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變頻調(diào)速泵供電設(shè)計探討

文檔作者：陸鈺馨文檔來源：紹興縣工業(yè)設(shè)計院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月09日
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2 旦8 ，
／ 逮／
紹興縣工業(yè)設(shè)計院 TH弓o2／
在供水系統(tǒng)中，用戶對壓力和流量的需
求是隨機變化的，對離心泵來說，在葉輪尺寸
已定的情況下要實現(xiàn)變量控制的一個重要途
徑，就是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速是通過改變電動
機定子繞組的供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速實現(xiàn)
調(diào)速，因而可以平滑地調(diào)節(jié)，獲得與自然特性
硬度基本相同的特性。在建筑供水系統(tǒng)中，應(yīng)
用變頻調(diào)速，不僅可以穩(wěn)壓，而且可以獲得顯
著的節(jié)能效果，減小高位水箱的容積或不設(shè)
水箱，近年來在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。由
于變頻調(diào)速泵工藝與電氣控制、節(jié)能技術(shù)緊
密相關(guān)，因此工程設(shè)計中給排水與電氣專業(yè)
需要密切配合。本文就變額調(diào)速泵的節(jié)能原
理、供電設(shè)計中的問題發(fā)表一點淺見，與同行
們探討。
一
、變頻調(diào)速的原理
從所周知，感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速Ⅳ=
(1一S)。由此可見，改變頻率，、極數(shù)P和轉(zhuǎn)
差率s，均能改變電動機的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速是
一種簡便、高效的方法。
變頻器的典型圊路如圖l。
該裝置采用大功率晶體瞽逆變器和微機
控制的正弦波脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，按某一控
制參量(如壓力、流量)的變化，將直流電變換
為一系列等幅變寬度正弦脈沖波電壓，形成
新頻率的三相交流電。
以變頻器為核心的電控柜一般可輸出l
～4個電機網(wǎng)路，其一次回路如圖2 水泵啟
· 26·
動方式為欹啟動，即啟動過程中頻率、電壓、
轉(zhuǎn)速逐漸升高到整定值，當系統(tǒng)中水量增大
而越過上限信號(對應(yīng)D。額定轉(zhuǎn)速值)時，
D．自動切換到工頻運行，然后用退出的變顫
器再軟啟動D 跟蹤投入運行。當系統(tǒng)中水
量減小而越過下限信號時，電機按先投入先
退出的程序退出運行。
曰
— 亡
l—— 整流部； 2—— 酵渡電容器
3—— 逆變部； 4—— 控制回路
5—— 電動機； 6—— 驅(qū)動部
7—— 信號澡
圉1 變頻器原理
二、變頻調(diào)速節(jié)能效果分析
供水泵是按晟大所需流量0～ 與揚程
H。選定的。在系統(tǒng)實際運行大多數(shù)情況下，
耗水量小于Q? 。按離心泵的H～Q性能曲
線，隨水量的變小，相應(yīng)的揚程將升高，使水
泵處于揚程過剩的狀態(tài)下運行。
當變頻器通過壓力傳感器獲得壓力信號
調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速從 降為 時，流量Q、揚程
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1一電源裝置{ 2—— 變頻器{ 3—— 可編程
序控制器} 4、5—— 信號精入I 6—— 開關(guān)；
c—— 交流接觸器} RJ—— 熱繼電器
圖2 電控柜原理
H 、軸功率Ⅳ 按下列關(guān)系式變化：
0l ”l
等一( ) ；
N 1
一( ) 。
可見轉(zhuǎn)速的下降可消除水泵揚程過剩和減少
輸出的軸功率，達到穩(wěn)壓和節(jié)能的目的。
如圖3所示，設(shè)最大設(shè)計流量為0。，最
不利點的幾何高度為h。，所需自由水頭為
k，管同阻力為h：，則供水揚程H 一h．+ ：
+ 當流量Q。降到0。，工作點將由a移至
b，揚程由H。升高到H ，揚程過剩量為H 。
設(shè)對應(yīng)于H 的軸功率為Ⅳ ，調(diào)速器的軸功
