水泵變頻器控制節(jié)能原理、特性、控制設(shè)計分析
在一般情況下,水泵采用恒速交流電動機(jī)拖動,而用水量卻是變化的,為了保證水池的正常供水,工人要在現(xiàn)場經(jīng)常調(diào)節(jié)擋板或閥門開度大小來控制水泵的抽水量,或者將水池中用不完的水白白流掉。這樣做不僅增大了工人的勞動強(qiáng)度,而且有大量的電能浪費在水泵閥門阻力的損失上。因此就要求水泵處于變工況運行,若利用變頻器進(jìn)行調(diào)速,以調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的方法取代調(diào)節(jié)擋板或閥門,則不僅可以減輕工人勞動強(qiáng)度,還能達(dá)到節(jié)約電能目的,對提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。
1、水泵特性分析
根據(jù)離心泵特性曲線的有關(guān)公式:
P=K1Qh (1)
Q=K2n (2)
H=K3n2 (3)
由(1)、(2)、(3)式得:
P=k4n3 (4)
P/Q=K5n2 (5)
式中:K1,K2,K3,K4,K5為常數(shù):
P為泵機(jī)軸功率;
Q為泵機(jī)流量;
H為泵機(jī)揚程;
n為泵機(jī)轉(zhuǎn)速。
(1)式中說明在相同的軸功率下,若通過出口閥門調(diào)節(jié)泵機(jī)流量,將引起泵機(jī)揚程的相應(yīng)改變,流量越小,揚程變得越大,但實際抽水時,由于揚程是基本不變的,由此就產(chǎn)生了更多的富余揚程。
(4)式說明泵機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,若設(shè)法降低轉(zhuǎn)速,就可以減小泵機(jī)軸功率,再由(1)可知,就可實現(xiàn)流量或揚程的自由調(diào)節(jié)。
?。?)式說明單位時間內(nèi),排放每m3 水能耗(即功耗)與轉(zhuǎn)速立方成正比,這說明在達(dá)到實際供水流量前提下,轉(zhuǎn)速越小,功耗越小。
2、電機(jī)特性分析
根據(jù)交流電動機(jī)的工作原理:
n=60\p.f(I-s)(6)
式中:f為電機(jī)的電源頻率;
p為電機(jī)的磁極對數(shù);
S為轉(zhuǎn)差率。
由于電機(jī)的S和P為常數(shù),所以(6)式可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率有固定的正比例關(guān)系。
3、節(jié)能原理
由電機(jī)特性分析可知,均勻改變電機(jī)供電頻率F,就可以平滑地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變泵機(jī)的轉(zhuǎn)速;結(jié)合泵機(jī)特性分析,降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速,電動機(jī)輸入功率也隨之減少,泵機(jī)軸功率就相應(yīng)減少。這就是變頻器控制水泵的節(jié)能原理。
另外,水泵起動時的急扭和突然停機(jī)時的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動或破裂,嚴(yán)重的可能造成電機(jī)的損壞,水泵采用變頻器調(diào)速以后,可以根據(jù)工藝的需要,實現(xiàn)泵機(jī)的軟啟和軟停,從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在用水量不大的情況下,可以降低泵機(jī)的轉(zhuǎn)速,這樣不僅避免了水泵長期工作在滿負(fù)荷狀態(tài),造成的電機(jī)過早的老化,而且變頻器的軟啟動大大減小泵機(jī)啟動時對機(jī)械的沖擊,也具有節(jié)能的作用,其節(jié)電率一般在15%-40%左右。
水泵變頻控制設(shè)計
變頻器選用 變頻器作為就頻調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行單元。 變頻器是高性能空間電壓矢量控制通用變頻器。
它具有如下特點:
32位DSP電機(jī)控制專用微處理器,高精度頻率輸出。
新穎的功率累計功能,觀察節(jié)能效果更直觀方便。
獨特時間累計功能,可以顯示單次通電運行時間,累計運行時間。
內(nèi)置RS-485接口,可計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制。多信號輸入,內(nèi)置簡易PLC,自動化控制更方便。
參數(shù)交互功能,設(shè)定方便。
載波頻率可調(diào),靜音運行。
控制方式多樣化,通用性強(qiáng)。
內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能,閉環(huán)控制簡單。
低速額定轉(zhuǎn)矩輸出,運行穩(wěn)定。
鍵盤操作方便,可在運行時在線調(diào)整和設(shè)定有關(guān)參數(shù)。
內(nèi)置剎車單元,快速停車。
風(fēng)扇的運行狀態(tài)可以控制,調(diào)度和運行更簡易方便。
多樣的變頻器運行狀態(tài)參數(shù)顯示,對控制信號和負(fù)載有關(guān)情況一目了然。
系統(tǒng)被控對象為1臺30KW水泵電機(jī),保留電機(jī)的原工頻啟動單元,另加變頻控制,兩者通過機(jī)械電氣聯(lián)鎖,既保證了泵機(jī)的正常運轉(zhuǎn),又便于系統(tǒng)的維修,液位測量變送器用于測量水池液位,并將液位信號變換成4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電信號,供給SOB-V600變頻器。
當(dāng)工廠用水量增大時,水池水位則相應(yīng)的下降,液后測量變送器將液位下降以電信號的形式傳送給SOB-V600水池供水變頻器,使SOC-V600變頻器輸出頻率相應(yīng)地增大,水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速上升,供水量也相應(yīng)地加大,從而保持了水池液位的相對穩(wěn)定。反之,則變頻器輸出頻率降低,以保持水池水位不再上升。
4、結(jié)束語
水泵在使用了SOB-V600變頻器控制以后,不但免去了許多繁瑣的人工操作,降低了不安全隱患因素,并且使系統(tǒng)始終處于節(jié)能狀態(tài)運行,延長了設(shè)備的使用壽命,減小了維修工作量和維修頻率,還可以實現(xiàn)電機(jī)的軟啟動,使起動電壓降低,減小對電網(wǎng)的大電流沖擊,更好地適應(yīng)了生產(chǎn)需要。
而且 變頻器具有豐富的內(nèi)部控制功能,可以很方便地與其他控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。因此,在供水處理過程中使用變頻器具有很好的應(yīng)用價值和推廣價值。
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