变频调速是各种调流方式的最佳选择.docVIP

变频调速是各种调流方式的最佳选择 水泵的特性曲线有Q-H，Q-P，Q-η，Q-G管道特性曲线。见图1。它们分别表示流量与扬程、流量与轴功率、流量与效率、流量与管道摩阻特性之间的关系。 用水量总是变化的,当用水量减小时, 如果水泵正常运行，则系统压力将增高。当流量减小到75％和50％时，它们的变化是:用水量减小时,系统压力憋高，而Hf将加大，Q-G曲线平移到Q′-G′，Q″-G″曲线上，它们与Q-H曲线交点为A′和A″点，由曲线可知，水泵的工作效率降低了，大量水头损失掉了，漏水量也将大大增加。 为了使水泵工作效率仍保持在高效区,采用关小出水闸阀的角度来调流,此时，水头损失全浪费在闸阀上。 为了适应流量的变化,可改变水泵运转台数和组合,此时水泵的工作点将运转在低效率上，大量的能源将浪费在管道的水头损失上。 采用变频调速来适应流量变化 Q/Q′/Q″＝n/n′/n″ H/H′/H″＝n2/n′2/n″2 P/P′/P″＝n3/n′3/n″3 n＝60f(1-s)/p 其中:n为转子实际转速;S为电机转差率;f为定子频率;P为电机极对数;Q为综合流量;H为水泵扬程;P为电机功率。 如果选用变频调速，就是通过改变定子频率，来改变异步电动机转子的实际转速，同时，又要满足电动机转矩的要求，达到水泵运转在高效率区域内。 速度改变了，水泵的流量、扬程、功率都随着改变。优化了整个工艺流程运转条件，消除了水锤破坏的事件。 从公式(2)(3)(4)(5)可知，当流量减小到75％和50％时，Q-H曲线变成Q′-H′、Q″-H″曲线，其效率曲线由Q－η变成Q′-η′和Q″-η″, 水泵效率(B、B′、B″)基本不变，还在高效区域内，而水泵所需的轴功率也减小了。转速下降了，水头损失不存在，其工作效率却很高。另方面，水泵组合的扬程处处能与管道综合的系统阻力相适应，始终保持管网末稍的压力稳定。当采用液力耦合器或电磁滑差离合器来调速，改变流量，均有一定的节能效果，但转差功率损失了，低速时损耗更大，效率更低;当采用串级调速技术时，无论采用外串还是内馈，需增设起动电阻和电容补偿，功率因数低，低速时更低。 供水系统可选的几种变频调速技术 从上世纪80年代开始，我国水工业真正步入了变频调速时代。如北京水源九厂、深圳梅林水厂、深圳中西部源水系统各泵站、北方南水北调各大输水泵站、上海原水公司和自来水公司、上海排水管理公司、广州、福州、厦门、东莞、天津、重庆、石家庄、昆明、成都、潮州、大庆油田等自来水公司的上百个大中型水厂和泵站都选用了变频调速装置。水泵电机容量从315kW到2500kW，采用变频调速装置的台数1000台以上。200kW以下容量选用变频调速装置就更多了。 由于电流型变频器是全控桥整流，谐波非常丰富，对电网公害大，抑制谐波的措施比较复杂，在价格和可靠性上失去了优势，在水工业领域中已很少采用了。220kW及以上水泵机组可选择的变频调速装置有以下5种: (1)“中－低－中”变频器 优点是变频器价格低，缺点是增加了占地面积和成本，增加了两级变压器损耗，可靠性大大降低了，在低速时，变压器效率更低，功率因数也低。 (2)低压大功率变频器国产低压变频器 已做到1000kW,国外已做到2000kW。建议尽量选用1.7kV、2.3kV、3.3kV多相特殊电动机。 (3)中－低压大功率变频器 其优点是中压输电损耗小，低压变频效率高，输入变压器一侧采用角(△)接法，可吸收变频系统中的高次谐波。 (4)中－中压变频器l中压IGBT PWM变频器。 额定功率因数≥0.96，系统器件由60支减为24支,电路简化了,可靠性提高了。中压IGCTPWM变频器。额定效率＞98％，额定功率因数＞0.95。 (5) 多重化多级串联中压变频器 美国ROBICON公司、日本安川、富士、东芝公司等公司，都先后推出了多重化多级串联中压变频调速装置。采用多电平结构和多级低压小功率IGBT PWM变频单元串联输出中压变频交流电，实现了大功率集成。额定效率≥96％，额定功率因数≥0.95。但必须指出，同一容量采用中压设备不但价格贵得多，且可靠性也下降了。