罗克韦尔自动化低压变频器在给水系统中的合理利用

一．天津纪庄子再生水厂居民区泵房供水现状：
天津纪庄子再生水厂居民区送水泵设计日供水能力为3万吨/日，主要为梅江居住区居民用户提供生活杂用水，小区景体补水，园林绿化及水厂生产用冷却水、循环水。居民区送水泵房采用的设备类型为中开双吸给水泵，其中4台型号HV200-150-400/4P-55KW卧式泵（2台采用变频控制，2台为定速控制，功率为55KW），2台型号为ESV-80-50-200/2P-18.5KW立式泵（1台为变频器控制，1台为定速控制，功率为18.5KW）。对外供水系统为恒压供水：由于众多用户不同时刻用水需求不同，供水系统中供水量为实时变化，为保证用户恒压用水需求，就需要变频泵参与运行，通过变频器调整电动机频率，改变电动机转速，从而调整送水量，得以维持管网恒压，（即用户用水量瞬间增大，管网压力出现减小趋势，变频器频率增加，电机转速加快，送水泵出水量增加，使管网压力重新回到设定值。反之亦然。）这样能保证所有用户正常用水。
二．低压变频器调速技术原理：
（一）调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。在讨论变频器调速时，首先研究公式：
        n = (1- s ) n0 = (1- s ) 60 f1 / p     (1)
其中： n : 电动机的转速
       n0: 电动机的同步转速
       s : 电动机的转差率
        p: 电动机绕组的极对数
通过公式（1）表明，改变电动机的转速有三种可能：
a.变极调速
b.变频调速
c.变转差率调速
（二）变频调速技术
近年来变频调速技术发展很快，目前主要采用如下图所示：
[img]http://www.hqew.com/6142_1201106
变频器是由可控硅整流器和可控硅逆变器组成。整流器先将50HZ的交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相交流电，供给异步电动机。由此可得到电动机的无级调速，并具有硬的机械特性。
三．变频器的合理节能利用
（一）送水变频泵流量与转速、频率的关系：
Q1 = ( n1 / n) Q                 (2)
        其中： n :  泵的额定转速
Q ：泵的额定流量
n1 : 泵在低于额定转速下的某一速度
Q1：与转速n1对应的出水流量
        根据    n = 60f1 (1- s ) / p            (3)
        可得    Q1 = ( f / f1 ) Q              (4)
        其中：f 1 :电源的频率（50HZ）
f ：与电动机某一转速 n1对应的频率
（二）送水变频泵功率与转速、频率的关系
N1 = （n1 / n）3 N                 (5)
         其中：N：泵的额定功率
N1：与转速  n1对应的功率
         根据公式（3）与公式（5）可得到功率与频率之间的关系：
           N1 = （n1 / n）3  N = (f / f1 )3 N    (6)
(三)  送水泵扬程与转速、频率的关系：
       H1 = (n1 / n )2 H                 (7)
     其中：H：泵的额定扬程
           H1：与n1对应的扬程
      通过公式（3）与公式（7）可得出：
         H1 = (f / f1 )2 H                (8)
(四) 使用变频器达到节能目的的结论与措施：
（1）实际运行过程中我们使用小变频泵（18.5KW），在流量为0m3/h~80 m3/h时，对应的频率变化在25HZ~43HZ之间，根据公式（6），理论计算小变频泵的功率变化在2.3~11.76KW之间；而使用大变频泵（55KW），在 流量为0m3/h~80 m3/h时，对应的频率在30HZ~34HZ之间，根据公式（6）计算，大变频泵的最小功率消耗不低于11.88KW。由此可见，当外网需水量为小流量时（如冬季或夜间恒压供水时），我们可运行小变频泵，降低电网消耗。
（2）通过公式（6）与（8）我们可得到送水变频泵功率与扬程的关系：
N1 / N = （f / f1）3                      (9)
H1 / H =  (f / f1 )2                      (10)
N1 /N =  (H1 / H )3/2                     (11)
由公式（11）可以看出，当扬程降低时，即管网恒压值降低时，变频器的功率消耗也会降低，当我们的供水用户同时用水概率教低时，特别是在夜间，我们可以将管网恒压值设定的适当低一些，会降低变频泵的能量损耗。
四．变频器在城市给水系统中合理利用的展望
现代城市给水系统中，采用变频泵调整出水流量，代替传统的通过手动调整出水阀门开度，是近代人类科技不断进步的结果，同时也降低送水泵的能耗，降低了水厂的运行成本，增强对外供水的稳定性，可靠性，从电气角度使水厂向“低耗高效”实现了跨越发展。如何充分利用好变频器对水厂运行意义重大。