变频调速技术在循环泵中的应用

胡文琪　马银福

摘要：主要从变频调速器的原理及特點入手，对某选煤厂循环泵变频调速的改造进行了分析，分别从变频调速原理、变频节能的可行性、变频调速改造设计、应用效果几方面展开。分析认为，变频调速器的应用，节能效果非常明显，并提高了设备和系统的安全可靠性。

关键词：循环水泵;变频调速;应用

引言

能源问题一直以来为世界各国所普遍关注，节能技术的开发利用作为一种最直接的减少能源消耗的方式，更是受到高度重视。电能是各类能源中最重要也最昂贵的能源之一，电气设备节能是当今经济和社会发展的必然趋势。多年来国家一直大力提倡保护环境，节约能源，并重点支持发展变频调速技术，作为交流调速中心的变频调速技术现已得到了显著的发展，在工业生产的各个领域已被广泛应用，无论是国内还是国外，水泵的发展已向软启动、软制动、智能化、自动化等方向发展。

1 变频器工作原理

变频器是交流电气传动系统的一种，是将交流工频电源转换成电压、频率均适合于交流电动机调速的电力电子变换装置。交流电动机转速的表达式为：n=60f/p（1-S）其中：n为电机转速，f为给电动机供电的交流电频率，p为电动机极对数，S为转差率。由上式可知：当平滑地改变频率f时，电动机转速n就可得到平稳的改变。变频调速系统利用电力半导体器件的通断作用，通过连续改变变频器的输出频率来实现转速的连续变化，并且使电动机在转差较小的范围工作，转速有非常宽的调节范围，运行效率显著提高。2变频节能的可行性

图1是水泵流量一扬程曲线，即Q-H曲线图，设水泵正常工作点为A。需水量从Q1调至Q2时，采取传统阀门的方式来调节，管网特性曲线从变成Q2，随之工作点调到B点，输出的功率是四边形OQ2BH2的面积，功率无明显变化，但运行效率会变低。当采用变频调速时，可以从实际需求出发，有效地调整电机的转速，水泵的性能曲线也会随之变化，当其转速从n1调至n2时，也就是转速下降时，C点则是工作点，此时水泵的输出功率是四边形OQ2CH2的面积，且水泵的效率曲线也会相应变化，发生平移，但仍然运行在高效范围内。上图中阴影部分面积也就是经过变频调速后节省的能耗。

3 采用变频调速技术的意义

循环水泵随机组长期连续运行，由于机组负荷经常变化，需要及时调整循环水流量，以保证机组的经济安全高效运行。因为循环系统水位基本上保持稳定，所以循环水泵的扬程也基本保持稳定，而其容量按计算水量确定。过去冷却风扇和循环水泵均不调速，利用风门挡板和出口阀门来控制风量和水流量。水泵处于恒速交流传动运行状态，并以档板、阀门或空放回流的办法进行调节，从而白白损失大量的电能，功率越大的风机、水泵损失的电能也越大。根据电工学基本原理，风机和水泵，消耗功率与电动机的转速成三次方关系。如要调节风机的风量或水泵的流量，通过调节电动机的转速，不仅能降低电动机的消耗功率，而且可以节约电能。改变电动机的转速，理论上有两种途径：一是改变供电电源的频率;二是改变电动机的极对数。改变极对数进行调速，因为它没有额外的损耗，从理论上讲效率最高，但由于其属于有级调速，且机械构造较为复杂，对电动机的制造要求非常高，在国内外现有的产品中这类电动机功率较大的较少。改变频率进行调速虽然有损耗，有些品牌的变频器现在的技术水平效率高达99%，将其损耗减少到最低程度，而且可以进行无级调速，变频装置的功率可达到几千kW，因此可应用到各种规格的电动机中。利用高压变频器结合水泵固有的特性，根据实际需要对循环水泵拖动电机进行调速，既能够调节水泵的出水量，又可以降低电动机的功耗。

4 循环水泵高压变频调速系统

4.1 变频器选型

高压变频器选型改造的循环水泵是两台双侧布置，甲乙两台水泵均采用调节阀门开度的方式控制流量，由于电机设计时冗余较大，加上流量控制采用阀门调节引起的阻力损耗，电能的浪费特别严重，影响机组的经济运行。一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能满足电机在额定出力内进行不同转速的调节。在现实生产工作中，根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。某电厂循环水泵的配套电机功率为6KV/250KW，为了满足50Hz时满负荷运行要求，为其配备了容量为320kVA的变频器以满足各种工况下不同转速调节的要求。

4.2 高压变频调速系统方案

变频调速将给定水压做为恒定参考值，水压给定值与水压反馈量比较而产生的误差信号经过调节器处理后，用于控制变频器的输出频率。高压变频器为异步电动机提供电源，通过改变变频器的输出频率来调节电机的转速，从而可以方便地调节水泵的转速。系统进入发电机组现有的DCS系统，根据机组的负荷情况，DCS按照事先设定好的程序对锅炉循环水泵电机的转速进行自动控制。将工频交流电源通过整流器变换成直流，然后在通过逆变器变换成可控频率和电压的交流电。其中整流部分采用二极管组成的不控整流器，逆变部分采用全控型功率器件IGBT组成的脉宽调制（PWM）逆变器，采用滤波电容。通过压力信号调整变频器频率，控制实现管道压力、流量的闭环控制。利用原循环泵接触器，并采集接触器闭合信号，延时启动变频器。为了确保最高处具有足够的压力，在回水管上安装一个压力表，如果回水压力低于规定值，电动机的转速不再下降。高压变频器需要提供给DCS的开关量包括故障报警、待命指示、运行指示、高压合闸允许、高压紧急分断、开阀门、关阀门等;高压开关柜提供给变频器的开关量有：1个，工频高压开关已分闸。DCS需要提供给高压变频器的开关量包括：启动变频、停运变频器、阀门关严、阀门开全。

结语

在选煤厂工艺中使用变频调速技术有着非常重要的作用，不仅可提高选煤厂自动化控制水平、工作质量和效率，而且可确保设备运行的安全稳定性，延长各设备的使用寿命，减少安全事故的发生几率。

参考文献

[1]刘卫星，张树伟.浅析变频调速在重介选煤系统中的具体应用[J].选煤技术，2016（18）：308-315

[2]胡伟明，徐成明，刘一鸣，等.基于变频调速技术在选煤厂循环水泵的改造应用[J].经营企划技，2015（4）：135-142.