1、1摘摘 要要水泵的變頻改造遵循了“最小改動，最大可靠性，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性”原則，為 3 臺水泵電機(jī)進(jìn)行了“一拖三”改造，優(yōu)點(diǎn)是 3 臺電機(jī)可選定一臺專用變頻電機(jī)作為基本變頻運(yùn)行，另外 2 臺工頻運(yùn)行或工頻備用。 根據(jù)水泵工作原理與運(yùn)行曲線，可以得到 100轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線，這條曲線配合水泵在不同流量運(yùn)行時的特性曲線（阻抗曲線）可以得到在未應(yīng)用變頻調(diào)速情況下使用閥門調(diào)節(jié)控制流量、壓力。理論上，全流量工作時，采用變頻器和閥門調(diào)節(jié)時，輸入的功率一致，當(dāng)水泵運(yùn)行點(diǎn)由 100流量點(diǎn)移動到 80流量時，如果采用變頻器拖動水泵后，其節(jié)能效果明顯。因此在理論上，采用變頻器改造水泵后，將會取得很好的節(jié)能效果。由流體力學(xué)可

2、知流量 Q 與轉(zhuǎn)速 n的一次方成正比，壓力 H 與轉(zhuǎn)速 n 的平方成正比，軸功率 Ps 與轉(zhuǎn)速n 的立方成正比，即 Qn，Hn2，Psn3。當(dāng)所需要的流量減少，水泵轉(zhuǎn)速降低時，其軸功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。 變頻改造以后，循環(huán)泵調(diào)節(jié)閥門一直處于全開狀態(tài)，對其維護(hù)量大大減少。變頻啟動時電機(jī)轉(zhuǎn)速從零逐漸平穩(wěn)的升到所需轉(zhuǎn)速，沒有任何沖擊，電流從零開始上升，不會超過額定電流，解決了電機(jī)啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機(jī)、傳動系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，延長了電機(jī)、水泵壽命。采用變頻調(diào)速后，水泵的工作效率將大為提高。而且經(jīng)濟(jì)效益分析方面不但節(jié)約電費(fèi)，還簡化起動設(shè)備，延長使

3、用壽命。系統(tǒng)的平均轉(zhuǎn)速下降，這將使旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的磨損大為減輕，同時變頻器具有完善的保護(hù)功能，使電機(jī)得到可靠保護(hù)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：水泵 變頻 節(jié)能 應(yīng)用2目目 錄錄引言.2變頻給水系統(tǒng)的理念分析.3 3 2.1.變頻調(diào)速給水的基本知識.32.2.變頻調(diào)工作模式.32.3.恒壓輸出自控系統(tǒng)分析.6 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng).6 63.1. 水泵變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理 .63.2.西門子 MICROMASTER430 變頻器的結(jié)構(gòu)及功能.83.3.變頻調(diào)速系統(tǒng)基本工作原理及系統(tǒng)控制過程.93.3.1 基本工作原理 .103.3.2 華能玉環(huán)電廠生活水自動恒壓控制系統(tǒng)概況 .113.4 水泵變頻調(diào)速應(yīng)用的注

4、意事項(xiàng) .133.4.1 水泵工藝特點(diǎn)對調(diào)速范圍的影響 .133.4.2 定速泵對調(diào)速范圍的影響.133.4.3 電機(jī)效率對調(diào)速范圍的影響.134 4 結(jié)結(jié)論論.1 144.1 結(jié)論 .144.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的展望 .141 引 言水資源及能源緊缺是制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，節(jié)能是我國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基本國策。美國從 20 世紀(jì) 90 年代將變頻節(jié)水節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于平移式、軸轉(zhuǎn)動式噴灌機(jī)灌溉等系統(tǒng)，其節(jié)能率為 3956，節(jié)水率為 1530，既穩(wěn)定了管網(wǎng)壓力，提高了灌溉質(zhì)量，又節(jié)水節(jié)能，便于管理，但其價格昂貴。當(dāng)時，在我國城鄉(xiāng)供水及水泵抽灌系統(tǒng)中，水泵一旦開始工作，便以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，

