河南變頻器維修

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變頻器在風機水泵上的應用

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變頻器在風機水泵上的應用


  • 變頻器在風機水泵上的應用

引言

隨著我國經濟的高速發展,能源(水、電、油)消耗在企事業單位生產成本中所占的比重越來越高,如何有效地降低企業的生產成本,開發企業的第二利潤中心,愈來愈受到企事業的重視。

根據流體力學原理,水泵的流量與電機轉速成正比,壓力與電機轉速的平方成正比,變頻恒壓供水設備由水泵、風機類專用型交流變頻調速器、PLC可編程控製器、遠傳壓力傳感器,PID調節控製器,調節閥門、泵組等構成。根據不同的需要,可采取恒壓控製、恒流量控製等多種閉環自動控製方法。水泵采用變頻調速技術後,節能效果比傳統調壓調流方式可節電40%~50%,節約用水約量8%。 

恒壓供水控製水泵設計及控製方法

恒壓供水係統主要組成是變頻器、壓力傳感器(或遠傳壓力表)和循環水泵,而風機水泵類機械性能曲線如圖1,其流量與轉速成正比,轉速-力矩特性為二次方遞減力矩,所需要的軸功率與轉速的三次方成正比。即:

q∝n, h∝n2 , p∝n3

q:流量, h:揚程, p:軸功率, n:轉速

數學關係式為:p=0.163•q•h/ηp(kW)

其中:p:軸功率,q:流量,h:揚程,ηp: 泵效率

image.png


傳統的方法是電機轉速恒定不變,使用閥門的開啟度(增大或減小管阻)實現流量控製(俗稱憋泵),其揚程-流量特性見圖2,例如需要額定流量的 100%、80%、40%流量時,使用閥門調節的方法,其工作點對應圖中A、B、C點。這樣造成供水管網壓力不穩,工作效率低、啟動電流大、工作噪聲大、電能耗量大等特點。

采用變頻調速控製時,設定供水壓力,根據用水量的大小,變頻器改變輸出頻率,使電機的運轉速度保證供水量,從而使供水係統工作壓力維持動態平衡,見圖2,其工作點對應A、D、E。而對應的閥門控製和速度控製對應的數學關係如下:

Pm=q•h/(η/η0) 工作點的軸功率

PIN(V)=Pm/ηm 閥門控製時消耗的電功率

PIN(I)=Pm/(η1m•ηINV ) 速度控製時消耗的電功率

P0=0.163•Q0•H0/η0 額定工作點的軸功率

這裏:ηINV:變頻器效率,η1m:變頻器拖動對應工作點電機效率,ηm:工頻拖動對應工作點電機效率

例如:電機功率P=15kW,效率η0=0.9,電壓U=380V,電流I=29.4A,轉速N=1440rpm,極數pole=4;Y132S2-2型水泵,流量Q=107m3/h=1.87m3/min,揚程H=32m,泵效率ηpump=0.65,泵性能曲線如圖1,泵的揚程-流量特性曲線如圖2,可計算得表1泵的不同工作點與軸功率及表2泵不同工作點消耗電能比較:

◆ 表1 泵不同工作點與軸功率:

工作點

水泵額定值

閥門控製


變頻器控製


流量Q

1.87

1.43m3/min

0.71m3/min

1.43m3/min

0.71m3/min

轉速n

1440rpm

1440rpm

1440rpm

1252rpm

936rpm

揚程h

32

35.5

40

25

16

泵效率ηpump

0.65

0.66

0.48

0.66

0.62

軸功率P

14.3

12.4

9.68

8.72

3


◆ 表2 泵不同工作點消耗電能比較:

控製方式

閥門控製

變頻器控製

流量

1.43m3/min

0.71m3/min

1.43m3/min

0.71m3/min

消耗電功率

13.8

11.1

10

4

電機效率

0.9

0.88

0.87

0.75

變頻器效率



0.95

0.92

由表1和表2可知,水泵電機消耗的電功率與頻率的三次方成正比,在保證壓力恒定的情況下, 降低電機的工作頻率, 可有明顯的節能效果:

◆流量為額定流量的80%時,變頻控製比閥門控製節能為:13.8/14.3-10.0/14.3=26.6%

◆流量為額定流量的40%時,變頻控製比閥門控製節能為:11.1/14.3-4.00/14.3=49.6%

據統計一年中水泵電機負載率在50%以下的時間占總運行時間的50%以上,因此變頻控製係統節能效果相當明顯。 

我公司200P係列變頻調速器恒壓供水應用案例

l 一拖一(麵板給定;遠傳壓力表反饋)

image.png

 image.png


遠傳壓力表缺點:傳送的信號是電阻信號!傳送精度不高,距離有限!

