1、目 录一、系统概述 .2二、水泵节能特性分析 .2三、变频恒压节能方案 .331 ACS800 变频器的优点 .332 采用变频控制的优点 .333 凝结水泵变频节能实现 .5四、变频节能经济效能计算 .7五、变频方案预算 .8一、系统概述*凝结水泵每台机组配有三台水泵，正常情况下两台工频运行，一台备用。凝结水泵系统在设计时是按现场最大供水需求（及最大工况）来考虑的，凝结水泵的运行工况也相同，即按单机的最大供水需求量来考虑的；在实际使用中有很多时间水泵都需要根据实际工况进行调节，通过开关阀门的方式实现凝泵出口母管压力在 0.881.13 Mpa 左右，开关阀门进行调节增大了系统的节流损失，且对
2、系统本身的调节也是阶段性的，调节速度缓慢，减少损失的能力很有限也使整个系统工作在波动状态。而通过在一台凝泵加装变频调速器装置，即一台满负荷，一台可调负荷。通过出口母管压力变送器反馈输出模拟信号与给定值进行比较，实现闭环控制自动调节凝泵出口母管压力不小于 0.88 Mpa，可使系统工作状态平缓稳定。并可通过变频节能收回投资，变频节能的效果是十分显著的 。二、水泵节能特性分析由水泵的工作原理可知：水泵的流量与水泵电机的转速成正比，水泵的扬程与水泵电机的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵（电机）的转速的三次方成正比（即水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）。如下
3、表图一所示：序号 频率 Hz 转速 n% 流量 Q% 扬程 H% 轴功率 P%1 50 100% 100% 100% 100.0%2 45 90% 90% 81% 72.9%3 40 80% 80% 64% 51.2%4 35 70% 70% 49% 34.3%5 30 60% 60% 36% 21.6%6 25 50% 50% 25% 12.5%根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。例如：将供电频率由 50HZ 降为 45HZ，则 P45/P50=453/503=0.729，即 P45=0.729P50将供电频率由 50HZ 降为 40HZ，则 P40/P50=403/503=0
4、.512，即 P40=0.512P50 通过在水泵加装变频调速器装置，可实现自动调节控制，通过上表可以直观的看出在流量变化时只要对转速（频率）稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变。三、变频恒压节能方案31 ACS800 变频器的优点1 稳定整个系统的正常运行，抗干扰能力强；2 实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击；3 内置 PID 功能，可接受多种给定、反遗信号；4 具有节电、市电和停止三位锁定开关，便于转换及管理；5 保护功能完善，可远程控制；6 操作简单，防止误操作；7 超静音优化设计，降低电机噪声；8 高效节能，投资回收快，环保效果显著等。32 采用变频控制
5、的优点3.2.1 控制电机的启动电流当电机通过工频直接启动时它将会产生 7 到 8 倍的电机额定电流，这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动，一旦频率和电压的关系建立变频器就可以按照 V/F 或矢量控制方式带动负载进行工作使用变频调速。能充分降低启动电流提高绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低，电机的寿命则相应增加。3.2.2 降低电力线路电压波动在电机工频启动时电流剧增的同时电压也会大幅度波动电压下降的幅度，将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量，电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常
6、，如 PC 机传感器 、接近开关和接触器等均会动作出错，而采用变频调速后由于能在零频零压时逐步启动则能最大程度上消除电压下降。3.2.3 启动时需要的功率更低电机功率与电流和电压的乘积成正比, 那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率，在一些情况下，其配电系统已经达到了最高极限，其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响, 从而将受到电网运行商的警告, 甚至罚款。如果采用变频器进行电机起停,就不会产生类似的问题。3.2.4 可控的加速功能变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行光滑地加速，而且其加速曲线也可以选择(直线加速 S 形加速或者自动加