5、并以額定出水量供水，當(dāng)用水量減少或在用水低谷時，管網(wǎng)壓力過高，噴頭和輸水管道往往被損壞，使水白白流掉，電能白白耗掉；有些系統(tǒng)通過閥門控制出水量，來減少供水管網(wǎng)壓力升高，這樣也造成電能與水資源的浪費(fèi)我國在工業(yè)上將交流變頻調(diào)速技術(shù)列為新技術(shù)推廣項(xiàng)目，交流3變頻技術(shù)大致可分為直交變頻與交交變頻兩種，我們引進(jìn)的為直交變頻技術(shù)，即通常所見的變頻器大多采用的變頻技術(shù)。我們的技術(shù)路線是引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)，并對其消化吸收，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)外圍技術(shù)，研制并生產(chǎn)變頻節(jié)水節(jié)能產(chǎn)品，并重點(diǎn)進(jìn)行推廣應(yīng)用。在交流調(diào)速的研究與制造過程中，硬件的設(shè)計與組裝占了相當(dāng)大的比重。電機(jī)制造以及調(diào)速裝置的制造需要大批的技術(shù)熟練工人，對人員的

6、素質(zhì)有一定要求。而國外相關(guān)產(chǎn)業(yè)的人工成本相對較高，在近十年內(nèi)，交流調(diào)速的制造業(yè)有可能向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。對中國來說，這也是一個機(jī)遇，如果我們抓住這個機(jī)會，再利用本身的市場有利條件，有可能在我國形成交流調(diào)速系統(tǒng)的制造業(yè)中心，使我國工業(yè)上一個新的臺階。2 2 變頻給水系統(tǒng)的理論分析變頻給水系統(tǒng)的理論分析2.12.1 變頻調(diào)速給水的基本知識變頻調(diào)速給水的基本知識變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水 壓力的需要。在設(shè)計階段可以降低對供水壓力計算準(zhǔn)確度的要求，因?yàn)殡S時可以方便地改變供水壓力。但在選泵時應(yīng)注意 ，泵的揚(yáng)程宜大一些，因?yàn)樽冾l調(diào)速其最大壓力受水泵限制 。最低使用壓力也不應(yīng)太小，因?yàn)?/p>

7、水泵不允許在低揚(yáng)程大流量下長期超負(fù)荷工作，否則應(yīng)加大變頻器和水泵電機(jī)的容量， 以防止發(fā)生過載。目前，變頻器技術(shù)已很成熟，在市場上有很多國內(nèi)外品牌的變頻器，這為變頻調(diào)速供水提供了充份的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。變頻器已在國民經(jīng)濟(jì)各部門廣泛使用。任何品牌的變頻器與 變頻供水控制器配合，即可實(shí)現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。因?yàn)榻?筑供水的應(yīng)用廣泛，有些變頻器設(shè)計生產(chǎn)廠家把變頻供水控制器直接做在供水專用變頻器中；這種變頻器具有可靠性好， 使用方便的優(yōu)點(diǎn)。變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果。由水泵管道供水原理可知，調(diào)節(jié)供水流量，原則上有二種方法；一是節(jié)流調(diào)節(jié)，開大供水閥，流量上升；關(guān)小供水閥 ，流量下降。調(diào)節(jié)流量的第二種方

8、法是調(diào)速調(diào)節(jié)，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水流量增加；轉(zhuǎn)速下降，流量降低，對于用水流量經(jīng)常變化的場合（例如生活用水） ，采用調(diào)速調(diào)節(jié)流量，具有優(yōu)良 的節(jié)能效果。我國國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委在中國節(jié)能技術(shù) 政策大綱中把泵和風(fēng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)列為國家九五計劃重點(diǎn)推廣的節(jié)能技術(shù)項(xiàng)目。應(yīng)當(dāng)指出，變頻恒壓供水節(jié)能的效果主 要取決于用水流量的變化情況及水泵的合4理選配，為了使變頻 恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒 壓供水，只要其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，可以實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水 。在變頻恒壓變量供水當(dāng)中，變頻泵的流量是變化的，當(dāng)變頻泵是各并聯(lián)泵中最

