高压变频调速器在送水系统中的应用及节能分析

高压变频调速器在送水系统中的应用及节能分析

变频节能及软起动系统

高压变频调速器在送水系统中的应用及节能分析李海(钢钒能动中心，川攀枝花 6 7 6 )攀四 1 0 7

摘

要：绍采用高压变频调速器来实现恒压供水的原理，着重介绍节能降耗的经济效益。介并

关键词：高压变频调速器；理；能效果原节

HihV l g rq e c n e t r e ae p l S se a d E e g g ot e F e u n yCo v r a e Us d i W t r n Su py y t m n n ry’

S vn ay i a igAn ls sU Ha i

( n agGr u o ayLd P nhiu 1 0 7 Chn ) Pag n o pC mp n t, az h a6 7 6, iaAb t c: e r cpe o c n tn p e s r sr t a Th p n ils f o s t rsu ewa r u pyb ihv l g rq e c c n etr r i t d c d T e n ry svn c n mi i a t s p l yhg ot ef u n y o v r ae n r u e . h e eg i geo o c e a e e o ab ne t sd suse n d ti. e f si ic sdi eal i

Ky e wors h g otg rq e c o v e r pi c ls e eg v ge e t d: ihv l ef u n yc n e t; r i e; n r s i f cs a e e n p y an

0引言众所周知，压电动机的应用极为广泛，工矿高是企业中的主要动力设备。广泛用于拖动风机、类及它泵

坏设备、影响生产、危及产品质量。电动机起、停频繁，

而水泵的实际效能很低，能源消耗大，水泵实际耗电率仅占3%一 0而6%~ 0 0 4%, 0 7%的电能都消耗在诸如调节阀门、挡板相关设备及各种送水管网的压降力上。而且，这种操作方式因为所需时间长，口压力不能及时达出到恒压类设备多数采用异步电动机直接起动的方泵式运行，在起动电流大、械冲击、存机电气保护特性差

各种其它大型机械，而且绝大部分都有调速的要求，但

目前的调速和起动方法仍很落后，浪费了大量能源且造成机械寿命降低。因此，应用高压变频调速装置的效益和潜力是非常大的。压变频器可与标准的中、功高大

率交流异步电动

机配套组成交流变频调速系统，用来驱动风机、水泵和各种机械传动装置，达到节能、高效、提高产品质量的目的。

等缺点，不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，常出现泵损坏同时时

电机也被烧毁的现象。其电能消耗和备品备件消耗是一

笔不小的生产费用开支。所以，攀钢集团新钢钒能动

l旧系统的缺点攀钢集团新钢钒能动中心负责整个公司主体厂

中心逐步采用高压变频器实现三相交流异步电动机的无级调速来降低能耗。

矿的给、排水任务，均采用恒压供水。生产需求发生变化，供水量也会相应增大或减少。为了使供水管网保持一

2 i ieMV 65 0 Dr— O/0型高压变频器 Ar v采用的高压变频器是A ir e r i— 0/0型。 D v MV 6 0它采用 5了交一直一交变频原理，把工频交流通过整流器变先

定恒压，通常采用几台供水机组为一个系统向用户

恒压供水。设为 3如其中2假台，台机组正常运行，另则

1台机组时开时关，再采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、力、位等信号的控制。种恒压 压水这

成平滑的直流，然后利用半导体器件 I T成的三相 GB组逆变器，直流电变成可变电压和可变频率的交流电。将 它的特点是直接输出高压，出频率范围宽，输省去了输

方式不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏，加速了泵腔、还阀体的磨损和气蚀，重时损严

入、输出变压器，减少了损耗，提高了设备效率。它是采用低压变频器串联构成的高压变频器，即带分离直流

电源的串联型多电平变频器，也称低压 H桥变频器串作者简介：海(9 0)电工高级技师，李 17一，从事高、低压电气设备检修及点检工作。

联式高压变频器。网电压经变压器降低到所允许的电

电压，在逆变器各相中，串入单相变频器，经低压单相变频器变频后，实现高压输出，直接供给高压电动机。自动化应用 j2 1 8 0 0i期 2 5

收稿日期：0 0 32 2 1-—2 0

高压变频调速器在送水系统中的应用及节能分析

变频节能及软起动系统

颦辫

哆

电流波形接近正弦，输出电压的高低范围由单相变其

频器串入的数量决定。它采用

/j制功能，厂空通过控制变频器，使电动机的转矩得到不同程度的补偿，以满足生产机械的要求。频运行时，率和电压是不变的，工频作为传递能量的磁通变化也不大，以影响电流大小的所主要因素就是电动机转轴上负载转矩的大小，载越负重，电流越大。而在变频调速的情况下，率和电压然频

