供水系統(tǒng)中泵用變頻器應(yīng)用要點(diǎn)

□ 羅海軍

近年來，隨著變頻器制造技術(shù)的成熟，變頻器應(yīng)用范圍日益廣泛，尤其在農(nóng)村小型供水系統(tǒng)中，目前已淘汰壓力罐和水塔，變頻調(diào)速供水方式得到普遍使用，本文針對(duì)變頻器在供水泵上使用需注意的有關(guān)問題進(jìn)行闡述。

一、變頻器工作原理

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率成正比，因此只要改變電動(dòng)機(jī)工作頻率即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。我國(guó)目前交流供電的頻率為50Hz，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作頻率能夠在0～50Hz范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，理論計(jì)算原理如下式：

式中：N——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

f——異步電動(dòng)機(jī)的頻率

s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率

p——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)

目前變頻器主要采用交流——直流——交流工作方式，電路一般由整流、中間直流、逆變和控制4個(gè)部分組成，即先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。

二、水泵的匹配

水泵負(fù)載為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，一般情況下具有U/f＝const控制模式的變頻器基本都能滿足這類負(fù)載要求，且一般不容易過載，因此選擇變頻器容量時(shí)保證其稍大于或等于電動(dòng)機(jī)的容量即可。變頻器過載能力一般壓要達(dá)到120%（1min），變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時(shí)應(yīng)注意。由于負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于電動(dòng)機(jī)的額定頻率時(shí)，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩會(huì)超過額定轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)過載，所以要嚴(yán)格控制最高工作頻率不能超過電機(jī)額定頻率。

三、諧波的抑制

變頻器輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波，較低的諧波可引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，較高的諧波會(huì)使電動(dòng)機(jī)出力不足，故變頻器輸出的高、低次諧波都必須抑制。為了消除諧波，可采用以下五種對(duì)策：

（一）增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗，變頻器供電電源變壓器最好選擇短路阻抗較大的。

（二）安裝電抗器，在變頻器的交流側(cè)或直流側(cè)安裝電抗器（或兩側(cè)同時(shí)安裝）可抑制諧波電流。

（三）變壓器多相運(yùn)行，如使相位角互差30°的Y－△、△－△兩臺(tái)變壓器組合構(gòu)成相當(dāng)于12脈波整流器，可減小諧波電流抑制諧波。

（四）提高變頻器載波比，可有效抑制低次諧波。

（五）應(yīng)用濾波器，可檢測(cè)變頻器諧波電流的幅值和相位，并產(chǎn)生與諧波電流幅值相同、相位相反的電流，從而有效地吸收和消除諧波電流。

四、啟/停時(shí)加減速時(shí)間匹配

由于水泵的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大，其啟動(dòng)和停止時(shí)所用的時(shí)間，與變頻器的加速和減速時(shí)間匹配是必須考慮的問題。在變頻器選型和應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷參數(shù)計(jì)算變頻器的加速時(shí)間和減速時(shí)間來選擇最短時(shí)間，以便在變頻器啟動(dòng)時(shí)不發(fā)生過電流跳閘和變頻器減速時(shí)不發(fā)生過電壓跳閘的情況。

五、系統(tǒng)共振的避免

由于是通過變頻器改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率來改變水泵轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水效果，所以就有可能在某一轉(zhuǎn)速下與負(fù)荷軸系的共振點(diǎn)、共振頻率重合，造成負(fù)荷軸系不能容忍的振動(dòng)，有時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備停運(yùn)或損壞。因此在變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷軸系的共振頻率，通過設(shè)定跳躍頻率點(diǎn)和寬度，避免系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象。

六、汽蝕與水錘問題的處理

供水系統(tǒng)水泵在低速運(yùn)行時(shí)，當(dāng)出口閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，會(huì)因系統(tǒng)內(nèi)壓力升高而造成水泵汽蝕。因此，在變頻器功能設(shè)定時(shí)，需通過限定變頻器的最低頻率來限定水泵流量的臨界點(diǎn)最低轉(zhuǎn)速，即可避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。水泵在突然斷電時(shí)，泵管道中的液體會(huì)因重力而倒流，若泵前的逆止閥關(guān)閉不嚴(yán)或沒有逆止閥，將導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)，致使因電機(jī)發(fā)電而導(dǎo)致變頻器發(fā)生故障或燒壞。因此，在變頻器系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)設(shè)定“斷電減速停止”功能，可避免該問題的發(fā)生。

七、 結(jié)束語(yǔ)

變頻器因其經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、可靠性高、無需占地等諸多優(yōu)點(diǎn)而在各類供水系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用，以上是本人在泵用變頻器選型及應(yīng)用中的一些經(jīng)驗(yàn)，供大家參考、借鑒。隨著未來變頻器在高智能化、高可靠性、低價(jià)格和免維護(hù)等方面的進(jìn)一步發(fā)展，變頻器在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加明顯。