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变频器在污水泵站中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-02-26  来源:中国控制柜网  作者:[db:作者]
核心提示:  干扰方法。采取了各种有效减弱或消除变频器谐波干扰措施,从而使系统中谐波污染大大减少。  近几年在污水泵站使用变频器驱动水泵发展很快,但在实际应用中仍然存在着谐波及其产生的谐波干扰问题,导致使用效果

  干扰方法。采取了各种有效减弱或消除变频器谐波干扰措施,从而使系统中谐波污染大大减少。

  近几年在污水泵站使用变频器驱动水泵发展很快,但在实际应用中仍然存在着谐波及其产生的谐波干扰问题,导致使用效果不尽人意。本文针对变频驱动水泵在污水泵站使用方面的问题谈一些浅显的看法,以供商榷。

  1使用变频器驱动水泵的优点采用变频器驱动水泵电机后,使得电动机的转速可任意调整,从而水泵的启动、运行、停机变得平稳,且节能效果明显。变频器驱动水泵具有以下几个方面的优点:变频启动平稳,减少启动电流对电网冲击。

  变频启动电流很小,可控制在额定电流之内,而直接启动电流可为7~8倍额定电流。另外,变频启动,转速是逐渐升高,水泵内的水压也是逐渐升高,水压不会产生冲击。而直接启动,转速突升至额定转速,这时水压冲击很大,水泵会产生剧烈振动。

  停泵时避免水锤效应的产生,减少水锤效应冲击力对管道及供水设备的损坏。直接驱动的水泵在停泵时,突然失去动力,高速水流失去驱动力后靠惯性向前冲,动能转换为势能,在势能作用下水流向四方,反冲形成强大的水锤效应,其冲击力极大,为了减少其破坏力需设置消水锤器。而采用变频器驱动可以靠慢慢减小供电频率,从而慢慢减速停止,使水流速度逐渐降至零,避免了水锤的产生,从而提高了系统的安全性。

  调节水量,确保水泵运行在最高效率工况点,节约电能。每一台水泵都有自己的最有效水泵特征曲线,如所示,其两个变化量扬程h同体积流量qv的平方成反比关系。在实际应用中,设计人员根据实际扬程同流量的关系在水泵曲线中选择最佳工况点。

  (1玫水闱t.HiF曲线允效水持征曲线部分水泵特征曲线实际上的污水泵站,由于生活污水具有时间性,水量波动很大,白天早、中、晚排水量最大,夜间排水量很小,因而污水泵站中收集的水量常常不稳定,但是为了保证电机不频繁启动、停止,则要根据实际进水量调节提升的排水量。于是,我们从可知道体积流量qv变化导致水泵的扬程h随之上下波动,动控制系统设计方面的工作。

  而我们知道,每套管网系统的所需扬程是恒定的,这就造成了矛盾,有时候污水泵不上去,而有时候水压又太高,大大地影响了系统运行。

  于是,针对水泵“流量大时扬程低,流量小时扬程高”的特性,通过变频控制,无论体积流量如何变化,都使水泵运行扬程保持不变。当体积流量由qi时,则工况点由A变为Ai,实际扬程为hi,而管网要求扬程为h,实际扬程比管网要求扬程多出Ahi=hi―h.采用变频控制,则自动将转速调至ni,工况点处于Bi点,如所示,保证了管网要求扬程ho.当体积流量由qo q2时,则工况点由▲变为▲,实际扬程为h2,而管网要求扬程为h,实际扬程比管网要求扬程少了Ah2=h2采用变频控制,则自动将转速调至2,工况点处于B2点,如所示,保证了管网要求扬程ho.同时水泵运行始终在最高效率工况点,节约电能。

  水泵变频控制原理1水泵变频控制原理二2减弱或消除变频器谐波及其产生的谐波干扰虽然变频器驱动水泵有这么多优点,但是由于使用变频器而产生的谐波干扰不仅影响了电网电能质量,还带来许多其他的问题,于是,在实际生产运行中,我们必须消除其不好的影响。我们讨论一下变频器如何产生谐波及减弱或消除变频器所产生谐波及谐波干扰的方法。

  2.1变频器谐波的产生频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流,然后再经过逆变器将直流变换成可控频率的交流。直接变频器则将工频交流变换成可控频率的交流,没有中间的直流环节。它的每相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正反两组按一定周期相互切换,在负荷上就获得了交变输出的电压,输出的电压的幅值决定于各整流装置的控制角,频率决定于两组整流装置的切换频率。目前,应用较多的还是间接变频器。

  间接变频有3种不同的结构形式:用可控整流器变压,用逆变器变频,调压和调频分别是在两个环节上进行,两者要在控制电路上协调配合。

  用不控整流器整流斩波器变压、逆变器变频,这种变频器整流环节用斩波器,用脉宽调压。

  用不控整流器整流,PWM逆变器同时变频,这种变频器只有采用可控关断的全控式器件(如IGBT等)输出波形才会有非常逼真的正弦波。

  无论是哪一种的变频器,都大量使用了晶闸管等非线性电力电子元件,不管采用哪种整流方式,变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波,而是以脉动的断续方式向电网索取电流,这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上,使电压发生畸变,经傅里叶分析可知,这种非同期正弦波电流是由频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。