9、大，即可保證恒壓供水。多泵并聯(lián)恒壓供 水，在設(shè)計上可做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變（因工況不變） ，并使之處于高效率區(qū)工作，變頻泵的流量是變化的 ，其工作效率隨流量而改變。因?yàn)椴捎枚啾貌⒙?lián)恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統(tǒng) 的能耗，改善節(jié)能狀況。2.22.2 變頻器工作模式變頻器工作模式當(dāng)多泵并聯(lián)恒壓供水系統(tǒng)采用具有自動睡眠功能的變頻器，當(dāng)用水流量接近于零，變頻泵能自動睡眠停泵，從而可以做 到不用水時自動停泵而沒有能量損耗，具有最佳的節(jié)能效果。多泵并聯(lián)變頻恒壓變量供水的工作模式通常是這樣的：當(dāng)用水流量小于一臺泵在工頻恒壓條件下的流量，由一臺變頻泵調(diào)速恒壓供水；

10、當(dāng)用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動上升；當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速上升到工頻轉(zhuǎn)速，為用水流量進(jìn)一步增大，由變頻供水控制器控制，自動啟動一臺工頻泵投入，該工頻泵提供的流量是恒定的（工頻轉(zhuǎn)速恒壓下的流量） ，其余各并聯(lián)工頻泵按相同的原理投入。在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水情況下，當(dāng)用水流量下降 ，變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速下降（變頻器供電頻率下降） ；當(dāng)頻率下降到零流量的時候，變頻供水控制器發(fā)出一個指令，自動關(guān)閉一臺工頻泵使之退出并聯(lián)供水。為了減少工頻泵自動投入或退出時的沖擊（水力的或電流的沖擊） 。在投入時，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動下降，然后慢慢上升以滿足恒壓供水的要求。在超出時，變頻泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)自動上升，然后慢慢下降以滿足恒壓供

11、水的要求。上述頻率自動上升，下降由供水變頻控制器控制。另一種變頻供水模式通常叫做恒壓變量循環(huán)狀啟動并先開先停的工作模式。在這種供水模式中，當(dāng)供水流量少于變頻泵在恒壓工頻下的流量時，由變頻泵自動調(diào)速供水，當(dāng)用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速升高。當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速升高到工頻轉(zhuǎn)速，由變頻供水控制器控制把該臺水泵切換到由工頻電網(wǎng)直接供電（不通過變頻器供電） 。變頻器則另外啟動一臺并聯(lián)泵投入工作。隨用水流量增大，其余各5并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟啟動投入。這就是循環(huán)軟啟動投入方式。當(dāng)用水流量減少，各并聯(lián)工頻泵按次序關(guān)泵超出，并泵超出的順序按先投入先關(guān)泵超出的原則，由變頻控制器單板計算機(jī)控制。由上述可見，對于變頻恒

12、壓變量給水通常有兩種工作模式，一是變頻泵固定方式，二是變頻循環(huán)軟啟動工作方式。在變頻泵固定方式中，各并聯(lián)水泵是按工頻方式自動投入或超出的。因?yàn)樽冾l泵固定不變，當(dāng)用水流量變化，變頻泵始終處于運(yùn)行狀態(tài)，因此變頻泵的運(yùn)行時間最長。為了均衡各水泵的運(yùn)行時間，對于變頻泵固定運(yùn)行方式，可以設(shè)計成變頻泵定時輪換運(yùn)行方式。即當(dāng)某一臺變頻泵運(yùn)行一定時間后，由變頻控制器控制變頻泵自動進(jìn)行輪換。例如：開始時 1 泵變頻，23 泵工頻，當(dāng) 1 泵變頻運(yùn)行 T 時間后（T 可按序設(shè)定）自動輪換為 2 泵變頻，31 泵工頻；在此狀態(tài)下運(yùn)行 T 時間后自動輪換為 3 泵變 頻，12 工頻，。如此反覆進(jìn)行定時輪換。顯然，具有

13、變頻泵自動輪換控制的變頻恒壓變量供水系統(tǒng)，變頻泵是定時改變的，即任何一臺并聯(lián)泵都有可能成為變頻泵。由變頻恒壓變量供水理論可知，為了保證恒壓供水，變頻泵必須是各并聯(lián)泵中的最大者。為此，對于變頻恒壓供水并 變頻泵自動定時輪換的水機(jī)，各并聯(lián)水泵的大小應(yīng)相同以保證恒壓供水。按變頻器工作原理，在運(yùn)行中的變頻器不允許在其輸出端進(jìn)行切換；否則在切換過程中會使變頻器中的某些電子器件受到大電流沖擊而降低其壽命。在變頻泵自動輪換過程中，要在變頻器的輸出端進(jìn)行切換；為了保護(hù)變頻器，在進(jìn)行自動切換之前應(yīng)使變頻器停止運(yùn)行。在變頻器停止運(yùn)行的條件下，在其輸出端進(jìn)行切換。在切換好后再重新啟動變頻器而恢復(fù)正常運(yùn)行。因此，自動

