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高压变频器在恒压供水方面的应用

发布时间:2013/1/30 15:16:33
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  兴旺宝五金网整理:在冶金、化工、电力、市政供水和采矿等行业广泛应用的泵类负载,占整个用电设备能耗的40%左右,电费在自来水厂甚至占制水成本的50%。这是因为:一方面,设备在设计时,通常都留有一定的余量;另一方面,由于工况的变化,需要泵机输出不同的流量。随着市场经济的发展和自动化,智能化程度的提高,采用高压变频器对泵类负载进行速度控制,不但对改进工艺、提高产品质量有好处,又是节能和设备经济运行的要求,是可持续发展的必然趋势。

  大中型自来水厂的水泵驱动电机一般是由高压电机驱动,其供水压力与流量的调节大多采用传统的方式,通过控制水泵的运行台数,辅助于阀门的开度变化的方式进行调节,由于供水时间相对集中,一日内的负荷变化较大,特别是在午夜与凌晨的时段,产生大马拉小车的现象,这种情况在春冬两季更为明显,既浪费能源,又使供水管网的压力波动。为了解决这一问题,平顶山煤炭集团自来水厂领域决定选用安邦信的AMB-HV1型高压变频器,对原有的水泵驱动电机进行变频节能改造。
  
  原高压电机以工频电源驱动时,电机定速运行,只能靠水泵出口侧的阀门来调节供水流量,不仅浪费能源,而且会产生“水锤效应”和“憋泵”现象,对此,我们采用安邦信高压变频器内置PID功能进行节能改造。
  
  PID功能介绍:水泵变频调速是一个压力闭环控制系统,设定水泵出工侧压力参数为控制对象,当实际压力与设定压力发生偏差±H时,高压变频器则根据压力传感器反馈的信号,自动调节变频器的输出频率与电压,从而改变水泵驱动电机的转速,使水泵出口侧的压力维持恒定。
  
  风机泵类负载变频调速的节能原理
  
  风机泵类负载一般是通过改变阀门挡板的开度进行流量、压力调节的。图-1为泵(风机)扬程流量特性曲线(H-Q)图。在阀门控制的方式下,当系统流量从Qmax减少到Q1时,必须相应地关小阀门。这时,阀门的阻力变大,流体的节流损失增加,流道的阻力线从A0到A2。
  
  泵(或风机)运行的工况点,从b点移到c点,扬程从H0上升到H2,而实际需要的工况点为d点。
  
  根据泵(风机)的功率计算工式:
  
  P=ρgQH/1000η式中:
  
  P—水泵使用工况轴功率(KW)
  
  ρ—输出介质的密度(kg/m3)
  
  Q—使用工况点的流量(m3/s)
  
  g—动力加速度(m/s2)
  
  η—使用工况点泵的效率。
  
  可求出运行在c点和d点泵的轴功率分别为:
  
  Pc=PgQ1H2/1000η;Pd=PgQ1H1/1000η;
  
  两者之差为ΔP=Pc-Pd=PgQ(H2-H1)/1000η
  
  上式说明,用阀门控制流量时,有ΔP的功率被损耗浪费掉了。而且,随着阀门不断关小,这个损耗还要增加。
  
  AMB-HV1型高压变频器的基本原理与技术特点:
  
  电源侧与逆变功率单元之间,设置了移相整流变压器,移相变压器边各绕阻之间互相错开一定的电角度,给逆变功率单元供电,各功率与移相变压器连线如图-2所示。
  
  移相变压器的多重二次绕组对电网而言,类同多相负载,它即为逆变功率单元的电压叠加提供了条件,又解决了电源网侧的谐波问题。对AMB-HV1型高压变频器而言,每相有6个不同的相位组,形成了36脉冲的二极管整流电路。因此,它的基波电流值高,理论上讲35次以下的谐波可以消除电流的畸变率THPi<190.
  
  AMB-HV1型高压变频器采用载波移相技术,各功率单元在主控CPU发生的控制电平下,依次导通关断。各功率单元输出的1,0,-1电平叠加后,形成了频率电压可调的多重化阶梯形,得到了几近的正弦波形。逆变功率单元由整流电路,电解电容滤波电路,H桥逆变路构成,其基本原理如图-3所示。
  
  各功率单元的输入电压为590V,功率模块为低饱合压降,耐压为1700V的IGBT,功率单元与控CPU板之间监控电平由光纤传递,使布线的杂散电感减至zui少,杜绝噪声损耗。
  
  高压电机铭牌标定参数
  
  额定电压:UN=6KV;额定电压IN=27A;额定转速NN=1475r/min;额定功率PN=220KW
  
  电机启动平稳,消除了刺耳的启动噪音。
  
  原高压电机工频启动时,由于起动时间短,起动冲击电流大(IN5~7倍),电机与水泵振动较大,会产生刺耳的噪音。使用高压变频器后,这些现象*消除。使用变频器后,电机启动时,电机的转速在高压变频器设定的范围内,从零开如平缓上升,电机电流亦随之平稳变化,电流表的指针平稳偏转,杜绝了工频启动时对电网的冲击。
  
  电机启动时,水泵出口侧阀门关闭,变频器输出超始频率为2Hz,电机相电流为0.6A,1分钟以后,输出频率为43Hz,电机的相电流为18A。未采用变频器时,每当用水量大,水压低时,值班人员要及时开大水泵出口侧阀门,加大出水量;而当用水量小,水压电时,值班操作人员要及时关小水泵出口侧阀门,减小出水量。采用变频器后,网管水压通过压力闭环控制系统自动控制,供水压力始终保持在0.45MPa的设定压力上。而且,泵的启停台数由PLC根据工况情况自动控制,使系统由人力控制的方式上升到自动化控制的台阶。
  
  原高压电机未装置功率因数补偿电容,盘面上的功率因数表的读数在0.85的刻度上,使用高压变频器后,因高压逆变功率单元内均装置有大的电解电容,相当于在电网侧与机之间加入了一级容性隔离。使整个系数的效率大为提高。现在功率表的读数在0.95以上。可见,高压变频器不仅调频、调压、调速,软起动的功能,而且具有功率因数补偿的功能。

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