襄陽源創電氣小王告訴我們:  一、變頻器

 

    1、大功率變頻器

 

    在城市供水中，大功率變頻器主要應用在水泵上，由于水泵流量隨著外界用水情況不斷變化，揚程也因流量和吸水井水位的變化而變化，因此設備不可能總保持在一個高效工作點運行，需要進行控制。為使水泵能夠運行在其特性曲線的高效區，過去多采用閥門控制與臺數控制，效果不能令人滿意。為滿足工藝要求和適應運行工況的改變，需要水泵調速使機組盡可能始終運行在高效區內，以達到節約電能的目的。下面是幾種常見的大功率變頻器。

 

    1.1大功率交—直—交電壓型、電流型變頻器

 

    此類變頻器采用幾個功率單元多重化并聯而成，達到低諧波、大電流的輸出目的。若中間耦合電路電容較大，使逆變輸入端直流電壓保持恒定，不受負載變化的影響，則逆變器的輸入端可以看成是一個電壓源，這就是電壓變頻器。若中間耦合電路電感較大，則逆變器輸入端就可以看成是一個電流源，這就是電流型變頻器。

 

    1.2完美無諧波變頻器

 

    該變頻器由多個功率單元串聯而成，由低壓單元疊加達到高壓輸出的目的，各個功率單元由輸入隔離變壓器的二次隔離線圈分別供電，二次線圈互相存在一個相位差，實現輸入多重化，疊加得到多種不同的電壓等級，合成正弦輸出電壓波形，由此可以消除各單元產生的諧波。每個功率單元都是由IGBT構成三相輸入、單相輸出的PWM型變頻器，根據電機的電壓等級確定每相串聯功率單元的數量。

 

    實踐證明，應用大功率變頻調速節能效果非常顯著。交—直—交電壓型、電流型變頻器多用于新建水廠，采用高—低形式，直接選用中、低壓電機;而完美無諧波變頻器更適合于改造項目，無須更換原有的高壓電機或另加升壓變壓器。在采用大功率變頻器時，首先要考慮采用調速系統的節能潛力，其次要考慮到諧波對電網的影響，選擇合適的容量與臺數。

 

    2、中小功率變頻器

 

    中小功率變頻器大多采用了高密度集成電路和高效率冷卻技術，體積小，安裝容易，維護方便，操作簡單。變頻器提供了豐富的頻率控制端子，以便用戶根據實際情況選擇合適的控制方式。通常變頻器都設有0～10V或4～20mA的頻率控制端子以及數字通訊接口。變頻器的閉環頻率控制系統主要包括被控對象、測量元件、變送器、調節器和執行機構。調速電機所傳動的生產機械控制對象有溫度、位置、壓力和流量等，變頻器和電機構成的傳動機構是閉環系統中的執行機構，變頻器接受調節器所輸出的信號，調節電機轉速，維持被控量的設定值。

 

    中小功率變頻器在自來水的輸送及小區二次加壓泵供水的應用十分廣泛。自來水的輸送泵及加壓泵，傳統設計均為閥門調整流量。其主要缺點為：電機起動電流大，用電效率低，水錘問題嚴重，易造成管路破裂、漏水等問題。應用變頻器有如下優點：

 

    1)恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。

 

    2)由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。

 

    3)因實現恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節省了人力。

 

    4)水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，沒有起動沖擊電流，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統的喘振。

 

    5)具有軟起動及軟停車功能，可以防止水錘現象發生。

 

    6)由于變量泵工作在變頻工作狀態，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統在運行過程中可節約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的。由于其節電效果明顯，所以系統具有收回投資快，而長期受益，其產生的社會效益也是非常巨大。

 

    恒壓供水調速系統實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中，變頻調速恒壓供水設備以其節能、安全、高品質的供水質量等優點，在小區二次加壓泵站得到了廣泛的運用。隨著電力電子技術的發展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻調速恒壓供水設備，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義。

 

    二、軟起動器

 

    軟起動器是一種用來控制鼠籠型異步電動機的新設備，集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為SoftStarter。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯晶閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現不同的功能。

 

    降壓起動目前有兩種方式，一種是降壓起動，一種是軟起動。他經過了三個發展階段，一是“Y-△”起動器和自藕降壓起動器、電抗器起動等，二是磁控式軟啟動器，三是目前就較先進、流行的電子軟啟動器。電子軟啟動器一般都是采用16位單片機進行智能化控制，他既能保證電動機在負載要求的起動特性下平滑起動，又能降低對電網的沖擊，同時，還能實現直接計算機通訊控制，為自動化智能控制打下良好的基礎。

 

    籠型電機傳統的減壓起動方式屬于有級減壓起動，存在明顯缺點，即起動過程中出現二次沖擊電流。軟起動與傳統減壓起動方式的不同之處是：

 

    (1)無沖擊電流。軟起動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電機起動電流從零線性上升至設定值。

