襄阳源创电气小王告诉我们:  一、变频器

 

    1、大功率变频器

 

    在城市供水中，大功率变频器主要应用在水泵上，由于水泵流量随着外界用水情况不断变化，扬程也因流量和吸水井水位的变化而变化，因此设备不可能总保持在一个高效工作点运行，需要进行控制。为使水泵能够运行在其特性曲线的高效区，过去多采用阀门控制与台数控制，效果不能令人满意。为满足工艺要求和适应运行工况的改变，需要水泵调速使机组尽可能始终运行在高效区内，以达到节约电能的目的。下面是几种常见的大功率变频器。

 

    1.1大功率交—直—交电压型、电流型变频器

 

    此类变频器采用几个功率单元多重化并联而成，达到低谐波、大电流的输出目的。若中间耦合电路电容较大，使逆变输入端直流电压保持恒定，不受负载变化的影响，则逆变器的输入端可以看成是一个电压源，这就是电压变频器。若中间耦合电路电感较大，则逆变器输入端就可以看成是一个电流源，这就是电流型变频器。

 

    1.2完美无谐波变频器

 

    该变频器由多个功率单元串联而成，由低压单元叠加达到高压输出的目的，各个功率单元由输入隔离变压器的二次隔离线圈分别供电，二次线圈互相存在一个相位差，实现输入多重化，叠加得到多种不同的电压等级，合成正弦输出电压波形，由此可以消除各单元产生的谐波。每个功率单元都是由IGBT构成三相输入、单相输出的PWM型变频器，根据电机的电压等级确定每相串联功率单元的数量。

 

    实践证明，应用大功率变频调速节能效果非常显著。交—直—交电压型、电流型变频器多用于新建水厂，采用高—低形式，直接选用中、低压电机;而完美无谐波变频器更适合于改造项目，无须更换原有的高压电机或另加升压变压器。在采用大功率变频器时，首先要考虑采用调速系统的节能潜力，其次要考虑到谐波对电网的影响，选择合适的容量与台数。

 

    2、中小功率变频器

 

    中小功率变频器大多采用了高密度集成电路和高效率冷却技术，体积小，安装容易，维护方便，操作简单。变频器提供了丰富的频率控制端子，以便用户根据实际情况选择合适的控制方式。通常变频器都设有0～10V或4～20mA的频率控制端子以及数字通讯接口。变频器的闭环频率控制系统主要包括被控对象、测量元件、变送器、调节器和执行机构。调速电机所传动的生产机械控制对象有温度、位置、压力和流量等，变频器和电机构成的传动机构是闭环系统中的执行机构，变频器接受调节器所输出的信号，调节电机转速，维持被控量的设定值。

 

    中小功率变频器在自来水的输送及小区二次加压泵供水的应用十分广泛。自来水的输送泵及加压泵，传统设计均为阀门调整流量。其主要缺点为：电机起动电流大，用电效率低，水锤问题严重，易造成管路破裂、漏水等问题。应用变频器有如下优点：

 

    1)恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。

 

    2)由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。

 

    3)因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。

 

    4)水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，没有起动冲击电流，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。

 

    5)具有软起动及软停车功能，可以防止水锤现象发生。

 

    6)由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。

 

    恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中，变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，在小区二次加压泵站得到了广泛的运用。随着电力电子技术的发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。

 

    二、软起动器

 

    软起动器是一种用来控制鼠笼型异步电动机的新设备，集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

 

    降压起动目前有两种方式，一种是降压起动，一种是软起动。他经过了三个发展阶段，一是“Y-△”起动器和自藕降压起动器、电抗器起动等，二是磁控式软启动器，三是目前就较先进、流行的电子软启动器。电子软启动器一般都是采用16位单片机进行智能化控制，他既能保证电动机在负载要求的起动特性下平滑起动，又能降低对电网的冲击，同时，还能实现直接计算机通讯控制，为自动化智能控制打下良好的基础。

 

    笼型电机传统的减压起动方式属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。软起动与传统减压起动方式的不同之处是：

