《電子技術(shù)應(yīng)用》
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羅克韋爾自動化低壓變頻器在給水系統(tǒng)中的合理利用

2008-05-16
作者:高天峰
一.天津紀(jì)莊子再生水廠居民區(qū)泵房供水現(xiàn)狀:
天津紀(jì)莊子再生水廠居民區(qū)送水泵設(shè)計(jì)日供水能力為3萬噸/日,,主要為梅江居住區(qū)居民用戶提供生活雜用水,,小區(qū)景體補(bǔ)水,園林綠化及水廠生產(chǎn)用冷卻水,、循環(huán)水,。居民區(qū)送水泵房采用的設(shè)備類型為中開雙吸給水泵,其中4臺型號HV200-150-400/4P -55KW臥式泵(2臺采用變頻控制,,2臺為定速控制,,功率為55KW),2臺型號為ESV-80-50-200/2P-18.5KW立式泵(1臺為變頻器控制,,1臺為定速控制,,功率為18.5KW)。對外供水系統(tǒng)為恒壓" title="恒壓">恒壓供水:由于眾多用戶不同時刻用水需求不同,,供水系統(tǒng)中供水量為實(shí)時變化,,為保證用戶恒壓用水需求,就需要變頻泵參與運(yùn)行,,通過變頻器調(diào)整電動機(jī)頻率,,改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速,從而調(diào)整送水量,,得以維持管網(wǎng)恒壓,,(即用戶用水量瞬間增大,管網(wǎng)壓力出現(xiàn)減小趨勢,,變頻器頻率增加,,電機(jī)轉(zhuǎn)速加快,送水泵出水量增加,,使管網(wǎng)壓力重新回到設(shè)定值,。反之亦然。)這樣能保證所有用戶正常用水,。
二.低壓變頻器調(diào)速技術(shù)原理:
(一)調(diào)速就是在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速,,以滿足生產(chǎn)過程的要求。在討論變頻器調(diào)速時,,首先研究公式:
n = (1- s ) n0 = (1- s ) 60 f1 / p (1)
其中: n : 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
n0: 電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速
s : 電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率
p: 電動機(jī)繞組的極對數(shù)
通過公式(1)表明,,改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能:
a. 變極調(diào)速
b. 變頻調(diào)速
c. 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速
(二)變頻調(diào)速技術(shù)" title="變頻調(diào)速技術(shù)">變頻調(diào)速技術(shù)
近年來變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快,目前主要采用如下圖所示:


變頻器是由可控硅整流器和可控硅逆變器組成,。整流器先將50HZ的交流電變換為直流電,,再由逆變器變換為頻率可調(diào)、電壓有效值也可調(diào)的三相交流電,供給異步電動機(jī),。由此可得到電動機(jī)的無級調(diào)速,,并具有硬的機(jī)械特性。
三.變頻器的合理節(jié)能利用
(一)送水變頻泵流量與轉(zhuǎn)速,、頻率的關(guān)系:
Q1 = ( n1 / n) Q (2)
其中: n : 泵的額定轉(zhuǎn)速
Q :泵的額定流量
n1 : 泵在低于額定轉(zhuǎn)速下的某一速度
Q1:與轉(zhuǎn)速n1對應(yīng)的出水流量
根據(jù) n = 60f1 (1- s ) / p (3)
可得 Q1 = ( f / f1 ) Q (4)
其中:f 1 :電源的頻率(50HZ)
f :與電動機(jī)某一轉(zhuǎn)速 n1對應(yīng)的頻率
(二)送水變頻泵功率與轉(zhuǎn)速,、頻率的關(guān)系
N1 = (n1 / n)3 N (5)
其中:N:泵的額定功率
N1:與轉(zhuǎn)速 n1對應(yīng)的功率
根據(jù)公式(3)與公式(5)可得到功率與頻率之間的關(guān)系:
N1 = (n1 / n)3 N = (f / f1 )3 N (6)
(三) 送水泵揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速、頻率的關(guān)系:
H1 = (n1 / n )2 H (7)
其中:H:泵的額定揚(yáng)程
H1:與n1對應(yīng)的揚(yáng)程
通過公式(3)與公式(7)可得出:
H1 = (f / f1 )2 H (8)
(四) 使用變頻器達(dá)到節(jié)能目的的結(jié)論與措施:
(1)實(shí)際運(yùn)行過程中我們使用小變頻泵(18.5KW),,在流量為0m3/h~80 m3/h時,,對應(yīng)的頻率變化在25HZ~43HZ之間,根據(jù)公式(6),,理論計(jì)算小變頻泵的功率變化在2.3~11.76KW之間,;而使用大變頻泵(55KW),在 流量為0m3/h~80 m3/h時,,對應(yīng)的頻率在30HZ~34HZ之間,,根據(jù)公式(6)計(jì)算,大變頻泵的最小功率消耗" title="功率消耗">功率消耗不低于11.88KW,。由此可見,,當(dāng)外網(wǎng)需水量為小流量時(如冬季或夜間恒壓供水" title="恒壓供水">恒壓供水時),我們可運(yùn)行小變頻泵,,降低電網(wǎng)消耗。
(2)通過公式(6)與(8)我們可得到送水變頻泵功率與揚(yáng)程的關(guān)系:
N1 / N = (f / f1)3 (9)
H1 / H = (f / f1 )2 (10)
N1 /N = (H1 / H )3/2 (11)
由公式(11)可以看出,,當(dāng)揚(yáng)程降低時,,即管網(wǎng)恒壓值降低時,變頻器的功率消耗也會降低,,當(dāng)我們的供水用戶同時用水概率教低時,,特別是在夜間,我們可以將管網(wǎng)恒壓值設(shè)定的適當(dāng)?shù)鸵恍?,會降低變頻泵的能量損耗,。
四. 變頻器在城市給水" title="城市給水">城市給水系統(tǒng)中合理利用的展望
現(xiàn)代城市給水系統(tǒng)中,采用變頻泵調(diào)整出水流量,,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通過手動調(diào)整出水閥門開度,,是近代人類科技不斷進(jìn)步的結(jié)果,同時也降低送水泵的能耗,,降低了水廠的運(yùn)行成本,,增強(qiáng)對外供水的穩(wěn)定性,可靠性,,從電氣角度使水廠向“低耗高效”實(shí)現(xiàn)了跨越發(fā)展,。如何充分利用好變頻器對水廠運(yùn)行意義重大。
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