•                       高壓變頻器

   

    變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來(lái)，原來(lái)一直難于解決的高壓?jiǎn)栴}，近年來(lái)通過(guò)器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。

測(cè)量?jī)x表

    面對(duì)變頻器含有大量諧、畸變或是非工頻的電量，準(zhǔn)確的測(cè)量方法是采用具有FFT功能的儀器。對(duì)于高壓、大容量的變頻器進(jìn)行測(cè)試，由于電壓、電流數(shù)值較大，一般的儀表不能滿足要求，要采用電壓或電流傳感器，然后再接儀表進(jìn)行測(cè)量。WP4000變頻功率分析儀根據(jù)搭配不同的變頻功率傳感器最高測(cè)試可實(shí)現(xiàn)電壓10kV、電流7000A高壓變頻器的輸入、輸出、效率測(cè)試。

• 包括：

• 輸入值：額定輸入電壓、額定輸入電流、額定容量、有功功率、功率因數(shù)、輸入各次諧波、輸入總諧波失真度。

• 輸出值：最大額定輸出電壓、額定連續(xù)電流、額定功率、頻率范圍、過(guò)載能力、輸出各次諧波、輸出總諧波失真度。

• 效率：在設(shè)計(jì)的頻率范圍內(nèi)，各個(gè)頻率下的效率。

基本原理

    高壓大功率變頻調(diào)速裝置被廣泛地應(yīng)用于大型礦業(yè)生產(chǎn)廠、石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等行業(yè)的各種風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等。在冶金、化工、電力、市政供水和采礦等行業(yè)廣泛應(yīng)用的泵類負(fù)載，占整個(gè)用電設(shè)備能耗的40%左右，電費(fèi)在自來(lái)水廠甚至占制水成本的50%。這是因?yàn)椋阂环矫?，設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工況的變化，需要泵機(jī)輸出不同的流量。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自動(dòng)化，智能化程度的提高，采用高壓變頻器對(duì)泵類負(fù)載進(jìn)行速度控制，不但對(duì)改進(jìn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量有好處，又是節(jié)能和設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，是可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)泵類負(fù)載進(jìn)行調(diào)速控制的好處甚多。從應(yīng)用實(shí)例看，大多已取得了較好的效果(有的節(jié)能高達(dá)30%-40%)，大幅度降低了自來(lái)水廠的制水成本，提高了自動(dòng)化程度，且有利于泵機(jī)和管網(wǎng)的降壓運(yùn)行，減少了滲漏、爆管，可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

   調(diào)節(jié)方法

泵類負(fù)載的流量調(diào)節(jié)方法及原理

泵類負(fù)載通常以所輸送的液體流量為控制參數(shù)，為此，常采用閥門(mén)控制和轉(zhuǎn)速控制兩種方法。

 閥門(mén)控制

   這種方法是借助改變出口閥門(mén)開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)節(jié)流量的。它是一種相沿已久的機(jī)械方法。閥門(mén)控制的實(shí)質(zhì)是改變管道中流體阻力的大小來(lái)改變流量。因?yàn)楸玫霓D(zhuǎn)速不變，其揚(yáng)程特性曲線H－Q保持不變，如圖1所示。

    當(dāng)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，管阻特性曲線R1－Q與揚(yáng)程特性曲線H－Q相交于點(diǎn)A，流量為Qa，泵出口壓頭為Ha。若關(guān)小閥門(mén)，管阻特性曲線變?yōu)镽2－Q，它與揚(yáng)程特性曲線H－Q的交點(diǎn)移到點(diǎn)B，此時(shí)流量為Qb，泵出口壓頭升高到Hb。則壓頭的升高量為：ΔHb=Hb-Ha。于是產(chǎn)生了陰線部分所示的能量損失：ΔPb=ΔHb×Qb 。

