高压变频器在供水车间的解决方案.docx

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1、高压变频器在供水车间的解决方案生产的高压变频调速装置对3号泵进行改造。1、变频调速节能的原理分析：1、离心泵负载的类似理论离心泵的流量，运行压力，吸收轴功率这三个基本参数与转速间的运算公司极其复杂，同时离心泵类负荷随环境变化参数也随之变化，在工程一般根据离心泵的运行曲线，进行大致的参数运算，称之为离心泵类负载的类似理论：Q/Q0=n/n0H/H0=(n/n0)2(/0)N/N0=(n/n0)3(/0)式中：Q-离心泵流量H-离心泵全压n-离心泵转速-介质密度N-轴功率离心泵流量Q与电机转速n成正比。Qn离心泵压力H与电机转速n的平方成正比。Hn2离心泵轴功率N与电机转速n的立方成正比。Nn32

2、、离心泵在额定工况下运行的特性曲线图2离心泵特性曲线=90ordm;HQ曲线：当转速为恒定时，表示离心泵压力与流量间的关系特性。NQ曲线：当转速为恒定时，表示离心泵轴功率与流量间的关系特性。Q曲线：当转速为恒定时，表示离心泵的效率特性。从中能够看出，离心泵的轴功率和离心泵压力相交处即为效率最高点。3、电动机容量的计算：其中：P离心泵电动机所需的输出轴功率kW；Q离心泵流量m3/s；H离心泵压力kg/m2；传动装置的效率；直接传动为1.0，皮带传动为0.90.98,齿轮传动为0.960.98。离心泵的效率；102由kgm/s变换为kW的单位变换系数；4、通过改变离心泵的管网特性曲线来实现对离心泵

3、的介质流量的调节通常的办法是通过调节挡板的开关程度来实现的，图3、不同管网的特性曲线离心泵流量的特性曲线如下图。离心泵档板开度一定时，离心泵在管网特性曲线R1工作时，工况点为M1。离心泵挡板关小，管网特性曲线变为R2，工况点移至M2。离心泵挡板再关小，管网特性曲线变为R3，工况点移至M3。从上面的曲线分析，通过调节离心泵档板的开度，管网的特性参数将发生改变，输出流量发生变化，这样就到达了在定速运行时调节离心泵输出流量的目的。在调节离心泵流量的经过中，离心泵的性能曲线HQ曲线不变，工况点沿着离心泵的性能曲线HQ曲线由M1移到M2，特性曲线由R1变为R2，风机输出流量由Q1变为Q2。这时离心泵随着

4、输出流量的减少，离心泵的压力相应上升。这种调节流量方法简单，操作容易。但是在流量减少的同时，离心泵压力同时上升，而经过档板后的运行压力却又很低，这样使大量的轴功率消耗在离心泵体的内部压力的无效损耗上，不但浪费了大量的能源，同时由于泵体内压力较大，其机械构造的损害也较大。5、通过改变离心泵的转速来实现对离心泵的流量调节在离心泵的管网特性不变情况下，改变离心泵的转速，使离心泵的特性曲线HQ曲线平行移动，工况点将沿着管网特性曲线移动，到达调节离心泵流量的目的。图4、离心泵在不同转速时的特性曲线当离心泵转速为n1时，离心泵的压力-流量曲线与管网特性曲线R相交于M1点。当离心泵转速为n2时，离心泵的压力

5、-流量曲线与管网特性曲线R相交于M2点。当离心泵转速降低，流量降低的同时，离心泵的压力也同时随之降低，这样，在调低流量的同时，离心泵内部压力也随之下降，具有极好的节电效果。这种方法不必对离心泵本身进行改造，转速由外部调节，离心泵档板可处于最大点保持不变，并能实现无极线性调节流量。6、采用改变离心泵转速调节流量与采用改变离心泵档板调节流量消耗功率的差值采用改变离心泵转速和改变管网特性进行离心泵输出流量的调节，在调节一样流量的时候，其离心泵的特性曲线HQ曲线变化不同，二种调节方法的运行工况点也不同其运行的比照图如下图5、离心泵转速调节与档板调节的特性曲线比照在额定流量Q1时：离心泵档板为额定开度，

