根據(jù)給定壓力信號和反饋壓力信號調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而達到控制管網(wǎng)中水壓恒定的目的?！　∷眠\行工作點位置與水泵負(fù)載有關(guān)，在水泵負(fù)載經(jīng)常變化的情況下，水泵不能總處在高效區(qū)域中工作。為使水泵適應(yīng)外界負(fù)載變化的要求，可采用變速調(diào)節(jié)，即在管網(wǎng)特性曲線基本不變時，采用改變水泵轉(zhuǎn)速來改變泵的Q-H特性曲線

4、[1]，從而改變它的工作點，達到既改變流量又能保證水泵恒定和輸入功率減少的目的。系統(tǒng)變速運行圖如圖1所示。圖1中，橫坐標(biāo)為水泵流量Q，縱坐標(biāo)為水泵揚程H。泵的揚程和出水壓力是線性關(guān)系，因此可以近似表示為出水壓力P。EA是恒壓線，n1、n2、n3是不同轉(zhuǎn)速下的流量／壓力特性?？梢娫趎1轉(zhuǎn)速下，如果通過控制閥門的開度，使流量從Qa減少到Qc時，壓力將沿n1曲線升高到D點。所以，在流量減少的同時，提高了壓力。如果從轉(zhuǎn)速n1降低到n3，則流量沿著恒壓力線從Qa減少到Qc時，而壓力沒變?？梢?，在一定范圍內(nèi)，可以在保持出水壓力恒定的前提下，通過改

5、變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，并且沒有壓力升高帶來的損失。這種特性表明，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，改變出水流量，使壓力穩(wěn)定在恒壓線上，就能夠完成流體的恒壓供水。1.2變頻恒壓供水的構(gòu)成　　整個系統(tǒng)采用一臺變頻器控制水泵電動機，一主兩輔供水系統(tǒng)，如圖2所示。實際揚程HA＝30m，要求供水壓力保持在0.5MPa，壓力變送器的量程是0～1MPa。原主泵電動機為25kW、45.5A、1470r/min；輔泵電動機為5.5kW、11.6A、1440r/min?，F(xiàn)將主泵電動機由變頻器控制，輔泵電動機直接接到工頻電源上。為了完成特定的控制任務(wù)，對每一種驅(qū)動裝置都有特定的控

6、制要求。對變頻器驅(qū)動裝置的要求是能夠方便和靈活地實現(xiàn)各式各樣應(yīng)用系統(tǒng)的控制特性。MicroMaster430變頻器具有模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計，它通過調(diào)節(jié)速度來控制水泵的流量，取代了傳統(tǒng)的用閥門和擋板截流控制的解決方案，進而節(jié)約了大量的能源。而且它具有以下功能：線性v/f控制，并帶有增強電機動態(tài)響應(yīng)和控制特性的磁通電流控制(FCC)，多點v/f控制；內(nèi)置PID控制器；快速電流限制，防止運行中不應(yīng)有的跳閘；多泵切換。它完全能夠滿足應(yīng)用系統(tǒng)控制靈活性的要求。這種變頻器的特點是能源的利用效率高，有較多的輸入和輸出端子，而且對操作面板進行了優(yōu)化，便于手

7、動操作方式和自動操作方式之間的切換。因此配用西門子MM430系列、29kW(適配電動機為25kW)、45A的變頻器控制主泵電動機?！　D3為系統(tǒng)方框圖[2]，圖中水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實現(xiàn)變流量恒壓控制。MicroMaster430接收給定和反饋信號后經(jīng)過PID調(diào)節(jié)，輸出運轉(zhuǎn)頻率指令。壓力傳感器檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l器可接收的模擬信號進行調(diào)　控制系統(tǒng)的工作原理：變頻調(diào)速恒壓供水控制最終是通過調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，水泵是供水的執(zhí)行單元，通過調(diào)速能實現(xiàn)水壓恒定是由水泵特性來決定的。1.3系統(tǒng)節(jié)能調(diào)節(jié)方法1．3

8、.1調(diào)節(jié)流量的方法　　如圖4所示，曲線1是閥門全部打開時，供水系統(tǒng)的阻力特性；曲線2是額定轉(zhuǎn)速時，泵的揚程特性。此時供水系統(tǒng)的工作點為A，流量為Qa，揚程為Ha，電動機的軸功率與面積0-Qa-A-Ha-0成正比。如果要將