14、輪換控制的電路比較復(fù)雜，會增加變頻控制柜的造價并降低其使用可靠性。 當(dāng)變頻恒壓變量供水系統(tǒng)具有變頻泵自動輪換功能，其優(yōu)點(diǎn)是各并聯(lián)泵可定時輪換到變頻運(yùn)行，使各并聯(lián)泵的磨損均衡。但是，在任一臺泵變頻運(yùn)行時，萬一水泵故障有可能使變頻器保護(hù)跳閘而停止工作。各并聯(lián)水泵是由變頻器控制運(yùn)行的，當(dāng)變頻器跳閘，必然使所有并聯(lián)水泵停機(jī)而中斷供水。因此，當(dāng)水泵的可靠性一定，具有自動輪換控制功能的變頻恒壓供水機(jī)的供水可靠性將低于不具備自動輪換控制功能的變頻恒壓供水機(jī)。筆者認(rèn)為，供水可靠性是主要矛盾。因此我們不主張采用6具有自動輪換控制功能的變頻恒壓給水系統(tǒng)。多泵并聯(lián)，循環(huán)軟啟動的變頻恒壓給水系統(tǒng)，同樣存在上述變頻恒壓

15、自動輪換工作模式的缺點(diǎn)。為了保證恒壓供水，同樣要求各并聯(lián)泵的大小相同。2.32.3 恒壓輸出自控系統(tǒng)分析恒壓輸出自控系統(tǒng)分析由水泵管路供水原理可知，當(dāng)節(jié)流損耗等于零，則供水系統(tǒng)具有最佳的節(jié)能效果，此時水泵的供水揚(yáng)程完全消耗在供水高度和供水流阻損失上。這種變頻調(diào)整供水稱為理態(tài)的變壓變量供水，這種供水系統(tǒng)的揚(yáng)程流量曲線和管路系統(tǒng)的流阻流量曲線重合。在理想的變壓變量供水系統(tǒng)中，在用水點(diǎn)，其揚(yáng)程恒定，屬于恒壓供水。在實(shí)際建筑中，用水點(diǎn)是多處，不是一處，因此很難確定何處是恒壓用水點(diǎn)。變壓變量供水系統(tǒng)沒有通用性，在工程上很少應(yīng)用。一種實(shí)用的變壓變量供水系統(tǒng)叫做準(zhǔn)變壓變量供水系統(tǒng)；在準(zhǔn)變壓變量供水系統(tǒng)中，其

16、恒壓值隨用水流量增加而躍階上升。例如多泵并聯(lián)恒壓供水，當(dāng)一臺泵工作，其恒壓值為 P1；當(dāng)投入一臺泵，其恒壓值自動變?yōu)?P1P1；當(dāng)二、三、四臺泵投入，其恒壓值分 別自動變?yōu)镻1P1P2，P1P1P2P3，P1P1 P2P3P4，。其中 P1，P1，P2，P3，P4， 可按需要設(shè)定；因此，準(zhǔn)變壓變量系統(tǒng)（設(shè)備）的供水特性可以十分接近理想的變壓變量供水特性，具有優(yōu)良的節(jié)能效果，這種供水系統(tǒng)（設(shè)備）具有通用性。例如國際上著名的 ABB 供水專用變頻器就具有上述的準(zhǔn)變壓變量供水控制功能。3 3 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)3.1.3.1. 水泵變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理水泵變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原

17、理由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（流量） H（壓力） ，流量 Q與轉(zhuǎn)速 N 的一次方成正比，壓力 H 與轉(zhuǎn)速 N 的平方成正比，功率 P與轉(zhuǎn)速 N 的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速 N 可成比例的下降，而此時軸輸出功率 P 成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺水泵電機(jī)功率為 55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的 4/5 時，其耗電量為 28.16KW，省電 48.8，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的 1/2 時，其耗電量為 6.875KW，省電 87.5. 功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能。7無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功

