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1、发电厂风机水泵的变频调速1 . 风机水泵控制设备现状在各种工业用风机、水泵中，如锅炉鼓、引风机、深井、离心泵等，大部分 是额定功率运行，风机流量的设计均以最大风量需求来设计，其调整方式采用档 板，风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑省电。 水泵流量的设计同样为最大流量，压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、电 机的启停等方法。电气控制采用直接或Y-启动，不能改变风机的转速，无法 具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较 低等是其主要的难点。发电厂的厂用电率平均 8%，风机水泵耗电量约是火电设备总耗电量的 65%， 不仅耗量大且运行效率低，为
2、了节能，在低压或高压变频器使用时可以使风机水 泵变频调速，从而减少电量的消耗。目前来讲，低压变频器技术以达到一定 的 水平，国内外的生产厂家也比较多，只是系列产品还不够完整。但是高压大容量 变频器设计和生产的企业还是比较少，需要院校和企业抓紧联合开发，以满足生 产需求。2变频调速的节能意义 风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并 非工作于满负荷状态。采用变频器直接控制风机、泵类负载是一种最科学的控制 方法，利用变频器内置 PID 调节软件，直接调节电动机的转速保持恒定的水压、 风压，从而满足系统要求的压力。当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消 耗的功率为51
3、.2%,去除机械损耗、电机铜、铁损等影响。节能效率也接近 40%， 同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。由于变频器可实现大的 电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用 寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功耗损。为达到节能的目的推广使用 变频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点。因此，大力推广变 频调速节能技术，不仅是当前企业节能降耗的重要技术手段，而且也是实现经济 增长方式转变的必然要求。随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却 是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约 4200 万
4、台，装机容量约1.1 亿千瓦。但系统实际运行效率仅为30-40%,其损耗电能占总 发电的 38%以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在运行系统设计时，容量 选择的较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。 因此，搞好风机。水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。3. 泵与风机的变频节能原理一般泵/风机负载转矩与速度的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因 此，用变频器改变其转速，可以获得显著地节能效果。常用出口挡板控制，当开 度减小时，阻力增加，不适宜打范围调节流量，在低速区域轴功率减少不多，
5、从 节能的角度来看是不适宜的。若采用入口单板控制，虽然比出口挡板控制流量调 节范围广减小开度是轴功率大体与流量成比例下降，但节能效果仍不及变频调泵 与风机的变频节能原理。Hlh厂N曼*图 2 变频泵 /风机的特性曲线图 1 泵 / 风机的特性曲线图3泵/风机变频前后特性曲图1中，N1为泵/风机H-Q特性曲线；曲线1为泵/风机在给定转速下满负荷即 系统阀门全开时的扬程（压头）、流量点和效率点的轨迹；曲线2为部分负荷好 似，系统阀门部分开时的阻力特性曲线，即泵/风机要克服摩擦，压力随流量的 平方而变化。泵/风机运行工况是泵/风机的特性曲线与管路阻力曲线的交点，当 用阀门控制时，由于要减小流量，就要
6、管小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，阻力 曲线从1移到2,扬程则从H1移到H2,流量从Q1减小到Q2,运行工况点从C1 移到 C2。从图 1 可以看出,流量虽然减少,扬程（压头）却反而增加,轴功率 P 比调 节前减少不多。若采用变频调速,随着转速下降,扬程（压头）一流量特性变为 图2中的曲线1,系统工况点也由C1、变到C2、代表轴功率的面积比采用挡板 调节时明显减小,两者之差即为节省的轴功率,也就是图 3 中的矩形 C2H2C2、 H2、的面积。有泵/风机的相似律可知,当改变电机转速以改变风机转速时,如果保持效率 bubiaze流量Q,扬程图1中，N1为泵/风机的H-Q特性曲线；曲线1为泵/风机
7、在给定转速下满负荷即系统阀门全开时的扬程（压头）、流量点和效率点的轨迹； 曲线2为部分负荷好似,系统阀门部分开时的阻力特性曲线,即泵/风机要克服 摩擦,压力岁流量的平方而变化。泵/风机运行工况是泵/风机的特性曲线与管路 阻力曲线的交点,当用阀门控制时,由于要减小流量,就要关小阀门,使阀门的 摩擦阻力变大，阻力曲线从1移到2,扬程则从H1移到H2,流量从Q1减小到 Q2,运行工况点从C1移到C2。4. 水泵变频调速控制系统的设计变频调速器的控制可以是自动的,也可以是手动的。目前,国内在水泵控制 系统中使用变频调速技术,大部分是在开环状态下,即人为地根据工艺或外界条 件的变化来改变变频器的频率值,
8、已达到调速目的。本水泵变频调速控制系统设 计,根据工厂生产工艺上所需冷却水供水要求,考虑若干方面的因素,采用闭环 调速控制。系统主要有四部分组成:（1）控制对象：电机功率100KW,额定电流183A；水泵配用功率100KW,流量 792m/h，轴功率 80.3KW，扬程 32.3m。（2）变频调速器：选用FRN110/P9S-4，适配通用电动机功率110KW,额定容量 160KVA，额定电流210A。一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的 基本方法是：变频器额定输出电流大于 1.1 倍电动机的额定电流。（3）压力测量变送器（PT）:选用DLK100-0A/0-lMpa。用于控制水管出口压力，
9、 并将压力信号变换为4-20mA，再输入调节器。（4）调节器（PID）:选用WP-D905，输入信号4-20mA，输出为PID控制信号 4-20mA。系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与 之相对应的4-20mA标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行 运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为 380V/50Hz 的交流电变成输出为 0-380V/0-400Hz 连续可调电压与频率的 交流电，直接供给水泵电机。5. 运行效果分析 水泵电机装上变频调速器后，节能效果非常显著，经过实测，比未装变频器 节约 53%左右的电能，而且生产工艺稳定。
10、采用变频调速器前后实测结果对比分 析可知：（1）节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因 数，减少了无功功率消耗。（2）采用变频调速技术后，电机定子电流下降64%，电流频率下降40%， 水泵出水压力降低 57%。由于电机水泵的转速普遍下降，电机水 泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维 修费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲 击。（3）采用变频调速技术之后，由于水泵出口阀全开，消除了阀门因节 流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平时因 调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会效益。（4）系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。 变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能 保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。（5）由于变频器调速器具有十分冷敏的故障检测、诊断、数字显示功 能，提高了电机水泵运行的可靠性。综上所述，变频调速技术用于风机、水泵控制系统，具有调速性能好、节 能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。实践证实，变频器用在风机、泵类配置 驱动掌控场次获取了明显的节能作用，是一类理想的调速掌控方法，即提升了配 置速率，并满意了制造技术请求，而且大大递减了配置保护、修理花费，还降低 了停产周期。ihMi
