图一所示SIEMENS公司的800KW“高—低—高”型变频器的组态系统,这种型式的变频系统在有些地方是使用国产化的产品组态完成。
这种组态的高压变频器系统因通过变压器三角接线方式接入电网,故对电网的谐波污染小。中间的变频器因可选用电流型的,又可达到大电流的输出目的。
组态的“高—低—高”型变频器系统虽然经济实惠,但在实际使用时还需考虑其中变压器的特殊性、变压器的保护设计以及高电压系统等因素。
组态的高—低—高电流型变频器优点:
1)启动转矩大,输出电流稳定,负载能力强,可靠性高,可适配的高压电动机种类多。
2)因输入、输出变压器均有滤波作用,故电流谐波小,且对其也无须考虑功率因数补偿及加装谐波抑制装置。
3)维护简单,适应现场多变需求。
4)高压主回路与主控制板(器)之间进行强弱电隔离,安全性好。
5)故障检测完善,各种智能化保护齐全,可故障显示和报警。
6)控制电源与高压电相互独立,检测方便,便于现场调试。
7)可接收和输出多种工业标准信号,调节控制简单,易组成多种应用系统。
8)相对投资少,经济实用。
三、高压变频恒压(变压)供水
变频节电原理:
高低压变频调速的节电原理就变频系统(从整流到逆变输出)本身而言都相同,即水泵电机的转速(变频器输出频率)与其功率的三次方成正比,着方面的论述目前在各种刊物、网络等上已有很多,在此就不再重复。
关于变频驱动的拖动方式:
高低变频器及系统的单位投资高于低压变频器及系统,再因为功率大引起的总投资就更大了,这样就需要从节省投资上多下功夫,尽量做到即能得到变频调速节能系统带来的经济效益,又节省投资额度。与低压变频器及系统相同的是可以从高低变频器及系统拖动方式上做文章。
关于变频驱动的拖动方式牵扯到的问题较广,在此特做如下介绍:
1、根据电气逻辑可知:变频器驱动的拖动方式理论上可实现n拖n,n=1、2、3...n,实际应用时,一般最多做成“1拖4”到“2拖4”,再多无意义且反使投资因控制驱动系统过于复杂而急速上升。
2、拖动方式实现的办法:有些国内品牌的变频器生产商,将驱动多台水泵的功能设置在变频器内,这种做法会不会出现:如变频器出现故障就会使得整个自控系统瘫痪?如要使自控系统在变频器出现故障时能继续使用,则需另设电路并加控制设备,这反使系统变得更为复杂。
据经验:简单的PID调节功能可设置在变频器内部,复杂的调节方式则最好通过专用调节器或PLC来实现,对于投切驱动的自控功能二台以上最好由电气电路或PLC来实现。
3、切换拖动的安全:在设计时应在单机的工频与变频间及多机的变频与变频间设置软件和硬件(电气、机械)联锁;在变频与工频的输出端间还可增设双向刀闸箱(低压)或是三工位隔离刀闸柜(高压)可进一步加强其安全可靠性。
关于自动调节方式
一般是采用PID的闭环自动调节方式,其基本过程是:用压力传感器对供水系统母管出口的水压进行采样,转换成电量信号(一般为4—20mA、0—10V等)后送至PID调节器或PLC(变频器内置PID功能的可直接送至变频器)等,将该信号与设定值进行比较运算后,送至变频器,并用来调节变频器(系统)的输出频率,从而改变了水泵转速并调节供水压力(供水量)以达到恒压供水的目的。
近年来,随着模糊控制理论的不断发展,其控制算法也在应用到实际中。它不仅能实现控制,从理论上讲还能模拟人的思维方式,对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。模糊智能控制能消除超调现象,能更快速地响应外部扰动,因此模糊控制方式的抗干扰能力更强。另外还有高智能型的自适应控制方式等等,如条件允许应使其在变频供水系统中得到应用。
一般的设计方式:
改造旧系统的高压变频恒压供水系统是在保留原工频系统的基础上加装。对新系统是设计成纯变频回路,为节省投资也可采用“一拖多”等双回路(工频-变频)系统,但要设置相应的安全联锁以确保系统的工作安全。变频系统的联动控制功能与工频系统的联动控制功能相同。
关于供水压力的保障:
供水系统的变频节能系统在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系及水泵的转速与管损平方成正比的关系:在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时管道损失也在降低,因此,系统对水泵扬程的实际需求一样要降低;而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的最低需求。
四、自动化控制的高压大功率变频恒压(变压)供水系统案例
在城市供水中,高压大功率变频器一般是应用在水泵上,并进行开环或闭环的调速控制,使水泵的转速随着外界用水情况的变化而变化,使水泵能始终运行在其特性曲线的高效区。
本人于1998年有机会设计并调试了东莞梨川二水厂二级泵房的〈自动控制的高压变频恒压(变压)供水系统〉的全套软硬件系统,现简介如下:
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