18、率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，由公式 P=SCOS，Q=SSIN，其中 S視在功率，P有功功率，Q無功功率，COS功率因數(shù)，可知 COS 越大，有功功率 P 越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6-0.7 之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COS1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。 軟啟動節(jié)能 由于電機(jī)為直接啟動或 Y/D 啟動，啟動電流等于(4-7)倍額定電流，這樣會對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能

19、裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。水泵用閥門控制時，當(dāng)流量要求從 Q1 減小到 Q2，必須關(guān)小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大，管路曲線從 R 移到 R，揚(yáng)程則從Ha 上升到 Hb，運(yùn)行工況點(diǎn)從 a 點(diǎn)移到 b 點(diǎn)。調(diào)速控制時，當(dāng)流量要求從 Q1 減小到 Q2，由于阻力曲線 R 不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把速度從 n 降到 n，性能曲線由（Q-H）變?yōu)椋≦-H）,運(yùn)行工況點(diǎn)則從 a 點(diǎn)移到 c 點(diǎn)，揚(yáng)程從 Ha下降到 Hc。根據(jù)離心泵的特性曲線公式：8NRQH102

20、 式中：N水泵使用工況軸功率（kw） Q使用工況點(diǎn)的流量（3）； H使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程（） ； R輸出介質(zhì)單位體積重量（kg3）； 使用工況點(diǎn)的泵效率（%） 。 可求出運(yùn)行在 b 點(diǎn)泵的軸功率和 c 點(diǎn)泵的軸功率分別為： NbR2b NcR2c 兩者之差為： NNcNb=R2（bc） 也就是說，用閥門控制流量時，有 N 功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時，由于流量與轉(zhuǎn)速 n 的一次方成正比；揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速 n 的平方成正比；軸功率與轉(zhuǎn)速 n 的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速 n 成次方的關(guān)系下降。如果不是用關(guān)小閥門的方法，而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況

21、下，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，取得良好的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)能原理。 3.23.2 西門子西門子 MicroMaster430MicroMaster430 變頻器的結(jié)構(gòu)及功能變頻器的結(jié)構(gòu)及功能 MicroMaster430 是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。功率范圍 7.5kW 至 250kW。它按照專用要求設(shè)計，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)（BiCo）技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性。控制軟件可以實(shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)行方式等。 主要特征：主要特征： 380V-480V10%，三相，交流，7.5kW-250kW； 風(fēng)機(jī)和泵類變

22、轉(zhuǎn)矩負(fù)載專用； 牢固的 EMC（電磁兼容性）設(shè)計，控制信號的快速響應(yīng)；控制功能：控制功能： 線性 v/f 控制，并帶有增強(qiáng)電機(jī)動態(tài)響應(yīng)和控制特性的磁通電流控制（FCC），多點(diǎn) v/f 控制； 9內(nèi)置 PID 控制器； 快速電流限制，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘； 數(shù)字量輸入 6 個，模擬量輸入 2 個，模擬量輸出 2 個，繼電器輸出 3 個； 具有 15 個固定頻率，4 個跳轉(zhuǎn)頻率，可編程； 采用 BiCo 技術(shù)，實(shí)現(xiàn) I/O 端口自由連接； 集成 RS485 通訊接口，可選 PROFIBUS-DP 通訊模塊； 靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，可選平滑功能； 三組參數(shù)切換功能：電機(jī)數(shù)據(jù)切換，命令數(shù)據(jù)切換； 風(fēng)

23、機(jī)和泵類專用功能： o多泵切換 o旁路功能 o手動/自動切換 o斷帶及缺水檢測 o節(jié)能方式 保護(hù)功能：保護(hù)功能： 過載能力為 140額定負(fù)載電流，持續(xù)時間 3 秒和110額定負(fù)載電流，持續(xù)時間 60 秒; 過電壓、欠電壓保護(hù)； 變頻器過溫保護(hù)； 接地故障保護(hù)，短路保護(hù)； I2t 電動機(jī)過熱保護(hù)； PTC/KTY 電機(jī)保護(hù)。 3.3 頻調(diào)速系統(tǒng)基本工作原理及系統(tǒng)控制過程變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系： n（） 式中：水泵電機(jī)的電源頻率（）； 電機(jī)的極對數(shù)； 由上式可知，均勻改變電動機(jī)定子繞組的電源頻率，就可以平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率10就相應(yīng)減少

