变频调速技术在风机、水泵控制系统中的应用

　　―技术论坛中国高新技术企业变频调速技术在风机、水泵控制系统中的应用文/沈根生机、水泵采用变频调速控制，节能效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。

　　次方成正比，而轴功率与转速的三次方成正比。因而，理想情况下有如下关系：在工业制造业制造和制品处理创造业中，风机、泵类配置运用领域普遍；其电能耗损和譬如阀门、档扳有关配置的节流亏损以及保护、修理花费占到制造工本的7~25，是一笔非常大的制造花费花销。随着财经改制的不停深入，商业经济的市场竞逐的不停加重；节省能源降耗已经变为下降制造工本、提升产品质量的要紧方法其中之。

　　风机水泵控制设备现状在各种工业用风机、水泵中，如锅炉鼓、引风机、深井、离心泵等，大部分是额定功率运行，风机流量的设计均以大风量需求来设计，其调整方式采用档板，风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑省电。水泵流量的设计同样为大流量，压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、电机的启停等方法。电气控制采用直接启动，不能改变风机的转速，无法具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较低等是其主要的难点。

　　风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态。采用变频器直接控制风机、泵类负载是一种科学的控制方法，利用变频器内置PID调节软件，直接调节电动机的转速保持恒定的水压、风压，从而满足系统要求的压力。当电机在额定转速的80运行时，理论上其消耗的功率为51.2，去除机械损耗、电机铜、铁损等影响。节能效率也接近40，同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。为达到节能的目的推广使用变频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点。因此，大力推广变频调速节能技术，不仅是当前企业节能降耗的重要技术手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。

　　随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约4200万台，装机容量约1.1亿千瓦。但系统实际运行效率仅为30~40，其损耗电能占总发电量的38以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。下面以水泵为例来探讨变频调速技术。

　　三、水泵调速运行的节能原理当水泵的转速从叹变为n2时，Q、H、P大致变化关系为：由上式可知水泵流量与转速的一次方成正比，压力与转速的二由上表可见：当需求流量下降时，调节转速可以节约大量能源。

　　例如：当流量需求减少一半时，如通过变频调速，则理论上讲，仅需额定功率的12.5，即可节约87.5 的能源。

　　四、水泵变频调速控制系统的设计变频调速器的控制可以是自动的，也可以是手动的。目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的。本水泵变频调速控制系统设计，根据工厂生产工艺上所需冷却水供水要求，考虑若干方面的因素，采用闭环调速控制。

　　系统主要由四部分组成：⑴控制对象：电机功率100kW，额定电流183A；水泵配用功率100kW，流量792m/h，轴功率80.3kW，杨程32.3m.⑵变频调速器：选用FRN110/P9S-4，适配通用电动机功率110kW，额定容量160kVA，额定电流210A.一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的基本方法是：变频器额定输出电流大于1.1倍电动机的额定电流。

　　水管出口压力，并将压力信号变换为4~20mA的标准电信号，再输入调节器。

　　系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之相对应的4~20mA标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器，从而使变频器将输入为380V/50Hz的交流电变成输出为0~380V/0~ 400Hz连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。

　　水泵电机装上变频调速器后，节能效果非常显著，经过实测，比未装变频器节约53左右的电能，而且生产工艺稳定。采用变频调速器前后实测结果对比分析可知：技术论坛中国高新技术企业系统软件的总体结构如图三所示。它主要由人机交互、电机控制、缝纫模式控制、系统初始化这部分程序组成，其中每个部分又包括几个更小的部分。系统上电以后，首先初始化系统，显示上次退出前的状态，然后循环等待不断进行键盘、脚踏板信号以及补针信号的扫描，当扫描到按键信号以后调用键盘处理程序，并显示当前设置的状态当扫描到脚踏板启动信号后，启动电机根据事先设置好的模式进行缝纫当扫描到补针信号后进行补针待扫描到的事件处理完毕以后又回到循环等待并不断扫描的状态。

　　目前，中国工业缝纫机的产量己占市场的相当份额上，但全行业核心竞争力与德国、日本等国际先进水平相比，尚有一定差距，特别是在中产品领域，国内品牌的竞争优势和品牌优势还未充分体现。针对这一情况，本文对工业缝纫机机控制系统进行了研究。论文首先分析了缝纫机伺服系统的原理、结构。其次，在无刷直流电机的工作原理和数学模型的基础上，分析比较了满足稳速伺服要求的控制方法，选用全数字双闭环控制策略。其中，速度调节环采用模糊控制算法、电流调节环采用积分分离的控制算法。再次，针对无刷直流电机转矩脉动问题，选择能较好抑制转矩脉动的调制方式。本设计充分考虑了工业缝纫机的各种运行状况，所设计的缝纫机动作能够满足大部分市场需求。