电动机采用变频调速运行特性良好

电动机采用变频调速，运行特性良好；避免了调节阀带来的繁琐的维护和检修工作；电动机低速运行时故障率降低且噪音减小；采用变频调速后，其明显的节能效果更让全局瞩目。系统构成系统主要包括MCS-51单片机控制系统、110kW电机水泵机组（3号机组备用）、日本富士系列通用变频器、压力变送器、继电控制逻辑等。　　

　　压力传感器将采集的水压信号变成0～5V的模拟电压信号，经A/D转换后输入到单片机，由单片机将其与系统设定的水压进行PID运算处理。其运算结果经D/A转换输出至变频器以控制其输出频率，同时还要根据运算结果通过继电逻辑控制来控制2号机组的启停。供水系统控制原理。系统根据用水量的大小设定水泵的运行方式，采用变频调速方式实现恒压变流量供水：当水压低于给定压力时，变频器的频率增加，以提高供水压力；当变频器频率已达到最高频率，而水压仍不满足要求，则启动2号工频机组，然后继续调频。当水压高于给定压力时，变频器的频率降低，以减小供水压力；当变频器频率已达到最低频率，而水压仍不满足要求，则2号工频机组停机并继续调频。如此反复变化，直至出水口水压与给定值相等。系统中的两台水泵可实现定时倒泵功能，以保证两台泵工作均匀，有利于延长水泵的使用寿命。系统还配置了操作键盘和LED显示器，使系统可根据现场实际情况调整参数，同时显示系统供水压力和流量。为使系统安全可靠运行，系统配置了过载、缺相、缺水报警和保护电路。另外，系统具有功能完备的手动操作系统，使系统既能自动控制又能手动运行，提高了可靠性。

　　节能分析在相同的生产条件下，改造后节电36kW，按每年运行200天×24h计算，那么节电率=功率节余/额定功率=36/110×100%节能变频器的投资回收期为1.2年。此系统节能效果如此显著，可从以下三方面进行分析：采用变频供水系统后，水泵的供水功率明显减小供水系统向用户供水时所消耗的功率称为供水功率，它是供水系统的输出功率，用P表示，其大小与水泵的流量Q和扬程H乘积成正比，在初始工况下，水泵运行于稳定工作点E（Q），E点是阀门全开时的管阻特性②与额定转速下的扬程特性①的交点，此时水泵供水功率（1）阀门控制法水泵运行在额定转速n（即扬程特性不变），通过调节阀门大小（即改变管阻特性）调节流量。如果实际需要流量由Q到Q时，阀门旋紧后管阻特性由②变为③，与额定转速下的扬程特性①交于新的稳定工作点N（Q），故水泵供水功率式中CQ―水泵的有用功率；）―阀门上的损失功率。

　　虽然流量由Q减小到QN，但供水功率P与相比变化不大。

　　（2）转速控制法阀门开到最大（即管阻特性不变），通过改变水泵的转速（即改变扬程特性）调节流量。当水泵转速降低使流量减小到Q时，扬程特性由①变为④，与阀门全开时的管阻特性②交于新的稳定工作点C），水泵供水功率为二者之差ΔP=P），即是在流量相同的情况下，转速控制方式比阀门控制方式节约的水泵供水功率。

　　采用变频供水系统后，水泵的效率得到提高水泵的效率为水泵的输出功率P（即水泵的供水功率）与水泵的输入功率P（即电动机轴的输出功率）之比，即η水泵的工作效率取决于流量和转速之比，其比值越小，效率越低。

　　（1）阀门控制法电动机转速不变，通过关小阀门减小流量时，流量转速比降低，所以随流量减小水泵的工作效率降低。

　　（2）转速控制法阀门开到最大不变。由流体力学知识可知，当管阻特性不变时，水泵的流量与转速成正比，即流量转速比不变，所以水泵的工作效率总是处于最佳状态。

　　采用变频供水系统后，电动机的效率得到提高电动机的效率指电动机轴的输出功率P与电网的输入功率P之比，即η电动机在额定负载情况下运行时，效率一般为0.7～0.9，效率和功率因数最高；而在轻载或空载状态，电动机的效率和功率因数很低，致使电能损耗增加，电能大量浪费，空载时效率只有0.2～0.3.

　　（1）阀门控制法采用阀门控制法设计系统时，供水系统管路情况复杂，管阻特性难以预测，因而留有很大的裕量，即便在用水高峰期电动机也是处于轻载状态，所以电动机效率和功率因数很低。

　　（2）采用变频调速方式为正常调速，变频器在调频的同时必须调压，一般情况是：在额定频率以下采用恒压频比控制（即U/f=常数）；在额定频率以上采用只调频不调压的近似恒功率控制。泵类负载的负载转矩和转速的二次方成正比，低速时，即使采用恒压频比控制，而电动机仍处于轻载状态，效率较低。从节能角度看，U/f还可降低。

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