水泵改變頻控制可行性分析

摘 要:在節(jié)能減排的大環(huán)境下，提倡節(jié)約電能，現(xiàn)在工業(yè)的風(fēng)機(jī)和泵的應(yīng)用工頻運(yùn)行，調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開度來保證工作需要。變頻器現(xiàn)在已經(jīng)普及，可以將兩者結(jié)合起來，能滿足工作需要，又能節(jié)約能源。我對(duì)泵類改變頻有一些見解，請(qǐng)同行參考指正。

關(guān)鍵詞:變頻器節(jié)約電能控制

中圖分類號(hào):TK2641文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(c)-0042-01

1 我公司的水泵的的現(xiàn)狀

我部門動(dòng)力車間三臺(tái)上水泵一直是工頻啟動(dòng)，電能浪費(fèi)大，現(xiàn)將舊變頻器安裝到動(dòng)力車間，改為變頻上水。具體分析如下:動(dòng)力上水泵為工頻50HZ啟動(dòng)，電能浪費(fèi)大，根據(jù)鍋爐的水位情況需要不定時(shí)的啟動(dòng)和停止，對(duì)機(jī)械和電器設(shè)備沖擊比較大，減少設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備的有效工作時(shí)間，加大設(shè)備的故障率。三臺(tái)上水泵的功率為11kW，生產(chǎn)季節(jié)時(shí)統(tǒng)計(jì)泵啟動(dòng)為15分鐘啟動(dòng)一次，每次運(yùn)行5分鐘。每天啟動(dòng)次數(shù)約為96次，合計(jì)單臺(tái)電機(jī)每天啟動(dòng)時(shí)間約為0.13小時(shí)，電機(jī)運(yùn)行時(shí)間為7.87h。

2 我的設(shè)計(jì)和實(shí)施方案

2.1 變頻器的原理

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式:n=60f(1—s)/p式中: n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;f——供電頻率;s——電機(jī)的轉(zhuǎn)差率;p——電機(jī)的極對(duì)數(shù)。在該式中，若保持p(極對(duì)數(shù))、S(轉(zhuǎn)差率)不變，平滑的改變電機(jī)的供電頻率，則電機(jī)轉(zhuǎn)速n=Kf(k為比例系數(shù))，即可得到平滑的改變，這就是變頻調(diào)速的原理。

2.2 控制柜的制作

(1)系統(tǒng)的控制概況:要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，用壓力變送器和PID調(diào)節(jié)器與變頻器構(gòu)成恒壓閉環(huán)系統(tǒng)。工作過程如下:在系統(tǒng)中采用了進(jìn)口、出口2個(gè)壓力變送器，分別檢測(cè)進(jìn)口和出口的壓力。進(jìn)口壓力變送器將檢測(cè)值送入進(jìn)口PID1，進(jìn)行壓力顯示，并通過參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行低壓報(bào)警及超低壓停機(jī)控制。出口壓力變送器將檢測(cè)值送入出口PID2，進(jìn)行出口壓力顯示，并通過參數(shù)設(shè)置，一是控制變頻器的頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動(dòng)控制的目的;二是進(jìn)行水位檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)高水位報(bào)警及超高水位停機(jī)控制功能。(2)控制柜設(shè)計(jì)控制柜框圖如圖1所示。

采用了工、變頻切換的方式，以保證在變頻控制出現(xiàn)問題時(shí)能暫時(shí)投入工頻運(yùn)行，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。二次回路中工頻接觸器和變頻器后端的接觸器必須互鎖，使之不能同時(shí)吸合，防止工頻運(yùn)行給變頻器的反供電，而損壞變頻器。km1為上電接觸器，km2為運(yùn)行接觸器，km3為變頻機(jī)復(fù)位接觸器。sb11為急停按鈕，sb12為上電按鈕，sb13為運(yùn)行啟動(dòng)按鈕，sb14為停止按鈕，sb15為變頻器復(fù)位按鈕。以上按鈕通過外接后，可以遠(yuǎn)地控制，變頻器、操作臺(tái)和電控柜可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行位置調(diào)整，可以放在一起也可以分開放置。通過PID的報(bào)警接點(diǎn)及參數(shù)設(shè)置，可進(jìn)行系統(tǒng)高低水位報(bào)警及超水位停機(jī)控制。即將PID的報(bào)警輸出的AL2接報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，將AL1的輸出接一個(gè)中間繼電器，其常閉點(diǎn)串在變頻器的控制接觸器KM1、KM2的控制回路中，當(dāng)系統(tǒng)超壓時(shí)AL1輸出，KM1、KM2斷電，從而使變頻器停機(jī)。