都是改变的，在选定，,值的情况下，电动机的定子电流不会超过额定值，即输入功率与输出功率正好平衡，保证了在频率较低时也能带动负载。因此，这种方案是目 前6 0 V高压大功率变频最可行的方案。 00A i r eMV 65 0 r i— 0/0型高压变频调速系统具有如下 D v特点： ( )用等效 3脉波整流电路，出电流谐波含量 1采 6输完全满足国际上通行的I E 5 9 19和我国国标G/ E E 1 .9 2 B T 4 4—3求，入电网侧不需要安装补偿装置或谐 1 5 99要输波滤波器。 (采用多重化的脉宽调制技术，出电流波形更 2)输加逼近正弦，次谐波含量小。出电压波形为多电平低输正弦P M波， W噪音低，热低， vd比传统变频器小得发 d/t多。于电机没有特殊要求，用于普通电机，且电对适而机无需降容使用，于改造更新原有系统。易 图 1流量一程 (压力 )特性曲线扬, 7=C ( 一 ( Q/n ) Q/n )

式中，7、 n分别为效率、, Q、。流量和转速的相对

值； c均为常数， C、由制造厂家提供，通常遵循C 一=

1。

由公式可知，当通过关小阀门来减小流量时， 由于转速不变 n=1 ,则：, 7=C a一C a P

可见，随着流量的减小，水泵工作效率的降低是十分显著的。而转速控制方式，在阀门开度不变的情况下流量和转速是成正比的，泵的工作效率总是处于水最佳状态。

() 3运行效率高。效率高达9%, 7并且不随负载变化影响，低的输出电流谐波使电动机的谐波损耗可以较忽略。

33电动机效率 .在设计供水系统时由于对用户的管路情况无法预测，阻特性难以准确计算，须对用户的需求留有管必足够的余地。此，使在用水流量的高峰期

,因即电动机

(采用模块化设计， 4)维护简单。由于所有的功率单元都是相同的，旦功率单元出现故障，一可在很短的时间内将其替换掉，生产的影响很小。对

也常常处于轻载状态，,其效率和功率因数都较低。 采用转速控制方式，可将排水阀完全打开而适当降低转速，电动机在低频运行时，变频器具有能够根据负载轻重

() 5选用国外高品质的功率元器件，控制回路与功率主回路之间通过光纤传输，整个系统具有很高的可靠性。

调整输入电压的功能，从而提高了电动机的工作效率。

(智能操作面板， 6)可以设置各种参数，并能显示故障信息。

34节能计算 .由变频和工频数据对比可知，使用变频器后电机的功率因数可达 09以上， .6远大于工频时的 08而且输 .,入电流显著减小，电效果相当明显。节 以攀钢集团新钢钒能动中心现在已经使用了变

3节能分析31流量控制 .在供水系统中最根本的控制对象是流量。常见的

频调速的某水泵为例。该水泵配用的电机为Y3 5 4 5 M一型水冷式高压异步电动机，额定功率2 0 W, 5 k工频运行时输入电压6 V、 k平均输入电流2 .A、 96功率因数08而变 _;频运行时输入电压6 V、 k平均输入电流1 .A、 2功率因数 509 .6。

控制方法有阀门控制法和转速控制法，如图 1所示。从图1可见，速控制方式所需的供水功率比阀门转控制方式小得多。者之差 AP便是转速控制方式节两 约的供水功率。

32水泵的工作效率 .据有关资料，水泵工作效率相对值的近似计算公式如下：

工频运行时消耗的功率：P . .3=17 2Ulo cs

(下转第 2页) 9

2 WW a t—p lc m自动化应用 6 W. oa py o u .

高压变频调速器在送水系统中的应用及节能分析

H川

及 P LG控制系统

障灯亮。

正常水泵加压后压力为 5~ 3 s,定报警压力为 4 0 5 P i设 5

() 3增加储水罐缺水自动停泵并报警功能：储水罐增设液位浮球控制水泵运行，免缺水时水泵空转，避

Pi当水泵出水压力低于4 Pi X闭合， 5 Y置 1水 s, 5s时， 5 Y、6,泵故障指示灯亮且警铃响起。

当储水罐缺水时自动停泵并及时报警。

(: H 4)￣ KDF冲洗电动装置故障时自动报警功反能：单个 K F常反冲洗耗时刚好5 mi, D正 0 n如果反冲洗电动装置出故障(电机M 3 M4齿轮损坏 )即使反冲洗、或，时间到，冲洗装置的限位开关却仍未断开，延时反则3s 0报警。

