低壓變頻器在給水系統(tǒng)中的合理利用

一．天津紀(jì)莊子再生水廠居民區(qū)泵房供水現(xiàn)狀：

天津紀(jì)莊子再生水廠居民區(qū)送水泵設(shè)計(jì)日供水能力為3萬(wàn)噸/日，主要為梅江居住區(qū)居民用戶提供生活雜用水，小區(qū)景體補(bǔ)水，園林綠化及水廠生產(chǎn)用冷卻水、循環(huán)水。居民區(qū)送水泵房采用的設(shè)備類型為中開(kāi)雙吸給水泵，其中4臺(tái)型號(hào)HV200-150-400/4P-55KW臥式泵（2臺(tái)采用變頻控制，2臺(tái)為定速控制，功率為55KW），2臺(tái)型號(hào)為ESV-80-50-200/2P-18.5KW立式泵（1臺(tái)為變頻器控制，1臺(tái)為定速控制，功率為18.5KW）。對(duì)外供水系統(tǒng)為恒壓供水：由于眾多用戶不同時(shí)刻用水需求不同，供水系統(tǒng)中供水量為實(shí)時(shí)變化，為保證用戶恒壓用水需求，就需要變頻泵參與運(yùn)行，通過(guò)變頻器調(diào)整電動(dòng)機(jī)頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整送水量，得以維持管網(wǎng)恒壓，（即用戶用水量瞬間增大，管網(wǎng)壓力出現(xiàn)減小趨勢(shì)，變頻器頻率增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，送水泵出水量增加，使管網(wǎng)壓力重新回到設(shè)定值。反之亦然。）這樣能保證所有用戶正常用水。

二． 低壓變頻器調(diào)速技術(shù)原理：

（一）調(diào)速就是在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求。在討論變頻器調(diào)速時(shí)，首先研究公式：

n = (1- s ) n0 = (1- s ) 60 f1 / p (1)

其中： n : 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

n0: 電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速

s : 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率

p: 電動(dòng)機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)

通過(guò)公式（1）表明，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能：

a.變極調(diào)速

b.變頻調(diào)速

c.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

（二）變頻調(diào)速技術(shù)

近年來(lái)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，目前主要采用如下圖所示：

變頻器是由可控硅整流器和可控硅逆變器組成。整流器先將50HZ的交流電變換為直流電，再由逆變器變換為頻率可調(diào)、電壓有效值也可調(diào)的三相交流電，供給異步電動(dòng)機(jī)。由此可得到電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，并具有硬的機(jī)械特性。

三．變頻器的合理節(jié)能利用

（一）送水變頻泵流量與轉(zhuǎn)速、頻率的關(guān)系：

Q1 = ( n1 / n) Q (2)

其中： n : 泵的額定轉(zhuǎn)速

Q ：泵的額定流量

n1 : 泵在低于額定轉(zhuǎn)速下的某一速度

Q1：與轉(zhuǎn)速n1對(duì)應(yīng)的出水流量

根據(jù) n = 60f1 (1- s ) / p (3)

可得 Q1 = ( f / f1 ) Q (4)

其中：f 1 :電源的頻率（50HZ）

f ：與電動(dòng)機(jī)某一轉(zhuǎn)速 n1對(duì)應(yīng)的頻率

（二）送水變頻泵功率與轉(zhuǎn)速、頻率的關(guān)系

N1 = （n1 / n）³ N (5)

其中：N：泵的額定功率

N1：與轉(zhuǎn)速 n1對(duì)應(yīng)的功率

根據(jù)公式（3）與公式（5）可得到功率與頻率之間的關(guān)系：

N1 = （n1 / n）³ N = (f / f1 )³ N (6)

(三) 送水泵揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速、頻率的關(guān)系：

H1 = (n1 / n )² H (7)

其中：H：泵的額定揚(yáng)程

H1：與n1對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程

通過(guò)公式（3）與公式（7）可得出：

H1 = (f / f1 )² H (8)

(四) 使用變頻器達(dá)到節(jié)能目的的結(jié)論與措施：

（1）實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中我們使用小變頻泵（18.5KW），在流量為0m³/h~80 m³/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率變化在25HZ~43HZ之間，根據(jù)公式（6），理論計(jì)算小變頻泵的功率變化在2.3~11.76KW之間；而使用大變頻泵（55KW），在 流量為0m³/h~80 m³/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率在30HZ~34HZ之間，根據(jù)公式（6）計(jì)算，大變頻泵的最小功率消耗不低于11.88KW。由此可見(jiàn)，當(dāng)外網(wǎng)需水量為小流量時(shí)（如冬季或夜間恒壓供水時(shí)），我們可運(yùn)行小變頻泵，降低電網(wǎng)消耗。

（2）通過(guò)公式（6）與（8）我們可得到送水變頻泵功率與揚(yáng)程的關(guān)系：

N1 / N = （f / f1）³ (9)

H1 / H = (f / f1 )² (10)

N1 /N = (H1 / H )^3/2 (11)

由公式（11）可以看出，當(dāng)揚(yáng)程降低時(shí)，即管網(wǎng)恒壓值降低時(shí)，變頻器的功率消耗也會(huì)降低，當(dāng)我們的供水用戶同時(shí)用水概率教低時(shí)，特別是在夜間，我們可以將管網(wǎng)恒壓值設(shè)定的適當(dāng)?shù)鸵恍瑫?huì)降低變頻泵的能量損耗。

四．變頻器在城市給水系統(tǒng)中合理利用的展望

現(xiàn)代城市給水系統(tǒng)中，采用變頻泵調(diào)整出水流量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通過(guò)手動(dòng)調(diào)整出水閥門開(kāi)度，是近代人類科技不斷進(jìn)步的結(jié)果，同時(shí)也降低送水泵的能耗，降低了水廠的運(yùn)行成本，增強(qiáng)對(duì)外供水的穩(wěn)定性，可靠性，從電氣角度使水廠向“低耗高效”實(shí)現(xiàn)了跨越發(fā)展。如何充分利用好變頻器對(duì)水廠運(yùn)行意義重大。