摘要：本文分析了供水處理過(guò)程中，將變頻器應(yīng)用于水泵的節(jié)能原理，提出了采用深圳日業(yè)電氣有限公司生產(chǎn)的SY3200變頻器作為水泵變頻器件的設(shè)計(jì)方案，采用SY3200變頻器后，供水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
　　根據(jù)貴廠實(shí)際情況，工廠用水是由一臺(tái)水泵將外源水抽至工廠儲(chǔ)水池，再由另外一臺(tái)水泵根據(jù)工廠實(shí)際用水量的大小來(lái)將水供給工廠使用。
　　在一般情況下，水泵采用恒速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，而用水量卻是變化的，為了保證水池的正常供水，工人要在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常調(diào)節(jié)擋板或閥門開度大小來(lái)控制水泵的抽水量，或者將水池中用不完的水白白流掉。這樣做不僅增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且有大量的電能浪費(fèi)在水泵閥門阻力的損失上。因此就要求水泵處于變工況運(yùn)行，若利用變頻器進(jìn)行調(diào)速，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法取代調(diào)節(jié)擋板或閥門，則不僅可以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，還能達(dá)到節(jié)約電能目的，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。
水泵變頻器控制節(jié)能原理
1、水泵特性分析
根據(jù)離心泵特性曲線的有關(guān)公式：
　　　　　　　　　　　　　　　P=K1Qh （1）
　　　　　　　　　　　　　　　Q=K2n （2）
　　　　　　　　　　　　　　　H=K3n2 （3）
　　　　　　　　　　　　　　　由（1）、（2）、（3）式得：
　　　　　　　　　　　　　　　P=k4n3 （4）
　　　　　　　　　　　　　　　P/Q=K5n2 （5）
　　　　　　　　　　　　　　　式中：K1，K2，K3，K4，K5為常數(shù)：
　　　　　　　　　　　　　　　P為泵機(jī)軸功率；
　　　　　　　　　　　　　　　Q為泵機(jī)流量；
　　　　　　　　　　　　　　　H為泵機(jī)揚(yáng)程；
　　　　　　　　　　　　　　　n為泵機(jī)轉(zhuǎn)速。
（1）式中說(shuō)明在相同的軸功率下，若通過(guò)出口閥門調(diào)節(jié)泵機(jī)流量，將引起泵機(jī)揚(yáng)程的相應(yīng)改變，流量越小，揚(yáng)程變得越大，但實(shí)際抽水時(shí)，由于揚(yáng)程是基本不變的，由此就產(chǎn)生了更多的富余揚(yáng)程。
（4）式說(shuō)明泵機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，若設(shè)法降低轉(zhuǎn)速，就可以減小泵機(jī)軸功率，再由（1）可知，就可實(shí)現(xiàn)流量或揚(yáng)程的自由調(diào)節(jié)。
（5）式說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)，排放每m3 水能耗（即功耗）與轉(zhuǎn)速立方成正比，這說(shuō)明在達(dá)到實(shí)際供水流量前提下，轉(zhuǎn)速越小，功耗越小。
2、電機(jī)特性分析
根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的工作原理：
　　　　　　　　　　　　　n=60\p.f（I-s） （6）
　　　　　　　　　　　　　式中：f為電機(jī)的電源頻率；
　　　　　　　　　　　　　p為電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；
　　　　　　　　　　　　　S為轉(zhuǎn)差率。
由于電機(jī)的S和P為常數(shù)，所以（6）式可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率有固定的正比例關(guān)系。
3、節(jié)能原理
　　由電機(jī)特性分析可知，均勻改變電機(jī)供電頻率F，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變泵機(jī)的轉(zhuǎn)速；結(jié)合泵機(jī)特性分析，降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少，泵機(jī)軸功率就相應(yīng)減少。這就是變頻器控制水泵的節(jié)能原理。
　　另外，水泵起動(dòng)時(shí)的急扭和突然停機(jī)時(shí)的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動(dòng)或破裂，嚴(yán)重的可能造成電機(jī)的損壞，水泵采用變頻器調(diào)速以后，可以根據(jù)工藝的需要，實(shí)現(xiàn)泵機(jī)的軟啟和軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在用水量不大的情況下，可以降低泵機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣不僅避免了水泵長(zhǎng)期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，造成的電機(jī)過(guò)早的老化，而且變頻器的軟啟動(dòng)大大減小泵機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械的沖擊，也具有節(jié)能的作用，其節(jié)電率一般在15%-40%左右。
水泵變頻控制設(shè)計(jì)
變頻器選用深圳日業(yè)電氣有限公司開發(fā)生產(chǎn)的日業(yè)牌SY3200變頻器作為就頻調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行單元。日業(yè)SY3200系列變頻器是高性能空間電壓矢量控制通用變頻器。
它具有如下特點(diǎn)：
■　日立32位電機(jī)控制專用微處理器，高精度頻率輸出。
■　新穎的功率累計(jì)功能，觀察節(jié)能效果更直觀方便。
■　獨(dú)特時(shí)間累計(jì)功能，可以顯示單次通電運(yùn)行時(shí)間，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。
■　內(nèi)置RS-485接口，可計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制。多信號(hào)輸入，內(nèi)置簡(jiǎn)易PLC，自動(dòng)化控制更方便。
■　參數(shù)交互功能，設(shè)定方便。
■　載波頻率可調(diào)，靜音運(yùn)行。
■　控制方式多樣化，通用性強(qiáng)。
■　內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能，閉環(huán)控制簡(jiǎn)單。
■　低速額定轉(zhuǎn)矩輸出，運(yùn)行穩(wěn)定。
■　鍵盤操作方便，可在運(yùn)行時(shí)在線調(diào)整和設(shè)定有關(guān)參數(shù)
■　內(nèi)置剎車單元，快速停車。
■　風(fēng)扇的運(yùn)行狀態(tài)可以控制，調(diào)度和運(yùn)行更簡(jiǎn)易方便。
■　多樣的變頻器運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)顯示，對(duì)控制信號(hào)和負(fù)載有關(guān)情況一目了然。
　　系統(tǒng)被控對(duì)象為1臺(tái)30KW水泵電機(jī)，保留電機(jī)的原工頻啟動(dòng)單元，另加變頻控制，兩者通過(guò)機(jī)械電氣聯(lián)鎖，既保證了泵機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又便于系統(tǒng)的維修，液位測(cè)量變送器用于測(cè)量水池液位，并將液位信號(hào)變換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，供給SY3200變頻器。圖一所示為SY3200變頻器控制泵面的結(jié)構(gòu)框圖。