率為Ⅳ ，則
節(jié)能率E一(一 1二 )×1oo％
一(1一 )×loo％
=I1一(1- )1 3~1oo％
可見．調(diào)速泵節(jié)能的多少主要取決于對
應(yīng)流量下剩余揚程與恒速運轉(zhuǎn)時揚程的
比值日 ／Hz。不同H ／Ht時的E值列
表如下：
比值
o．15 o．18 o．20 o．24 0．27 0．3
H 。 H2
節(jié)能率
21．6 25．7 28．4 33．7 37．6 41．4
E
應(yīng)當指出，H，的大小與水泵運行
工作點位置有關(guān)。圖3中c點是調(diào)速的
理想狀態(tài)。對水泵出口點定壓控制的調(diào)
速泵來講，H 將相應(yīng)減小，節(jié)能率E也
有所降低。
0 —— 最大設(shè)計流量
Q —— 實際工作流量
H，—— 水泵供水揚程
h —— 最不利點幾何高度
k—— 自由水頭
k—— 管同阻力
． — — 剩余揚程
圈3 水泵 ～Q特性曲線
三、變頻調(diào)速泵供電設(shè)計中應(yīng)
注意的幾個問題
1．變頸器和水泵容量的選配
一般變頻器上都以拖動電動機功率表示
規(guī)格，變頹器額定電流≥ 1．1倍電機額定電
漉．由于變頻器目前主要依靠國外進口．價格
較高，固此，可減少設(shè)置投資；但因單機容量
減小，效率變低， =(軸功率)／(流量)值增
- 27·
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大，設(shè)備的日常運行費用增加。故在工程設(shè)計
上應(yīng)作方案比較
如本院設(shè)計的某酒店，Q 一100m ／h，
系統(tǒng)工作壓力P一0．4MPa，采用DI 型水泵
作比較如下：
方 規(guī)格 臺數(shù) w
I
一IIO0DLX 3 1 70 700f 1 }10 I 11
二1 80DL×3 2 66 750I 1．4 l 5．6 I 7
故可采用方案二，80DL×3泵機3臺(兩用
一備)，另外考慮酒店夜間用水Q <5m ／h，
為避免大泵低負荷低效率運行，另選-d'泵
40DL×4，1臺運行方式如下：
(1)當5m ／h<0< 50m。／h時，一臺主泵
變頻運行；
(2)當50m。／h<0<100m。／h時，兩臺主
泵并聯(lián)運行，其中一臺變頻運行，一臺工頻運
行；
(3)當Q<5m。／h時，轉(zhuǎn)換到小泵工頻運
行。
按每天有8小時2．5m。／h小流量工作，
小泵比大泵省電4O千瓦時／天，全年為
14600千瓦時，節(jié)約資金約l1680元。
2．電纜選擇與敷設(shè)
變頻器輸出的電壓和頻率是變化的，輸
出電壓波形為矩形波，臺有多級高次諧波，將
在導線上形成附加功率損耗。因此變頻調(diào)速
電控柜布置時應(yīng)盡量靠近被控水泵。當相隔
距離增加時，隨著電纜長度的增加而增加損
耗，從而嚴重地影響整個裝置的運行效率。當
相距較遠時．應(yīng)適當加大電纜截面，將電纜阻
抗限制在一定范圍內(nèi)，可按下式計算。
n ／ 1000△V
—】=_『了_一
式中：R—— 電纜單位長度的電阻值(mf~／
m)；△ — 一容許電壓降(V)；取≤ 2 額定
電壓；L—— 電纜單相長度(m)；卜一電機額
定電流(A)
另外，困變頻逆變器的大功率管以1O。
～1o H 的高速開關(guān)形成等幅變的矩形波，
在輸出電纜上造成一定的能量輻射，會干擾
鄰近的電器設(shè)備。因此電纜應(yīng)穿鋼管敷設(shè)或
用鎧裝電纜。
3．定壓控制點的設(shè)置
從理論上講，采用最不利點定壓控制，即
將壓力傳感器設(shè)在管路末端將大大提高節(jié)能
效率。但將造成信號線的長度加長，這使傳感
器的微弱信號(O～5)V 衰減失真，另外也增
加外部干擾。辦法是采用信號的數(shù)字傳輸技
水，但所需設(shè)備價格較貴，所以目前仍采用泵
口定壓調(diào)速。
四、變頻調(diào)速裝置改進建議
變頻調(diào)速裝置常常用于高層建筑的給水
或消防給水系統(tǒng)，固此控制屏的功能具有多
臺泵的配電控制外，還要考慮備用泵的自動
投入和消防自動指令，低壓力指令輸入時的
啟動。由于控制屏多采用可編程序控制，因此
只要留出輸入信號接至PLC的輸入口，按設(shè)
計要求編好程序就可以圓滿地解決高層建筑
水泵房的全自動控制。
0～ —— 最大設(shè)計流量(100mVh)
0l血——單泵煨太工作澎璧(5ore’／h)
0 —— 用水低答小流量(Sin’／h)
I— — 單泵運行區(qū)
I— — 雙泵運行區(qū)
1—— 小泵S運行區(qū)

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