7、速)，工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动，这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗降低机械部件和电机的寿命。 3.2.5 可调的运行速度运用变频调速能优化工艺过程，并能根据工艺过程迅速改变，还能通过远控 PLC 或其他控制器来实现速度变化。3.2.6 可调的转矩极限 通过变频调速后能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏，从而保证工艺过程的连续和产品的可行性，目前的变频技术使得不仅转矩极限可调，而且转矩的控制精度更高。工频状态下电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。3.2.7 受控的停止方式 如同可控的加速一样, 在变频调速中
8、, 停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以选择(减速停车自由停车减速停车直流制动)，同样它能减少对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加可靠，寿命也会相应增加 。3.2.8 节能 采用变频器后都能大幅度地降低能耗。这在十几年的工程应用中已经得到体现，由于最终的能耗是与电机的转速三次方成正比，所以采用变频后投资回报就很快33 凝结水泵变频节能实现凝结水泵每台机组配有三台水泵： 每台功率 75KW，两台并列运行，一台备用。根据凝结水泵实际使用情况拟定两台并列运行中的一台采用变频调速。3.3.1 系统控制变频装置控制信号由远方给定、工频和变频故障信号传远方监控。3.3.2 变频器内部控制变频器
9、内部控制及功能，主要是指变频器内部 PID 功能模块，内部 PID 功能使现场技术员设置和调试方便，相对于原来的硬件 PID 板控制，省去了硬件维护需要，节省了成本。主控环节的压力设定信号与系统压力信号反馈形成闭环以维持管网恒定压力(简称闭环控制)。3.3.3 电机控制本方案的控制方式将按恒压供水系统的通用自动功能进行设计。变频节能系统是在保留原有工频系统的基础上加装一台变频柜，变频柜本身具有工频、变频转换功能，变频节能系统与工频之间要设置联锁以确保系统工作安全。3.3.4 恒压供水节能原理如上所述，流量是供水系统的基本控制对象，供水流量需要随时满足用水流量。在供水系统中，出口母管中的水压能够
10、充分反映供水能力与用水需求之间的关系：若 供水流量 用水流量 母管水压上升 若 供水流量 用水流量 母管水压下降若 供水流量 = 用水流量 母管水压不变凝结水泵采用变频调速技术进行恒压供水控制时， 变频调速系统将管网压力作为控制对象，装在母管出水口的压力变送器将母管的压力转变为电信号送给变频器内部的 PID 调节器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小按给定的 PID 控制模式进行运算，产生控制信号去控制变频器的输出电压和逆变频率，调整电动机的转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。另外，采用该方案后，凝结水泵电动机从静止到稳定转速可由变频器实现软动，避免了启动时的大电流和启动给水泵带来的水
11、锤冲击。整个控制过程如下：用水需求 管路水压 压力设定值与返馈值的差值 PID 输出 变频器输出频率 水泵电机转速 供水流量 母路水压趋于稳定，特别注意，在压力容差范围内，变频器的 PID 不调节，即保持输出频率不变，压力频率 PID 曲线如图 2 所示。图 2 压力频率 PID 曲线图正常情况下，一台水泵在变频器调速控制方式下工作。变频器一旦出现故障，母管压力不够，因此，变频电机的电路上安装了“市电”、“节电”接触器，这样可以有“市电运行”与“节电运行”两种工作模式选择：市电运行模式下，变频器不工作，整套系统按原有方式手动起停、工频运行；节电运行模式下，由变频器直接拖动，系统根据用水量的变化
12、，自动调节水泵电机转速，使得母管始终保持恒定压力的水压输出。四、变频节能经济效能计算目前使用情况：#1 凝泵 #2 凝泵凝泵出口压力(MPa) 1.18 1.19凝水电流（A） 99 102凝泵出口母管压力(MPa) 1.13根据水泵运行特性知：序号 频率 Hz 转速 n% 流量 Q% 扬程 H% 轴功率 P%1 50 100% 100% 100% 100.0%2 45 90% 90% 81% 72.9%3 40 80% 80% 64% 51.2%4 35 70% 70% 49% 34.3%5 30 60% 60% 36% 21.6%6 25 50% 50% 25% 12.5%使用变频前后耗能对比：由上表可知凝泵出口母管压力(MPa)在 0.881.13 范围时输出频率在3550Hz 之间。除去机械、管路的损耗节电率在 10%40 左右。
