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變頻調速技術在水泵控製係統中的應用
時間:2018-09-03 10:26 來源:AG8亚游供水 作者:AG8亚游供水 點擊:

變頻調速技術在水泵控製係統中的應用
 
水泵變頻調速控製係統概述
      變頻調速(Variable Velocity Variable Frequency牻諛薌際跏且幌羆現代先進電力電子技術和計算機技術於一體的有效節能技術。自80年代世界各國將其投入工業應用以來,它顯示出了強勁的競爭力,其應用領域也在迅速擴展。現在凡是可變轉速的拖動電機,隻要采用該項技術就能取得非常顯著的節能效果。我國科委十分重視這一技術的推廣工作,已在1995年將其列入我國級重點推廣的科技成果項目。
      隨著我國工業生產的迅速發展,電力工業雖然有了長足進步,但能源的浪費卻是相當驚人的。據有關資料報導,我國風機、水泵、空氣壓縮機總量約4200萬台,裝機容量約1.1億千瓦。但係統實際運行效率僅為30~40%,其損耗電能占總發電量的38%以上。這是由於許多風機、水泵的拖動電機處於恒速運轉狀態,而生產中的風、水流量要求處於變工況運行;還有許多企業在進行係統設計時,容量選擇得較大,係統匹配不合理,往往是“大馬拉小車”,造成大量的能源浪費。因此,搞好風機、水泵的節能工作,對國民經濟的發展具有重要意義。

 

變頻調速技術在水泵控製係統中的應用

1 水泵調速運行的節能原理

      圖1為水泵調速時的全揚程特性(H-Q)曲線。用閥門控製時,當流量要求從Q減小到Q1,要關小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大,阻力曲線從R移到R′,揚程則從H0上升到H1,運行工況點從A點移到B點。 

      用調速控製時,當流量要求從Q減小到Q1,由於阻力曲線R不變,泵的特性取決於轉速。如果把速度從N100降到N80,運行工況點則從A點移到C點,揚程從H0下降到H2。

根據離心泵的特性曲線公式:

P=QHr/102η煟ǎ保

式中:P——水泵使用工況軸功率(kW);

Q——使用工況點的水壓或流量(m3/s);

H——使用工況點的揚程(m);

r——輸出介質單位體積重量(kg/m3);

η——使用工況點的泵效率(%)。

可求出運行在B點泵的軸功率和C點泵的軸功率分別為:

PB=Q1H1r/102η 煟ǎ玻

PC=Q1H2r/102η 煟ǎ常

兩者之差為:

Δρ=PB-PC=Q1(H1-H2)r/102η煟ǎ矗 

也就是說,用閥門控製流量時,有ΔP功率被損耗浪費掉了,且隨著閥門不斷關小,這個損耗還要增加。而用轉速控製時,根據流量Q、揚程H、功率P和轉速N之間的關係,有:

Q2 / Q1=N2 / N1

H2 / H1=(N2 /N1 )2 (5)

P2 / P1=( N2 / N1 )3

由(5)式可知,流量Q與轉速N的一次方成正比;揚程H與轉速N的平方成正比;軸功率P與轉速N的立方成正比,即功率與轉速成3次方的關係下降。如果不是用關小閥門的方法,而是把電機轉速降下來,那麽在轉同樣流量的情況下,原來消耗在閥門的功率就可以全避免,從而獲得圖1中BC區域大小的節能效果,這就是水泵調速節能原理。

變頻調速的基本原理是根據交流電動機工作原理中的轉速關係:

N=60f煟保s牐p 煟叮

式中:f——水泵電機的電源頻率(Hz);

p——電機的極對數;

s——轉差率。

由(6)式可知,均勻改變電動機定子繞組的電源頻率f,就可以平滑地改變電動機的同步轉速。電動機轉速變慢,軸功率就相應減少,電動機輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調速的節能作用。

 

2 水泵變頻調速控製係統的設計

      變頻調速器的控製可以是自動的,也可以是手動的。目前,國內在水泵控製係統中使用變頻調速技術,大部分是在開環狀態下,即人為地根據工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值,以達到調速目的。本水泵變頻調速控製係統設計,根據工廠生產工藝上所需冷卻水供水要求,考慮若幹方麵的因素,采用閉環調速控製。本水泵變頻調速控製係統原理框圖如圖2所示。 

水泵控製係統主要由四部分組成:

(1)控製對象:電機功率100kW,額定電流183A;水泵配用功率100kW,流量792m/h,軸功率80.3kW,揚程32.3m。

(2)變頻調速器:選用FRN110/P9S-4,適配通用電動機功率110kW,額定容量160kVA,額定電流210A。一般用於連續運轉的混合的變頻器容量選擇的基本方法是:變頻器額定輸出電流大於1.1倍電動機的額定電流。

(3)壓力測量變送器(PT):選用DLK100-OA/0-1Mpa。用於控製水管出口壓力,並將壓力信號變換為4~20mA的標準電信號,再輸入調節器。

(4)調節器(PID):選用WP~D905,輸入信號4~20mA,輸出為PID控製信號4~20mA。

係統的控製過程為:由壓力測量變送器將水管出口壓力測出,並轉換成與之相對應的4~20mA標準電信號,送到調節器與工藝所需的控製指標進行比較,得出偏差。其偏差值由調節器按預先規定的調節規律進行運算得出調節信號,該信號直接送到變頻調速器,從而使變頻器將輸入為380V/50Hz的交流電變成輸出為0~380V/0~400Hz連續可調電壓與頻率的交流電,直接供給水泵電機。

 

3 水泵控製係統運行效果分析

      水泵電機裝上變頻調速器後,節能效果非常顯著,經過實測,比未裝變頻器節約53%左右的電能,而且生產工藝穩定。采用變頻調速器前後實測的有關數據如表1、表2所示。

從表中數據對比結果分析可知: 

(1)節能效果非常顯著,采用變頻調速技術後,提高了電機的功率因數,減少了無功功率消耗。月平均節約電能31918kW.h,月平均節電率為53%,按目前工業電價0.67元/kW.h計,每月可以產生直接經濟效益2萬餘元,具有明顯的經濟效益。 

(2)采用變頻調速技術後,電機定子電流下降64%,電源頻率下降40%,水泵出水壓力降低57%。由於電機水泵的轉速普遍下降,電機水泵運行狀況明顯改善,延長了設備的使用壽命,降低了設備的維修費用。同時,由於變頻器啟動和調速平穩,減少了對電網的衝擊。

(3)采用變頻調速技術後,由於水泵出口閥全開,消除了閥門因節流而產生的噪音,改善了工人的工作環境。同時,克服了平常因調節閥故障對生產帶來的影響,具有顯著的社會效益。

(4)係統采用閉環控製,參數超調波動範圍小,偏差能及時進行控製。變頻器的加速和減速可根據工藝要求自動調節,控製精度高,能保證生產工藝穩定,提高了AG8国际亚游产品的質量和產量。

(5)由於變頻調速器具有十分靈敏的故障檢測、診斷、數字顯示功能,提高了電機水泵運行的可靠性。

      綜上所述,變頻調速技術用於水泵控製係統,具有調速性能好、節能效果顯著、運行工藝環保可靠等優點。在大力提倡節約能源的現在,推廣使用這種集現代先進電力電子技術和計算機技術於一體的高科技節能裝置,對於提高勞動生產率、降低能耗具有重大的現實意義。可以說,變頻調速技術是一項利國利民、有廣泛應用前景的高新技術。

 

 

 

 

 

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