24、，電動機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。 3.33.3 變頻調(diào)速系統(tǒng)基本工作原理及系統(tǒng)控制過程變頻調(diào)速系統(tǒng)基本工作原理及系統(tǒng)控制過程3.3.13.3.1 基本工作原理基本工作原理目前，國內(nèi)在水泵控制系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術(shù)，大部分是在開環(huán)狀態(tài)下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，以達(dá)到調(diào)速目的. 系統(tǒng)主要由四部分組成：(1)控制對象(2)變頻調(diào)速器(3)壓力測量變送器（）(4)調(diào)節(jié)器（）. 系統(tǒng)的控制過程為： 由壓力測量變送器將水管出口壓力測出，并轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號，送到調(diào)節(jié)器與工藝所需的控制指標(biāo)進(jìn)行比較，得出偏差。其偏差值由調(diào)節(jié)器按預(yù)先規(guī)定的調(diào)節(jié)

25、規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算得出調(diào)節(jié)信號，該信號直接送到變頻調(diào)速器，從而使變頻器將輸入為的交流電變成輸出為連續(xù)可調(diào)電壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機(jī)。 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的原理如下：系統(tǒng)下達(dá)指令由變頻器自動啟動第一臺泵運(yùn)行，系統(tǒng)檢測給水管的水壓，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時，如水壓未達(dá)到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自啟動工頻直供電，如變頻器運(yùn)行到工頻狀態(tài)時供水母管壓力仍未達(dá)到設(shè)定壓力值系統(tǒng)自動將第三臺工頻泵啟動運(yùn)行，直至壓力達(dá)到設(shè)定值。若系統(tǒng)需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動降低變頻器的運(yùn)行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動停止第三臺工頻水泵運(yùn)行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是：始終利用一臺

26、變頻器自動調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時間以管網(wǎng)的實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的差值決定，同時保證管網(wǎng)的壓力動態(tài)恒定。變頻改造后性能 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)應(yīng)用具備以下功能：變頻器的速度響應(yīng)要很快，避免在切換過程中導(dǎo)致水壓波動。系統(tǒng)的程序執(zhí)行單元-可編程控制器（PLC）可根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際需要進(jìn)行時間、幅值和程序的調(diào)整，同時要保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。控制系統(tǒng)有清晰準(zhǔn)確的電11流、電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率、數(shù)字式壓力顯示器等顯示儀表。變頻改造主要配置變頻改造主要配置變頻器控制系統(tǒng)可編程控制器；A/D、D/A 擴(kuò)展功能模塊溫控器壓力傳感器主斷路器 交流接觸器 熱過載繼電器 電氣柜指示燈/轉(zhuǎn)換開關(guān)/按鈕交流電壓表、交流電流表、互

27、感器數(shù)碼 LED 顯示器高穩(wěn)定度開關(guān)電源控制電源濾波器 3.3.23.3.2 華能玉環(huán)電廠生活水自動恒壓控制系統(tǒng)概況華能玉環(huán)電廠生活水自動恒壓控制系統(tǒng)概況玉環(huán)電廠生活水系統(tǒng)采用三路管道配三臺 AG80-250A 型立式離心泵（上海阿波羅機(jī)械制造有限公司出品，揚(yáng)程 64m流量4160m3/h）并列采水，兩路母管并聯(lián)供水設(shè)計，總體控制采用西門子 430 變頻器及 PLC 程序恒壓自動控制。其中#1 泵配用上海先鋒電機(jī)廠生產(chǎn)的變頻調(diào)速異步電動機(jī)（BPY1601-2/18.5KW） ，#2、#3 泵配用 18.5KW 工頻電動機(jī)。正常供水壓力設(shè)定為 0.5Mpa，出口母管配用 3051 型壓力變送器及