 

    (2)恒流起動。軟起動器可以引入電流閉環控制，使電機在起動過程中保持恒流，確保電機平穩起動。

 

    (3)根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至佳的起動電流。

 

    軟起動器特別適用于各種泵類負載，需要軟起動與軟停車的場合。電機停機時，傳統的控制方式都是通過瞬間停電完成的。但有許多應用場合，不允許電機瞬間關機。例如：高層建筑、大樓及高揚程高位水池的水泵系統，如果瞬間停機，會產生巨大的“水錘”效應，使管道、閥門，甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應，需要電機逐漸停機，即軟停車，采用軟起動器能滿足這一要求。在泵站中，應用軟停車技術可避免泵站的閥門損壞，減少維修費用和維修工作量。軟起動器中的軟停車功能是，晶閘管在得到停機指令后，從全導通逐漸地減小導通角，經過一定時間過渡到全關閉的過程。停車的時間根據實際需要可在0～120s調整。實際給排水電氣設計中，對凡不需要調速的水泵機組均采用了軟起動器設計。如：昆明某監獄高位水池加壓提升泵，提升泵兩臺2x160KW，揚程130米，采用ABB軟起動器進行軟起動、多功能水力控制閥及管道安全卸壓閥設計，剛開始試車時，由于軟起動器停車的時間及多功能水力控制閥緩閉時間未調整好，造成了停機時高揚程產生巨大的“水錘”效應，使管道接頭部分出現損壞。經對軟起動、多功能水力控制閥進行調整后，“水錘”效應得到了很大的消除。

 

    對于籠型異步電動機凡不需要調速的各種應用場合，軟起動器都可得到運用。目前的應用范圍是交流380V(也可660V)，電機功率從幾千瓦到800kW。

 

    軟起動器能實現輕載節能。因籠型異步電機是感性負載，在運行中，定子線圈繞組中的電流滯后于電壓。如電機工作電壓不變，處于輕載時，功率因數低，處于重載時，功率因數高。軟起動器能實現在輕載時，通過降低電機端電壓，提高功率因數，減少電機的銅耗、鐵耗，達到輕載節能的目的;負載重時，則提高電機端電壓，確保電機正常運行。同樣對于變負載工況、電動機長期處于輕載運行，只有短時或瞬間處于重載場合，應用軟起動器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節能的效果。

 

    它們的造價比較是：“Y—△”起動器須六根出線而且故障率太高，維修費也高已不常采用，自藕方式每個千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的體積較大且故障率較高，維修費較高，電子軟啟動器每個千瓦在100元到200元之間，一般情況下，一臺開關柜能放多臺電子軟啟動器，節省工程造價，且故障率較低，維修費也低。所以，電子軟啟動器應是我們初步選擇的目標。

 

    三、總結

 

    軟起動器和變頻器是兩種完全不同用途的產品。變頻器是用于需要調速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率;軟起動器實際上是個調壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。變頻器具備所有軟起動器功能，但它的價格比軟起動器貴得多，結構也復雜得多。軟啟動器和變頻器特別適合于城市供水系統是基于以下三點：

 

    首先，軟啟動器和變頻器對提高供水系統技術性能指標：在調壓式供水系統中，適當分配軟啟動器和變頻器的數量和功率，用軟啟動器作為主要供水電動機的驅動裝置，用變頻器作為供水壓力的調節裝置。

 

    其次，使用軟啟動器和變頻器可使水泵按系統需要實現軟啟動和軟停止，這些可以避免突然啟動對管網和閥門及其它供水設備的沖擊，同樣也可避免水泵突然停止時的“水錘”效應，減少了供水設備的疲勞損壞和檢修工作量，延長了使用壽命。

 

    第三，使用軟啟動器和變頻器可節約投資和電能，降低自來水生產成本。節約電能降低生產成本是無人懷疑的，節約投資就不然了。實際的情況是：在電網上直接啟動電動機，其容量不得大于電網容量的15—20%，選用軟啟動器和變頻器后可把變壓器的容量下降至傳統驅動方式時的40～50%。

 

    節能有三個方面：一是軟啟動器較傳統直接啟動節約電能7～8%;二是變頻調速可取消檔板流量調節裝置或采用閥門開度調節流量的方法，直接實施供水流量調節，可節電40—50%;三是采用變頻調速，實施調節水壓供水方式較高位水塔維持水壓供水的方式節能20—30%，因為在后者供水方式中，高位水塔中水的勢能在使用時被白白地浪費了。

 

    鑒于變頻器的商業價格通常為軟啟動器的3—4倍，因此必須堅持慎重選用變頻器，以期物盡其用，使其發揮大的功效。

 

    綜上所述，軟啟動器和變頻器在城市供水中的應用將帶來極大的優越性和節約效果，其合理的使用也必將給我們帶來巨大的經濟效益和社會效益。

 

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