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变频器在给水工程中节能降耗的分析

图1中:Q一流量,H一水泵在一定转速下的扬程曲线,P一水泵的功率曲线,I一水泵的效率曲线;图2中:DE一供水管网的阻力曲线。
从节能的角度出发,对于工况运行的场合,通常采用变频调速的电动机来改变泵的转速,以满足工况改变时对性能的要求。因此,水泵调速时的H-Q曲线变为图3所示,泵的特性曲线N与管道性能曲线DE的交点A0即为泵的正常使用时的工作点。
下面通过节流控制和变频调速的比较,说明变频调速的节能原理。
节流控制是通过改变装在管道上的阀门或挡板的开度,使阀门对供水的摩擦阻力变大,所以反映到上图中,阻力曲线从DE移到DE',扬程则从H0升到H1,,流量由Q0减小到Q1,运行工况点从A0点移动到A1点。
变频调速控制是在管网性能曲线不变的情况下,通过改变泵的工作转速,使其性能曲线变化,从而变更运行工作点来实现调节。泵的特性曲线取决于电机的转速,如果把速度从n变为n',工况点将从A0点移到A2点,扬程将从H。降到H2,流量将从Q0减小到Ql,与用节流控制时输出的流量相同。
采用两种方法运行时A1点和A2的泵轴功率分别为:
也就是说,用节流控制流量比用变频调速控制时多浪费了△P的功率,而且消耗随着阀门的开度减小而增加。另一方面,用变频调速控制时,由水泵的叶轮相似定律,当转速从n0变为n2时,Q、H、P大致变化关系为:

当水泵转速下降时,消耗的功率也大大下降,因此节能潜力非常大。所以,最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量。一般应用变频器节电率为20%~50%,效益显著。2 给水系统的变频调速系统
某二级泵站给水系统的变频调速系统的构成如图4所示。该泵站由两台IOSAP-6B水泵组成,拖动水泵的每台电动机的功率为180KW。根据统计数据,高峰时用水量可以达到1200~1400t/h,而夜间最低峰时用水量仅为400t/h,水泵的流量变化较大,因此具有很大的节能
潜力。2.1 系统组成

图4为此变频调速系统的构成,系统主要由以下几部分组成:
(1)控制对象:2台180kW水泵电机MI, M2。
(2)变频器、PID调节器:为了节省投资,采用二台变频器,“一控一”控制二台电机的方案,二台变频器同步控制,具有水泵及变频主机的智能保护,时间可调的软启、软停等先进功能,能保证设备处于平稳、高效、安全、低耗运行状态。
(3)工频控制器:即原有电机启动系统。
(4)压力变送器。
(5)工频/变频切换器:选用常规双头闸刀,确保二套系统互不影响,且切换可靠。2.2 系统的工作原理
该系统的调节手段采用管网最不利点恒压控制,压力变送器将信号通过屏蔽电缆送到PID调节器后,同时控制2台电动机的频率。控制时,在用水量为400t/h时,只利用一台变频调速电机就可以满足整个供水要求,直到用水量上升后再启动另一台水泵电机,调速后的扬程H要与管路阻力特性曲线相吻合,以获得最佳的节能效果。变频器频率设定既可以手动设定也可以根据管网末端最不利点的压力形成闭环控制系统,实时在线调节电机的转速。
在以上系统中,没有采用一台定速另一台调速的方案,两台水泵的拖动电动机全部采用变频调速。尽管一次性投资稍大,但给整个系统带来性能提高也十分显著。
(1)若采用一台定速另一台调速的做法,运转时全速运转的水泵的出口压力肯定大于变速运转的水泵,因为二者共用同一出口管路就会对速度低的水泵的出口形成一个反压。如果变频控制的水泵压力达不到一定值,就无法打开管路中的逆止阀进行供水。由此而造成可以调速的水泵的可调范围变小,降低了系统的实用性,很难达到起初设想的结果。采用两台泵同时调速则不存在上述问题,可调速的范围很广,可以达到节能的目的。

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