(增加各滤水器因脏堵造成水压过低的自动报 7)警功能：在末级2 .5 m滤水器出水管上各装一个电个04触点压力表(号： S SC 5 )正常压力为7 1P i型 Y N—0 0,￣ 0 s设，定报警压力为 5 s, P i当末级出水压力低于 5 s时， 0 P i x1或 X1闭合， 5 1警铃响起。 1 Y置， ( )障报警时能快速识别，工程人员及时快速 8故使地处理各类故障：当水泵系统出现故障时，水泵故障灯亮且警铃响( 5 Y置 1; D反冲洗装置出故障时， Y、 6 )当K F K故障灯亮且警铃响起 (、置 1; DF Y5 Y7 )当滤水器脏堵

() 2 5使个KD滤水器能逐个自动反冲洗以及增加 F水压过低时停止反冲洗并自动报警功能：用步进指利令编程， 2￣ S 3￥ 2[ 2分别对应 IKDF 2 KDF可以避免工 I#和#,

作人员因贪图方便而同时将 2 KDF反冲洗。 1 个在#、

时，只有警铃响，因各滤水器的出水管都安装有压力表 (除上述的5电触点压力表，个其余都是普通压力表 ), 警铃响起时，观察各压力表即可判断是哪一个滤水器脏堵需要更换。参考文献

2 KDF#滤水器进水管上各装一个电触点压力表 (型号YS SC 5 )正常时水压为 3￣ 7 s设定报警压力为 N—00, 5 3 Pi, 3 Pi 0 s如果 1 m或5 m芯脏堵而导致 K F, 0 滤 D进水端水压低于设定值时，K不执行反冲洗并报警， DF这样可避免水压过低导致反冲洗不干净。 DF K滤水器要求每 3天

【]廖常初 .L编程及应用(版 ) . 1 PC第2[北京： M]机械工业出版社 .0 5 2 0

反冲洗一次，态图中T7和C 3配合使用可做到，状 T=1 0 0 05, 4 7 8 0= .h 1 4×05= d .h 3。

【]高钦和 .编程控制器应用及设计实例【 .京：民 2可 M】北人邮电出版社， 0 4 2 0

(

增加水泵出水压力过低的自动报警功能：水 6)在泵出水管下安装一个电触点压力表 (型号 Y N— 2 ) S SC10,

【】岳庆来， .编程序控制器及触摸屏综合应用技术 3等可【】京：械工业出版社，0 7 M .北机 2 0

(第2页)上接 6

4结语= 17 .32× 6 kV× 296 .A× 0. 4 0 W 8=2 6.

由于电机降低速度运行以及工作在高效率区， 因此电机和轴承的温度都明显低于以前，这样可以延长水泵系统的使用寿命，既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，且大大减少了设备维护、修费用。并维对于大型泵类的负载，高压变频调速来调节流量，通用与过调节阀门来调节流量的方法相比，能效果是十分节

变频运行时消耗的功率：P变=1 3/o . 2U c s 7=

1 3 . 2×6 V×1 .×09=1 164 W 7 k 52 A .6 5 . k

使用变频器转速控制法的节电率：(工一变/工×[ P P )] P1 0 3 .%。 0%= 84

节能效果非常显著。一

显著的。参考文献【]许晓峰 . 1电机及拖动【】北京：等教育出版社， 0 0 M .高 2 0

天节省电量：

(4 . k一1 1 4 W )× 4= 2 6 6 W h 26 8W 0 5.k 6 2h 2 6 . k 5一

午按3 0每度电按04元计算， 0天、 .8一年节省电费

为3 6 8 .元。 23 4 4 6

[】张燕宾. 2变频调速应用实践【】京：械工业出版社， M .北机20 05

再加上节省的设备维修费和人工费，台机组每一

年总的可节约 40万元。钢集团使用最多的是 攀

【】佟纯厚 .近代交流调速【】北京：金工业出版社， 3 M .冶20 04

5 0 W、k 0 k 6 V的电机，以后逐步使用变频调速后，型该

号的机组每台每年可节约 1 0 0万元左右，节能降耗空间很大。

[】张燕宾，纲衡，瑞球 .用变频调速技术培训教程 4胡唐实[]京：械工业出版社，0 4 M .北机 20

自动化应用 2 1 8 0 0:期

2 9

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wgvj.html