 

    (1)无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。

 

    (2)恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。

 

    (3)根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。

 

    软起动器特别适用于各种泵类负载，需要软起动与软停车的场合。电机停机时，传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的。但有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。例如：高层建筑、大楼及高扬程高位水池的水泵系统，如果瞬间停机，会产生巨大的“水锤”效应，使管道、阀门，甚至水泵遭到损坏。为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，即软停车，采用软起动器能满足这一要求。在泵站中，应用软停车技术可避免泵站的阀门损坏，减少维修费用和维修工作量。软起动器中的软停车功能是，晶闸管在得到停机指令后，从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭的过程。停车的时间根据实际需要可在0～120s调整。实际给排水电气设计中，对凡不需要调速的水泵机组均采用了软起动器设计。如：昆明某监狱高位水池加压提升泵，提升泵两台2x160KW，扬程130米，采用ABB软起动器进行软起动、多功能水力控制阀及管道安全卸压阀设计，刚开始试车时，由于软起动器停车的时间及多功能水力控制阀缓闭时间未调整好，造成了停机时高扬程产生巨大的“水锤”效应，使管道接头部分出现损坏。经对软起动、多功能水力控制阀进行调整后，“水锤”效应得到了很大的消除。

 

    对于笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合，软起动器都可得到运用。目前的应用范围是交流380V(也可660V)，电机功率从几千瓦到800kW。

 

    软起动器能实现轻载节能。因笼型异步电机是感性负载，在运行中，定子线圈绕组中的电流滞后于电压。如电机工作电压不变，处于轻载时，功率因数低，处于重载时，功率因数高。软起动器能实现在轻载时，通过降低电机端电压，提高功率因数，减少电机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的;负载重时，则提高电机端电压，确保电机正常运行。同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合，应用软起动器(不带旁路接触器)则具有轻载节能的效果。

 

    它们的造价比较是：“Y—△”起动器须六根出线而且故障率太高，维修费也高已不常采用，自藕方式每个千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的体积较大且故障率较高，维修费较高，电子软启动器每个千瓦在100元到200元之间，一般情况下，一台开关柜能放多台电子软启动器，节省工程造价，且故障率较低，维修费也低。所以，电子软启动器应是我们首选的目标。

 

    三、总结

 

    软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率;软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。软启动器和变频器特别适合于城市供水系统是基于以下三点：

 

    首先，软启动器和变频器对提高供水系统技术性能指标：在调压式供水系统中，适当分配软启动器和变频器的数量和功率，用软启动器作为主要供水电动机的驱动装置，用变频器作为供水压力的调节装置。

 

    其次，使用软启动器和变频器可使水泵按系统需要实现软启动和软停止，这些可以避免突然启动对管网和阀门及其它供水设备的冲击，同样也可避免水泵突然停止时的“水锤”效应，减少了供水设备的疲劳损坏和检修工作量，延长了使用寿命。

 

    第三，使用软启动器和变频器可节约投资和电能，降低自来水生产成本。节约电能降低生产成本是无人怀疑的，节约投资就不然了。实际的情况是：在电网上直接启动电动机，其容量不得大于电网容量的15—20%，选用软启动器和变频器后可把变压器的容量下降至传统驱动方式时的40～50%。

 

    节能有三个方面：一是软启动器较传统直接启动节约电能7～8%;二是变频调速可取消档板流量调节装置或采用阀门开度调节流量的方法，直接实施供水流量调节，可节电40—50%;三是采用变频调速，实施调节水压供水方式较高位水塔维持水压供水的方式节能20—30%，因为在后者供水方式中，高位水塔中水的势能在使用时被白白地浪费了。

 

    鉴于变频器的商业价格通常为软启动器的3—4倍，因此必须坚持慎重选用变频器，以期物尽其用，使其发挥最大的功效。

 

    综上所述，软启动器和变频器在城市供水中的应用将带来极大的优越性和节约效果，其合理的使用也必将给我们带来巨大的经济效益和社会效益。

 

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