6、其管网特性曲线为R1，离心泵转速为额定转速，其特性曲线为n1，此时离心泵处于额定出力的状态，转速调节和档板调节的工况点重合，处于M1点，此时两种调节方式的消耗轴功率是一样的。在运行中需输出流量Q2时调速运行离心泵消耗轴功率：调节离心泵转速将流量调为Q2，这时离心泵的特性曲线HQ曲线平行下移，工况点处于M2点，离心泵压力变为H2。其消耗的轴功率为：在运行中需输出流量Q2用档板调节流量时离心泵消耗轴功率：调节离心泵档板改变管网特性，将流量调为Q2，这时离心泵的特性曲线HQ曲线不变，管网特性曲线由R1变化到R2，与n1时的离心泵特性曲线相交于M3，此时离心泵为Q2，压力为Hf，在曲线上看出，HfH1

7、，固然流量下降了，但是压力却上升了，其消耗的轴功率为用速度调节流量时压力的变化H2=H1(n/n0)2(/0)用档板调节流量时压力的变化HfH1档板调节与转速调节消耗轴功率的差值：由于在运行时，用转速调节流量时，H2H1,在工程计算中定义：HfH1档板调节与转速调节消耗轴功率的差值：将H2=H1(n/n0)2(/0)与HfH1代入上式可得：PP31-(n/n0)2(/0)进而得出用转速调节流量比用档板调节流量要节约按转速变化的平方系数的能量。1、高压变频器的工作原理：1高压变频器的构成：多电平单元串联高压变频器是由十八个一样的单元模块构成，每六个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由移

8、相变压器进行供电，原理图如下：图6高压变频器内部构造图2功率单元构成：功率单元是一种单相桥式变换器，由输入切分变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT以PWM方法进行控制，产生设定的频率波形。变频器中所有的功率单元，电路的拓扑构造一样，实行模块化的设计。其控制通过光纤发送。原理框图如下所示：图7功率单元原理框图来自主控制器的控制光信号，经光/电转换，送到控制信号处理器，由控制电路处理器接收到相应的指令后，发出相应设的IGBT的驱动信号，驱动电路接到相应的驱动信号后，发出相应的驱动电压送到IGBT控制极，操作IGBT关断和开通，输出相应波形。功率单元中的状态信息将被采集到应答信号电路中

9、进行处理，集中后经电/光转换器变换，以光信号向主控制器发送。3、高压变频器运行原理：高压变频器的每个功率单元相当于一个三电平的二相输出的低压变频器，通过叠加成为高压三相沟通电，以6KV变频器为例，阐述：6KV输出电压的变频器，每相有6个功率单元相串联。单元的输入电压为三相600V，输出则为单相577V，单元互相串联叠加后可输出相电压3464V。当变频器输出频率为50HZ时，相电压为13阶梯波，如下列图所示。图中UA1UA6分别为A相6个功率单元的输出电压，叠加后为变频器A相输出电压UA0。图中显示出了生成PWM控制信号时所采用A相参考电压UAr，能够看出UA0很好地逼近UAr。UAF为A相输出

10、电压中的基波成分。图8相电压回路叠加波形由于变频器中点与电动机中性点不连接，变频器输出实际上为线电压，由A相和B相输出电压产生的UAB输出线电压可达6000V，为25阶梯波。如下列图所示，为输出的线电压和相电压的阶梯波形，UAB不仅具有正弦波形而且台阶数也成倍增加，因此谐波成分及dV/dt均较小。图9线电回路叠加波形4、多电平单元串联叠加型变频器的三相波形输出质量：高压变频器在运行后，将输入的工频的三相高压沟通电转化为能够进行频率可调节的三相沟通电，其电压和频率根据V/F的设定进行相应的调节，保持电机在不同的频率下运行，而定子磁心中的主磁通保持在额定水准，提高电机的转换效率，在下列图中是在现场

