【摘 要】介紹了變頻器工作原理、水泵變頻調(diào)速節(jié)能原理及一種變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在水庫供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。以此改善了水庫供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，達(dá)到節(jié)能目的。

【關(guān)鍵詞】變頻器 異步電動(dòng)機(jī) 調(diào)速 恒壓供水 節(jié)能

一、引言

目前，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法很多，調(diào)壓、串級(jí)、滑差、變頻等方式都有不同程度地應(yīng)用于各種各樣工控領(lǐng)域。隨著變頻技術(shù)發(fā)展，變頻器越來越多地被應(yīng)用于調(diào)速場(chǎng)合。本文介紹了變頻器基本原理、泵的節(jié)能原理及在水庫改造中設(shè)計(jì)的一套變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)大大提高了水庫控制精度及運(yùn)行穩(wěn)定性，節(jié)能效果明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40%。

二、變頻器的原理

（一）工頻以下的變頻調(diào)速

這種情況調(diào)速時(shí)磁通保持恒定。要保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變，就要使電機(jī)磁通φm恒定，根據(jù)上式可知，電機(jī)定子頻率和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同時(shí)減小時(shí)才能保證等號(hào)成立，因此必須在電動(dòng)勢(shì)和頻率的比值為定值的前提下進(jìn)行調(diào)頻控制。

（二）工頻以上的變頻調(diào)速

當(dāng)工頻f1N增大，而電機(jī)定子電壓U1不能高于它的額定電壓，只能等于額定電壓U1N。這樣當(dāng)頻率f1增大時(shí)，電機(jī)磁通必須減小，才能保證E1=4.44f1N1φm等式成立。

三、變頻器在水庫供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）水泵的工作特性

當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速為n1時(shí)，揚(yáng)程-流量的特性為曲線①；當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速為n2時(shí)，揚(yáng)程-流量的特性為曲線⑤；當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速為n1時(shí)，功率-流量的特性為曲線②；水泵管阻特性為曲線③和曲線④。設(shè)水泵最高效率為A點(diǎn)，流量Q輸出為1，則軸功率P1正比于流量、揚(yáng)程的乘積面積AH1OQ1。要減小流量從Q1到Q2時(shí)，如果使用傳統(tǒng)方法關(guān)小閥門，由于阻力加大，管阻特性就要從曲線③調(diào)整到曲線④，水泵運(yùn)行由原來的A工作點(diǎn)調(diào)整到新的B工作點(diǎn)。這時(shí)，水泵揚(yáng)程增大，軸功率P2正比于流量、揚(yáng)程的乘積面積BH2OQ2。假果使用變頻調(diào)速，水泵從轉(zhuǎn)速n1減小到n2，當(dāng)保持流量Q2恒定時(shí)，大幅降低水泵揚(yáng)程H3，軸功率P3正比于面積CH3OQ2。比較三種運(yùn)行方式下的軸功率，顯然P3比P1、P2明顯小，節(jié)約的能耗耗ΔP正比于面積BH2H3C，可見變頻調(diào)速節(jié)能效果顯著。

（二）恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)

恒壓供水指的是無論管網(wǎng)流量多少，總能讓管網(wǎng)的壓力保持恒定。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要變頻器、給定壓力和反饋壓力三者形成閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制管網(wǎng)中水壓恒定目的。下面介紹變頻器一拖二恒壓供水系統(tǒng)在水庫中的應(yīng)用。

1.控制系統(tǒng)。變頻器一拖二恒壓供水就是系統(tǒng)中兩臺(tái)水泵，一用一備，當(dāng)主用泵故障或檢修時(shí)，投入備用泵運(yùn)行，供水保持連續(xù)性，并且當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可手動(dòng)實(shí)現(xiàn)變頻/工頻切換。

2.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)主要由ABB ACS800 變頻器、軟起動(dòng)器和壓力顯示控制儀組成。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能如下：

（1）該系統(tǒng)為一拖二、變頻/工頻手動(dòng)轉(zhuǎn)換的恒壓供水系統(tǒng)，通過萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇任意一臺(tái)泵為變頻主泵，另一臺(tái)泵為工頻備用泵。這樣就能滿足運(yùn)行期間定期檢修泵的要求。

（2）ABB ACS800 變頻器是集微電腦控制器與通用變頻器于一體的變頻器。壓力給定通過變頻器控制面板直接輸入微電腦控制器內(nèi)。

（3）變頻器根據(jù)給定壓力和反饋壓力大小進(jìn)行變頻，從而進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行。

（4）變頻器具有電動(dòng)機(jī)過電流、過電壓、過載、欠電壓、缺相等故障保護(hù)功能。

（5）泵工頻起動(dòng)時(shí)通過軟起動(dòng)器進(jìn)行起動(dòng)，避免了起動(dòng)泵時(shí)對(duì)電網(wǎng)的干擾。

四、結(jié)束語

該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配置靈活，具有良好的軟啟動(dòng)性能及帶負(fù)載能力，其動(dòng)態(tài)性和穩(wěn)態(tài)性均能滿足水庫供水工藝的要求。系統(tǒng)運(yùn)行后具有明顯的節(jié)能降耗作用，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]電機(jī)學(xué)，煤炭工業(yè)出版社

[2]黃俊，王趙安，電力電子變流技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，1999

[3]韓安榮，通用變頻器及其應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2000