变频调速技术在电厂供水系统中的应用

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1、变频调速技术在电厂供水系统中的应用作者：袁红蕾单位：西北电力设计院摘要：文章阐述了变频器的基础知识及变频调速技术在电厂恒压供水系统中的应用，结合工程实践论述了恒压供水系统的配置及控制方式，并提出一些需同仁重视的问题。关键词：变频器恒压供水PLC调速系统发电厂既是电能的生产者，又是电能的消耗者，在我国发电能源构成中，火力发电占70%以上。火电厂的厂用电率在4％～8％之间，降低厂用电率直接关系到企业的经济效益和竞争力。因此，在厂用电中占很大比例的泵和风机的节能就成为重点。而变频调速技术作为节能降耗的手段在泵和风机方面的应用渐趋广泛，本文结合我院最近几个工程对变频调速技术在电厂供水系统中的应用做一

2、个浅谈。1．变频器基础知识变频器就是把电压和频率固定不变的交流电转换为电压和频率可变的交流电的装置。把变频器安装于需要调速的泵和风机的动力回路中，用变频器的输出电源驱动泵和风机称为变频调速技术。一般工业领域所使用的电机大多为感应式异步交流电机，该类电机旋转速度由电机极对数和频率确定。公式如下：n=60f/pn:同步转速f:电源频率p:电机极对数由电机工作原理可知，确定的电机其p是不变的，f可在电机的外部做为调整后电源供给电机，这样电机的旋转速度就可根据f大小调节，这正是变频调速的原理。异步交流电机的能量传递过程是定子侧从电源吸取电能，将其转换为电磁能（建立旋转磁场）传递给转子，转子侧则将电磁

3、能转换为机械能，并从转子轴上输出，拖动产生机械旋转。对电动机来讲，电磁转矩的大小都与转子电流和磁通的乘积成正比，电机允许通过的电流大小受到发热的限制，是不能增大的，所以如磁通减小，必使电磁转矩减小，电机的带负荷能力就减小。磁通不能减小也同样不能增大，否则将使电机的磁路饱和而烧毁电机。使磁通保持不变的方法就是变频的同时必须变压，这就是变频器常常被称为vvvf的原因（VariableVoltageandVariableFrequency）。采用工频启动和变频启动时，电动机的启动方式相差较大。图1为工频启动的示意图。工频启动的特点是：在接通电源瞬间，电源频率为额定频率50Hz,如图1b上所示，以4

4、极电动机为例，同步转速高达1500r/min，电源电压为额定电压380V，如图1b下所示，由于转子绕组和旋转磁场的相对速度很高，故转子电动势和电流都很大，从而定子电流也很大，启动电流可达到额定电流4～7倍之间，如图1c所示。如此则带来以下2个问题。1)启动电流大，当电动机的容量较大时，其启动电流将对电网产生干扰。2)对生产机械的冲击很大，影响机械的使用寿命。图2为变频启动的示意图。变频启动的特点是：在接通电源瞬间，频率从最低频率0Hz（或其它频率下限设定值）按预置的加速时间逐渐上升，如图2b上所示，仍以4极电动机为例，假设起始频率为0.5Hz，则同步转速只有15r/min，转子绕组和旋转磁场

5、的相对速度只有工频时的百分之一。电动机的输入电压也是从最低电压开始逐渐上升，如图2b下所示。转子绕组和旋转磁场的相对速度低，故启动瞬间的冲击电流就小。同时，可通过逐渐加大频率以减缓启动过程。在整个启动过程中，使同步转速与转子转速间的转差限制在一定范围内，则启动电流也将限制在一定范围内，如图2c所示。电机转速随着频率和电压的增加而增加，电机的启动电流被限制在1.25～2倍额定电流之间，可以平滑的启动电机（代价是启动时间变长）。根据变频变压原理，变频器在低速时的启动转矩可达100%额定转矩，则可带满负荷启动。通过以上可知，采用变频启动从原理上可避免由工频启动所带来的2个问题。2．变频器调速供水系

6、统在电厂供水系统里，流量是运行过程中需要调节的主要参数，其调节方式有以下2种：1）．管路特性曲线的调节，如阀门调节（节流调节），泵的转速不变，改变供水管路上阀门的开度以调节流量。该方法有大量能量消耗在节流损耗上，在低负荷工况下尤甚。2）．水泵特性曲线的调节，如转速调节，转速上升则流量加大，转速下降则流量减小。通常情况下，用水量的大小直接影响到水泵出水口的压力，第1种方法会造成供水压力的波动和能耗的损失，压力偏低时，用户用不上水，压力偏高时管道漏损、电耗增加，甚至发生恶性爆管事件。第2种方法在节能效果上比第1种好得多，而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而第2种方法在生产中应

7、用日益广泛。对供水系统进行控制，归根结底是为了满足用户对流量的要求，所以，流量是供水系统的基本控制对象。在动态情况下，管道中水压的大小与供水能力（由供水流量Q1表示）和用水需求（由用水流量Q2表示）之间的平衡关系有关：Q1>Q2则压力上升Q1