遠傳壓力分0-6V和0-10V兩種,如果為後者可直接與變頻器連接,如果為0-6V時需要采用5V電壓供電,如果采用10V電壓供電雖然通過調模擬量比例實現恒壓控製,但時間長了容易燒壞壓力表,所以需要在10V電源上串一個3W 300歐的電阻才能使用。

l 一拖一(麵板給定;兩線式4-20mA壓力傳感器反饋)


image.png

image.png




壓力變送器,把壓力信號轉換為電信號,一般是不直接顯示壓力而是通過電流、電壓、頻率等信號傳送到變頻器,在變頻器中進行功能上的擴展,顯示出反饋壓力,信號傳送到距離可以達到1~3kM(電流信號)。

l 一拖一(麵板給定;三線式4-20mA壓力傳感器反饋)


image.png

image.png

image.png


l 一拖一(外部電位器給定;兩線式壓力傳感器反饋)

image.png

l PID參數調整說明:        應用宏F3.01=1236 

F0.01

外控選擇

F4.21

PID輸出特性

F7.16

繼電器A*B*C斷開延時

F0.03

PID控製

F4.22

比例增益

F7.17

繼電器A1*B1*C1吸合延時

F0.06

下限頻率

F4.23

積分時間

F7.18

繼電器A1*B1*C1斷開延時

F2.19

MO1(繼電器A1*B1*C1)

F4.24

微分時間

F7.19

啟動延時

F2.21

繼電器A*B*C

F4.25

采樣周期

F7.21

睡眠檢測頻率

F3.05

運行狀態參數顯示選擇

F4.26

PID控製極限偏差

F7.22

睡眠檢測延時

F3.06

停機狀態參數顯示選擇

F4.27

反饋斷線檢測(E02E

F7.23

蘇醒壓力

F4.00

加速時間

F4.28

反饋斷線檢測時間

F7.24

蘇醒檢測延時

F4.01

減速時間

F7.12

高壓力檢測點

F7.25

缺水檢測延時(E0P2

F4.18

PID給定源

F7.13

低壓力檢測點

F7.26

PID調節範圍

F4.19

PID給定值

F7.14

壓力到達檢測幅度



F4.20

PID反饋源

F7.15

繼電器A*B*C吸合延時



l 一拖一(麵板電位器給定;三線式壓力傳感器反饋)

image.png

◆ 一台變頻器帶二台電機運行模式參數說明:

功能碼

名稱

設定範圍

F7.19

變頻啟動延時

0.0--60.0S

F7.29

自動切換模式

7、一變一共固定模式

8、一變一共循環模式(固定時間循環)

F7.31

輔機啟動頻率

F7.32輔機停止頻率頻率上限

F7.32

輔機停止頻率

頻率下限—F7.31輔機啟動頻率

F7.33

輔機啟動延時

0—999.9S

F7.34

輔機停機延時

0—999.9S

F7.36

自動循環切換時間

0—6000.0

F7.37

加減泵加減速時間

0—999.9

F7.39

延時單位

0--3

F2.19

MO1(繼電器A1*B1*C1)輸出

0--24

F2.20

MO2(集電極開路)輸出

0--24

F2.21

繼電器A*B*C輸出

0--24


l 一拖二(一台變頻;一台工頻固定模式)

image.png

QF1:變頻器電源空開

QF2:工頻泵電源空開

QF3:控製回路電源空開

KM1: 工頻泵運行接觸器

RH1:工頻泵熱過載繼電器

SA1:變頻運行啟動按鈕

SA2:變頻運行停止按鈕

功能碼

名稱

出廠值

調整值

備注

功能碼

名稱

出廠值

調整值

備注

F0.01

運行指令通道

0

1

外部端子控製

F4.19

給定壓力

0.00%

50%


F0.03

頻率指令選擇

0

5

PID控製

F7.29

自動切換模式

0

7


F0.06

下限頻率

0.50Hz

30.00Hz


F7.31

輔機啟動頻率

0

49.99


F2.19

A1*B1*C1輸出

18

24

2輸出

F7.32

輔機停止頻率

0

32


F3.05

運行狀態顯示

1183

775


F7.33

輔機啟動延時

0

5s


F3.06

停機狀態顯示

15

49


F7.34

輔機停止延時

0

10s


F4.00

加速時間

10.0s

20.0s


F7.37

加減泵加減速時間

0

20s


F4.01

減速時間

10.0s

20.0s







l 一拖二(一台變頻;一台工頻固定模式)/工頻


image.png

image.png


image.png

l 一拖二(一台變頻;一台工頻定時循環)/工頻 


image.png

image.png

l 一拖二(兩台水泵定時循環)

image.png

image.png



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