3 系統(tǒng)的調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試的關(guān)鍵是各種參數(shù)的設(shè)定。主要是PID的參數(shù)選擇。要正確設(shè)置P、I、D三個(gè)參量，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，可先讓PID自整定，根據(jù)整定出的數(shù)值再適當(dāng)調(diào)整，使變頻器的頻率變化能實(shí)時(shí)地跟蹤系統(tǒng)壓力的變化，直到系統(tǒng)穩(wěn)定為止。

對(duì)于各種報(bào)警參數(shù)的設(shè)置，可依據(jù)PID調(diào)節(jié)儀的說明書進(jìn)行設(shè)定，對(duì)于出口PID，可將AL2設(shè)定為上限報(bào)警，輸出控制報(bào)警器，將AL1利用正偏差報(bào)警設(shè)定為超高壓輸出。對(duì)于進(jìn)口PID，可將AL2設(shè)定為下限報(bào)警，利用負(fù)偏差報(bào)警設(shè)定為超低壓輸出，即可實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

電機(jī)保護(hù)儀要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。一般過載電流設(shè)置為額定電流的1.2倍，過壓為額定電壓的1.2倍，欠壓為0.8倍等。

4 節(jié)能分析和運(yùn)行效果

改造上水泵的能耗分析

11kW電機(jī)運(yùn)行電流為24A，啟動(dòng)電流是運(yùn)行電流的2-4倍，電能的消耗為W=U×I，當(dāng)電壓U不變時(shí)，電流I越大，所用電能W越大。

如電機(jī)改為變頻器啟動(dòng)，電機(jī)可以減少頻繁啟動(dòng)，降低了啟動(dòng)電流。變頻電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的頻率通常為30Hz，比工頻運(yùn)行節(jié)約40%電能。

每天節(jié)約電能P=24A×0.13h×3倍×380V/1000+24A×40%×7.87×380V/1000，約為30度，全年按生產(chǎn)210天計(jì)算。可節(jié)約電能6300度。

經(jīng)實(shí)施小組兩個(gè)月的辛勤努力，從設(shè)計(jì)到分析直到成功完成改造，并投入使用。

在鍋爐工頻運(yùn)行的情況下，上水泵頻繁起停，使用變頻后上水泵能在40Hz的頻率下平穩(wěn)運(yùn)行，減少了啟停對(duì)設(shè)備的沖擊，在啟停節(jié)能的情況下工頻50Hz和40Hz的電能差異為40/50=0.8，三臺(tái)11kw的上水泵每小時(shí)33kW。

每天節(jié)約電能33kW×(1-0.8)×24h=158.4kW，約為158.4度，全年按生產(chǎn)210天計(jì)算，電費(fèi)0.9元/度。可節(jié)約電能33264度合計(jì)為29937.6元。

通過對(duì)實(shí)際操作人員和鍋爐司爐工的詢問，上水泵變頻改造后的運(yùn)行情況良好，減少了頻繁的啟停操作，減輕了水壓對(duì)設(shè)備的沖擊，上水水壓較平穩(wěn)。上水系統(tǒng)從原來的手動(dòng)變成了現(xiàn)在的觀察，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

多數(shù)量和大功率都適用。

以上為一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電機(jī)，也可兩臺(tái)變頻器控制三臺(tái)上水泵電機(jī)。共大家參考。

三條工頻空開為K1、K2、K3，兩臺(tái)變頻器的前端的空開為K1.1和K2.1，一號(hào)電機(jī)接KM1和KM1.1兩個(gè)接觸器，二號(hào)電機(jī)接KM2.1、KM2和KM2.2三臺(tái)接觸器，三號(hào)電機(jī)接KM3.1KM3兩臺(tái)接觸器，一號(hào)變頻器下端接KM1.1和KM2.1兩個(gè)接觸器，二一號(hào)變頻器下端接KM2.2和KM3.1兩個(gè)接觸器。

二次回路的線路為正常的點(diǎn)動(dòng)自鎖電路就可以，但要謹(jǐn)記保證部分接觸器互鎖，以便保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

5結(jié)語

通過對(duì)該系統(tǒng)的改造，自動(dòng)控制，節(jié)能運(yùn)行，保護(hù)功能等都有較明顯的特色。水泵系統(tǒng)應(yīng)用本系統(tǒng)進(jìn)行改造，其效果都是一樣的。因此可大面積推廣，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的目的。