轉(zhuǎn)速控制

    借助改變泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，這是一種先進(jìn)的電子控制方法。轉(zhuǎn)速控制的實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變所輸送液體的能量來(lái)改變流量。因?yàn)橹皇寝D(zhuǎn)速變化，閥門(mén)的開(kāi)度不變，如圖2所示，管阻特性曲線R1－Q也就維持不變。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程特性曲線Ha－Q與管阻特性曲線相交于點(diǎn)A，流量為Qa，出口揚(yáng)程為Ha。

    當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，揚(yáng)程特性曲線變?yōu)镠c－Q，它與管阻特性曲線R1－Q的交點(diǎn)將下移到C，流變?yōu)闉镼c 。此時(shí)，假設(shè)將流量Qc控制為閥門(mén)控制方式下的流量Qb，則泵的出口壓頭將降低到Hc。因此，與閥門(mén)控制方式相比壓頭降低了：ΔHc=Ha-Hc。據(jù)此可節(jié)約能量為：ΔPc=ΔHc×Qb。與閥門(mén)控制方式相比，其節(jié)約的能量為：P=ΔPb+ΔPc=(ΔHb－ΔHc)×Qb。

    將這兩種方法相比較可見(jiàn)，在流量相同的情況下，轉(zhuǎn)速控制避免了閥門(mén)控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來(lái)的能量損失。在流量減小時(shí)，轉(zhuǎn)速控制使壓頭反而大幅度降低，所以它只需要一個(gè)比閥門(mén)控制小得多的，得以充分利用的功率損耗。

效率分析

泵機(jī)在變速下的效率分析

    隨著轉(zhuǎn)速的降低，泵的高效率區(qū)段將向左方移動(dòng)。這說(shuō)明，轉(zhuǎn)速控制方式在低速小流量時(shí)，仍可使泵機(jī)高效率運(yùn)行。在變頻狀態(tài)下供水方式的研究在由多點(diǎn)、多泵站構(gòu)成的供水系統(tǒng)中，需對(duì)泵站出口的壓頭進(jìn)行控制，以便與管網(wǎng)系統(tǒng)適配，達(dá)到更好的系統(tǒng)性能指標(biāo)，這可以分為恒壓供水、變壓供水和分時(shí)段變壓供水。

恒壓供水

    使泵站出口壓頭維持不變，是該系統(tǒng)控制的目標(biāo)。在圖4中，給定出口壓頭為Hg。當(dāng)流量Q變動(dòng)時(shí)，因轉(zhuǎn)速變化導(dǎo)致?lián)P程特性H1－Q上下移動(dòng)，泵的工作點(diǎn)將在H=Hg線上作水平移動(dòng)（A、B、C、D）。這雖然滿足了流量的要求，但因?yàn)楣茏杼匦訰變陡，造成了能量浪費(fèi)。

    恒壓供水系統(tǒng)實(shí)施比較方便，易于和多泵站供水的中、大型管網(wǎng)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，具有一定的通用性，和實(shí)用性，所以有些裝備調(diào)速泵機(jī)的自來(lái)水廠樂(lè)于采用此法，在恒壓控制方式下，因泵站出口處的壓頭維持不變，使泵并聯(lián)特性與負(fù)載的實(shí)際特性之間有一定的差距，節(jié)能效果不如變壓供水系統(tǒng)。

變壓供水方式

    為了節(jié)約能量，應(yīng)盡量使出口壓頭隨著流量的減小而降低(至少不能升高)，此時(shí)可采用泵站出口端“變壓供水”方式，如圖5所示。在圖中，因轉(zhuǎn)速下降時(shí)揚(yáng)程特性下移，與管阻特性R1－Q相交于點(diǎn)C，流量從Qa減小到Qc（設(shè)流量Qc與恒壓控制時(shí)的QB相等）。變壓控制形成了較大的壓差 H=Hac，因而可節(jié)約如圖5陰線部分所示的能量。變壓供水因出口壓頭降低，抑制了管阻特性變化所贊成的損耗及水泵的附加損耗，節(jié)能效果顯著。

總結(jié)

通過(guò)分析，變頻器在泵類負(fù)載的調(diào)速過(guò)程中，是可以供水方式進(jìn)行優(yōu)化的，已達(dá)到更好的節(jié)電效果。