11、运行时，经过PT收集的电动机三相输入波形：图5电动机入电压波形多重叠加应用，高压变频器输出电压的谐波含量很低，已到达常规供电电压允许的谐波含量，同时输出电压的dV/dt较小，不会增加电机绕组的应力，能够向普通标准型沟通电动机供电，不需要降容或加输出滤波电抗器，保证了高压设备的通用性。1、高压变频器在3号泵上的应用与效果：1、高变频器安装运行：燕化公司动力事业部一供水车间3号水泵原来采用工频运行，阀门调节方式控制流量，不能知足生产工艺要求，又浪费了大量的电能。为此北京市水务局于2004年12月份投资采用哈尔滨九洲电气股份有限公司生产的高压变频调速装置对3号泵进行改造。该装置采用单元串联式多重叠加

12、型直接高高变频器，带自动旁路柜，就地，远控均为彩色液晶触摸屏控制，预留DCS控制和闭环控制功能。并于2005年1月4日正式投入运行。经过半年的饿考核，哈尔滨九洲电气股份有限公司所生产的高压变频调速装置运行稳定，性能良好，即知足了生产工艺的要求，又具有显著的节能效果。2、现场设备参数：名称：离心式清水泵型号：24SA10A扬程：39m流量：2700m3/h允许吸上真空高度：4.8m转速：730r/min功率：319KW配用功率：360KW生产日期：1975年5月重量：4100Kg生产厂家：长沙水泵厂名称：异步电动机型号：JS158-8额定功率：380KW额定电压：6000V额定电流：47A环境温

13、度：35转速：740r/min绝缘等级：A接法：星重量：4100Kg技术条件：OAG.510.004序号：750259生产日期：1975年6月生产厂家：湘潭电机厂名称：高压大功率变频调速装置型号：JZHICON-IA-06/50额定输入电压：6000V额定输出电压：6000V额定输出频率：50HZ额定输出功率：500KW额定输出电流：50A输出频率调节范围：050HZ生产厂家：哈尔滨九洲电气股份有限公司3、电动机工频运行时的工况：电动机电流：26A电动机温度：45运行频率：50HZ出口压力：0.50Mpa输出流量：880m3/h出口阀挡板开度：60%4、电动机变频调速运行时的工况：电动机电流：

14、14A电动机温度：25运行频率：39.8HZ出口压力：0.33Mpa输出流量：880m3/h出口阀挡板开度：100%5、电动机工频运行时的耗电量：每小时耗电：26A47A380KW1h=210KW天天耗电：21024h=5040kwh每年耗电：5040365=1839600kwh6.电动机变频运行时的耗电量：每小时耗电：26A47A380KW1h=113.2kwh天天耗电：113.224h=2716.8kwh每年耗电：2716.8365=991632kwh7.电动机采用高压变频调速装置后的电量：每小时节电：210113.2=96.8kwh天天节电：50402716.8=2323.2kwh每年节

15、电：1839600991632=847968kwh8.平均节电率：8479681839600=46%9.电动机采用高压变频调速装置后节约电费：平均电费以0.5元/kwh计算：每年节约电费：847968kwh0.5元/kwh=423984元42.4万元6、结束语：通过北京燕化公司动力事业部一供水车间的3号泵高压变频器调速改造，解决了大容量的离心泵在供水量与用户量相值相近的小水量输出情况的安全运行的难题。使3号泵安全地运行于额定流量的1/3下面，并能够保持准确的流量调节,在不抽干小流量地表水的同时,保证的用户终端的用水需求。高压变频器的准确控制功能，能够使水泵工作于原来调节方式下无法到达的工况，在极小流量的情况下仍能精细的调节介质流量,这样就能将大泵使用一些原先无法应用的小流量水源,这样在节约大量电量的同时，同时充分利用了稀少的水资源。在自主创新，占领世界科技高端的精神带动下，具有自主知识产权的国产大功率与超大功率高压变频的技术不断成熟，在中国的大型工业领域内的电动机调速应用越来广泛，并开场进入原来由国外的高压变频器垄断的领域。使高压变频器这种当代电力电子的高科技产品将在我国能源高效利用的领域得到愈加广泛的应用。0