变频技术特性及其在水利部门中的应用方式
摘要: 本文在介绍变频技术及其设备特性的基础上,论述了变频设备在水利部门中的几类典型应用,实践证明使用变频技术有效提高了水利设备的稳定性、降低能耗、提高使用效率和延长使用寿命,在水利系统具有广泛的使用空间和经济价值。
Abstract: This paper introduces the characteristics of inverter technology and its equipment and discusses the application of frequency equipments with several typical cases. Practice has proved that frequency converter technology impoved effectively the stability of the water conservancy facilities and reduced energy consumption,and improved efficiency and extended the use life,having a wide range of using space and economic value in the water system.
关键词: 变频;调速;节能;效益
Key words: frequency converter;speed regulate;energy-saving;benefit
中图分类号:TM306文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)08-0190-02
0引言
水利设备运行时工作环境比较恶劣、工况变化比较大,选用合适的变频调速技术可以有效降低维护费用、延长使用寿命、提高运行效率。同时,由于变频器启动和调速平稳,减少了对电网的冲击。变频技术具有安装方便、操作简单、运行平稳、控制灵活、安全可靠等优点,因此变频技术在水利部门得到了广泛应用,取得了良好的经济效益。
1变频技术及其设备特性
随着科学的发展,变频器的使用也越来越广泛,不管是工业设备上还是家用电器上都会使用到变频器,可以说,只要有三相异步电动机的地方,就有变频器的存在,要熟练地使用变频器,还必须掌握三相异步电动机的特性,因为变频器与三相异步电动机有着密切的联系。通俗的来讲,变频器就是改变电源频率的电气设备。
变频中使用最多的是电压型变频技术,它的工作原理是它的工作原理是先将交流电变为直流电,用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源,输出到需要调速的电机上(图1)。现代交流变频设备一般具有如下特性:
1.1 经过改变频率来调节交流电机的转速交流电机分同步电机和异步电机两类,同步电机的转速与电源频率成正比,异步电机的转速与电源频率也基本上成正比。
1.2 通过了解到频率和负载的变化控制输出电压早期的变频器的输出电压与频率成正比,因此这种技术不能适应不同的负载情况。为了适应不同的应用,变频器设计了很多参数,有以下两个原因:第一这些参数出厂时置有缺省值以满足最简单的应用;第二用户可以通过改变这些参数的值使之适于具体应用。最基本的参数有驱动电机的额定特性(电压、电流、功率、转速、功率因素等)、负载适应参数(频率范围、转矩提升、滑差补偿等)、启停与转向控制方式、加减速时间、频率给定与控制方式、制动功能设置、保护功能设置等。
1.3 丰富的信号采集处理与输出能力变频技术是以微电子作为技术基础的,它被广泛应用于自动控制领域,这使变频器的设计者在其控制电路中非常容易也是必须要加入外部信号接口(AD/DA转换、隔离、滤波等)功能。当前,我们应用的变频器都具有了开关量以及模拟量的输入、输出功能,当然,有的变频设备还加入了串行数字通讯功能,使得变频器的功能接近一台智能控制器。
1.4 保护功能与故障处理能力变频器的核心部件是半导体,过压或过电流就会烧损,为此所有变频器都设计了快速反应的电子保护功能。同时,变频器的保护功能也是为保护驱动电机及机械设备而设计的。从而变频器在设备出现小故障时先显示报警信息,当设备出现较为严重的故障时候,变频器的保护功能将运行,常见的保护功能有降频运行和停机。在设备故障保护停机后,它可以出示故障报警信息,并设置自动恢复运行,且自动恢复运行的时间间隔和允许尝试次数也可以通过参数设定。
2交流变频设备在水利部门中应用
交流变频设备在水利部门的应用目的主要有两点:一是为了节能降耗;二是为了工艺的需要及优化,提高设备的使用年限和效率。水利工程中的机电设备主要有闸门、管道的阀门、提水泵站及水电站自用负荷等,其中变频技术在提水泵站中的应用最为广泛,其调节方式如表1所列,主要应用方式有:
2.1 简单的应用是人工调频,这种应用方式适于电机转速不需要经常调整或因缺少传感器不能构成自控系统的情况,应用变频器使工艺过程的人工调速成为可能。例如:用变频器驱动泵房水泵取水,由人工根据清水池水位(或管网压力)调节变频器频率,这样可以控制水池水位或者管网压力以达到稳定、安全的供水。在供水工程中由于每一级泵站的地形扬程是固定的,所以往往要求恒定的供水量,但是当取水水源的水位发生较大波动时,水泵的实际工作扬程就会发生变化。在这种情况下要随水位变化调节水泵电动机转速,保证在最优工况下运行。
2.2 多段频率的应用——不连续调频多段频率的应用,不连续调频在一些应用场合,可以用变频器的多段频率功能达到工艺要求,这种应用可以实现自动化,而给变频器的是开关信号,实施简单,可靠性也较高。在水利工程建设规模确定之处,用水户的数量和规模可能会较小,随着用户数量的增加,供水流量也需要相应的增加,如果采用传统的增容方法,水泵就不得不频繁地启停,这样不但浪费时间而且会影响水泵电机的使用寿命。通过利用变频技术在多段频率能力,在泵站装设或部分装设变频器就能够可以节能又安全的解决上述问题。
2.3 变值闭环控制应用该类应用也是利用变频器的PID或PI功能实现工业过程的闭环控制,但被控制量的设定值不是由人工给出,而是要借助其它控制设备(单片机、PLC、PID调节器、计算机等)根据一定规律自动给出,而给出的设定值往往是易变的,这与各个季节、各个时段的排水量有关。例如:深圳市滨河泵站在变频二期改造后,采用一台工程控制机(计算机)根据排水的季节、用水时段来设定水压设定值,将排水压力按四季粗分,具体每天按12个时间段(两个小时)来细分,由变频器根据实测水压与各时段设定水压比较,再用内部PID或PI算法控制水泵转速,经实际应用表明,经测算节能达28.5%,设备寿命平均延长3～5年,效果显著。
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