28、SIEMENS 流量計采集反饋控制信號。設(shè)備概況如圖：12當(dāng)系統(tǒng)置于自動運(yùn)行狀態(tài)時，PLC 按變頻運(yùn)行方式對三臺水泵進(jìn)行自動控制。首先#1 泵啟動變頻運(yùn)行，當(dāng)流量增大，管網(wǎng)壓力小于下限報警點(diǎn)時，PLC 延時確認(rèn)#2 泵啟動并聯(lián)運(yùn)行。如果流量繼續(xù)增大，管網(wǎng)壓力還小于下限報警點(diǎn)時，PLC 延時確認(rèn)#3 泵啟動并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)管網(wǎng)壓力由于流量減小,可調(diào)頻率已到達(dá)設(shè)定下限時，PLC 延時確認(rèn)停止#2 工頻泵。依次類推，系統(tǒng)將隨管網(wǎng)壓力變化自動替換上述運(yùn)行過程。如果設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中變頻器故障，PLC 會自動停止變頻泵運(yùn)行，而啟動一臺工頻泵運(yùn)行；變頻器故障需人工復(fù)位方可再次投入運(yùn)行。系統(tǒng)工作壓力既可以從觸摸屏設(shè)

29、置，也可以通過遠(yuǎn)程模擬設(shè)置，即遠(yuǎn)程 420mA 對應(yīng)系統(tǒng)默認(rèn)的 01Mpa 壓力。13生活水系統(tǒng)電氣設(shè)計采用兩路 380V 交流電源互為備用供電方式，設(shè)計現(xiàn)場手動及遠(yuǎn)方自動兩種運(yùn)行方式，可在控制柜面板上切換選擇。每臺電動機(jī)都采用空氣斷路器，接觸器控制回路，輸出電流信號可采集并配有出口母管壓力、流量數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控。3.43.4 水泵變頻調(diào)速應(yīng)用的注意事項(xiàng)水泵變頻調(diào)速應(yīng)用的注意事項(xiàng) 水泵調(diào)速一般是減速問題。當(dāng)采用變頻調(diào)速時，原來按工頻狀態(tài)設(shè)計的泵與電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)均發(fā)生了較大的變化，另外如管路特性曲線、與調(diào)速泵并列運(yùn)行的定速泵等因素，都會對調(diào)速的范圍產(chǎn)生一定影響。超范圍調(diào)速則難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。因此，

30、變頻調(diào)速不可能無限制調(diào)速。一般認(rèn)為，變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速 50，最好處于 75100，并應(yīng)結(jié)合實(shí)際經(jīng)計算確定。 3.4.13.4.1 水泵工藝特點(diǎn)對調(diào)速范圍的影響水泵工藝特點(diǎn)對調(diào)速范圍的影響 理論上，水泵調(diào)速高效區(qū)為通過工頻高效區(qū)左右端點(diǎn)的兩條相似工況拋物線的中間區(qū)域。實(shí)際上，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速過小時，泵的效率將急劇下降，受此影響，水泵調(diào)速高效區(qū)萎縮,若運(yùn)行工況點(diǎn)已超出該區(qū)域，則不宜采用調(diào)速來節(jié)能了。 3.4.23.4.2 定速泵對調(diào)速范圍的影響定速泵對調(diào)速范圍的影響 實(shí)踐中，供水系統(tǒng)往往是多臺水泵并聯(lián)供水。由于投資昂貴，不可能將所有水泵全部調(diào)速，所以一般采用調(diào)速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統(tǒng)中

31、，應(yīng)注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效段運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。此時，定速泵就對與之并列運(yùn)行的調(diào)速泵的調(diào)速范圍產(chǎn)生了較大的影響。主要分以下兩種情況： 同型號水泵一調(diào)一定并列運(yùn)行時，雖然調(diào)度靈活，但由于無法兼顧調(diào)速泵與定速泵的高效工作段，因此，此種情況下調(diào)速運(yùn)行的范圍是很小的。不同型號水泵一調(diào)一定并列運(yùn)行時，若能達(dá)到調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)速時高效段右端點(diǎn)揚(yáng)程與定速泵高效段左端點(diǎn)揚(yáng)程相等。則可實(shí)現(xiàn)最大范圍的調(diào)速運(yùn)行。但此時調(diào)速泵與定速泵絕對不允許互換后并列運(yùn)行。 3.3. 4.34.3 電機(jī)效率對調(diào)速范圍的影響電機(jī)效率對調(diào)速范圍的影響 14 在工況相似的情況下，一般有 Nn3，因此隨著轉(zhuǎn)速的下降，軸功率會急劇下降，但若電機(jī)輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工頻，都會使電機(jī)效率下降過快，最終都影響到整個水泵機(jī)組的效率。而且自冷電機(jī)連續(xù)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，也會因風(fēng)