　　　　 圖一：SY320變頻器控制泵機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

　　當(dāng)工廠用水量增大時(shí)，水池水位則相應(yīng)的下降，液后測(cè)量變送器將液位下降以電信號(hào)的形式傳送給SY3200水池供水變頻器，使SY3200變頻器輸出頻率相應(yīng)地增大，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，供水量也相應(yīng)地加大，從而保持了水池液位的相對(duì)穩(wěn)定。反之，則變頻器輸出頻率降低，以保持水池水位不再上升。
4、結(jié)束語(yǔ)
水泵在使用了SY3200變頻器控制以后，不但免去了許多繁瑣的人工操作，降低了不安全隱患因素，并且使系統(tǒng)始終處于節(jié)能狀態(tài)運(yùn)行，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減小了維修工作量和維修頻率，還可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，使起動(dòng)電壓降低，減小對(duì)電網(wǎng)的大電流沖擊，更好地適應(yīng)了生產(chǎn)需要。而且日業(yè)電氣有限公司的 SY3200變頻器具有豐富的內(nèi)部控制功能，可以很方便地與其他控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。因此，在供水處理過(guò)程中使用變頻器具有很好的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

說(shuō)明，改造方案須用工頻，變頻雙回路控制，變頻改造并不改變水泵原有的控制原理，原水泵系統(tǒng)保護(hù)裝置依然有效，并且工頻/變頻切換采用了電氣，機(jī)械雙重聯(lián)鎖，大大提高了系統(tǒng)的安全，可靠性。