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基于变频调速技术在水泵控制系统中的应用


基于变频调速技术在水泵控制系统中的应用 摘要 本文介绍了交流变频调速的原理、节能原理及变频调速技 术在水泵控制系统中的应用。应用结果表明,水泵采用变频调速控 制,节能效果显著,具有明显的经济效益和社会效益。 关键词 变频调速技术;水泵;节能 中图分类号 tv7 文献标识码 a 文章编号 1674-6708(2010)26-0181-02 0 引言 在工业生产中,风机和水泵的应用

范围非常广泛,其电能消耗和相 关设备的节流损失及维护维修费用占到生产成本的 7%~25%,是一笔 不消的生产费用开支。随着经济改革的不断深入,节能降耗已成为 降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。 而 20 世纪 80 年代初发展起来的变频调速技术是一项集现代电力 电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术,它使得电动机及其 拖动负载在无需任何改动的情况下即可按照生产工艺要求调整转 速输出,从而降低电动机功耗达到系统高效运行的目的。 目前,变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展 方向。卓越的调速性能、显著的节电效果,改善现有设备的运行工 况,提高系统的安全可靠性和设备利用率,延长设备使用寿命等优 点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。它顺应了工业生产 自动化的要求,开创了一个全新的智能电机时代。 1 交流变频调速原理 三相异步电动机可用下式表示: 式中:n—电动机转速,r/min; n1—电动机的同步转速,r/min; p —磁极对数; f—电源频率,hz; s—转差率。 由上式可以得出,三相异步电动机的调速方法有 3 种,分别是:变极 调速、变转差率调速和变频调速。但是前两种方法有许多缺点,若 变极调速,则调速范围较小,不能实现无级调速;若变转差率调速, 低速时转差率大,转差损耗也大,则效率低;若用变频调速,从高速 到低速均可保持有限的转差率,因而具有高效率、宽范围和高精度 的调速性能。所以,我们认为交流变频调速是三相异步电动机调速 的一种理想方式。 交流异步电动机变频调速可以分为两大类:交—直—交变频调速 与交—交变频调速。我们主要介绍应用比较广泛的交—直—交变频 调速原理。 交—直—交变频器的主回路由整流器 zs、中间滤波环节以及逆变 器 zn 三部分组成。如图 1 所示。 整流器为晶闸管三相桥式整流电路,它的作用是将交流电变成可 调的直流电源作为逆变器的供电电源。中间滤波环节为 lc 滤波,它 的作用是把整流出来的直流电滤除交流成分,变成平滑的直流电 源。逆变器也是晶闸管三相桥式电路,但它的作用与整流器相反,是 将直流电变换为可调的交流电,并用来供给三相异步电动机进行调 速。 2 节能原理 如图 2 所示,水泵的正常工作点 a,当水量需要从 q1 到 q2 时,采用 阀门调节,管网特性曲线由 r1(阀门全开)变为 r2(阀门关小),其工 作点调至 b 点,其功率为 oq2bhb 所围成的面积,其功率变化很小,但 其效率却随之降低。当采用变频调速时,可按需要改变电动机的转 速 ,图 2 中从 n1(额定转速)降为 n2,其工作点调至 c 点,其功率为 oq2chc 所围成的面积,同时其效率曲线也随之平移,但仍然工作在 高效区。图 2 中 hccbhb 所围成的面积则为变频调速实际节约的能 耗。 变频技术主要从以下几方面进行节能:1)调速节能,通过流体力学 的基本定律可知,轴功率正比于速度,转轴下降,轴功率变小;2)软 启动,一般三相异步电动机的启动电流为额定电流的 6~7 倍,变频调 速后启动电流不超过电动机的额定电流;3)功率因数较高,一

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