  2.2减少变频器谐波及其对电网干扰的方法2.2.1增加交流/直流电抗器采用交流/直流电抗器后,进线电流的谐波畸变率大约降低30%~50%是不加电抗器谐波电流的一半左右。2.2.2多相脉冲整流在条件具备或要求产生的谐波限制在比较小的情况下,可以采用多相整流的方法。12相脉冲整流谐波畸变率(以下简称THDv)大约为10%~15%,18相脉冲整流的THDv约为3%~8%,满足国家标准的要求。其缺点是需要专用变压器和整流器,不利于设备改造,价格较高。

  2.2.3无源滤波器采用无源滤波器后,满载时进线中的THDv可降至510%满足国家标准要求,技术成熟,价格适中。适用于所有负载下的THW30%的情况。其缺点是轻载时功率因数会降低。

  2.2.4输出电抗器1从结构来看变频器分为厉变-频和墨接变ishingl可以采用在变频器到电动机之间增加电抗器的方法,主要目的是减少变频器的输出在能量传输过程中线路产生的电磁辐射。该电抗器必须安装在距离变频器最近的地方,尽量缩短与变频器的引线距离。如果使用铠装电缆作为变频器与电动机的连线时,可不使用该方法,但要做到电缆的铠在变频器和电动机端可靠接地,而且接地的铠要原样不动接地,不能扭成绳或辫,不能用其他导线延长,变频器侧要接在变频器的地线端子上,再将变频器接地。

  2.2.5使用隔离变压器使用隔离变压器主要是应对来自于电源的传导干扰。使用具有隔离层的隔离变压器,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前,同时,还可以兼有电源电压变换的作用。隔离变压器常用于控制系统中的仪表、可编程逻辑控制器(PLC)及其他低压小功率用电设备的抗传导干扰。

  2.2.6使用滤波模块或组件目前市场中有很多专门用于抗传导干扰的滤波器模块或组件,这些滤波器具有较强的抗干扰能力,同时还具有防止用电器本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能,对各类用电设备有很多好处。

  2.2.7加软件滤波在使用以单片机、数字信号处理(DSP,Digitalsignalprocessing)等为核心的控制系统中,编制软件的时候,可以适当加对检测信号和输出控制部分的软件滤波,以强系统自身的抗干扰能力。

  2.3减少变频器谐波对信号线干扰在这里我们要特别提一下减少变频器谐波对信号线干扰的问题,对信号线上的干扰主要是来自变频器谐波产生的电磁辐射,有常态干扰和共模干扰两种。

  2.3.1常态干扰的抑制常态干扰是指叠加在测量信号线上的干扰信号,这种干扰大多是频率较高的交变信号,其来源一般是耦合干扰。抑制常态干扰的方法有以下几个方面在输入回路中,接RC滤波器或双T滤波器。

  尽量采用双积分式A/D转换器,这种积分器工作的特点,具有一定的消除高频干扰的作用。

  将电压信号转换成电流信号再传输的方式,对于常态的干扰有非常强的抑制作用。

  2.3.2共模干扰的抑制共模干扰是指信号线上共有的干扰信号,一般是由于被测信号的接地端与控制系统的接地端存在期、幅值基本相等,所以,采用上面的方法无法消除或抑制。对共模干扰的抑制方法有以下几个方面:采用双差分输入的差动放大器,这种放大器具有很高的共模抑制比。

  把输入线绞合,绞合的双绞线能降低共模干扰,由于改变了导线电磁感应e的方向,从而使其感应互相抵消。

  采用光电隔离的方法,可以消除共模干扰。

  使用屏蔽线时,屏蔽层只一端接地。若两端接地,由于接地电位差在屏蔽层内会流过电流而产生干扰,因此,只要一端接地即可防止干扰。

  无论是抑制常态干扰还是抑制共模干扰,还应该做到以下几点:配线时避免和动力线接近,信号线与动力线分开配线,把信号线放在有屏蔽的金属管内,或者动力线和信号线分开,距离要在40cm以上。

  为了避免信号失真对于较长距离传输的信号要注意阻抗匹配。

  2.4实际应用方法选用某型号变频器,采用多脉波整流,且内置电抗器,同时,我们还选择其可选滤波器附件,最大限度减少谐波的产生。

  用调谐电抗电容器,做功率因数补偿,吸收电网中一部分低次谐波。

  变频器出线采用屏蔽电缆,减少变频器谐波产生的电磁辐射。

  控制线路与动力线分开配线,控制线路也采用屏蔽线。同时,使得屏蔽线的屏蔽层一端接地。

  经过上述措施,我们有效地抑制了谐波,也减少了变频器谐波对控制线的干扰。

  3结束语某污水泵站采用变频器投入运行后,几年以来,由于采用各种有效减弱或消除变频器所产生的谐波及谐波干扰的措施,令系统中谐波污染大大减少,符合国家规范严格要求,从未出现过因为谐波而产生的故障。同时,水泵有了变频器的保护驱动,使泵站在不同的实际运行条件下一直处于安全稳定的运行状态,保证了城市排水系统安全运作,节约了大量电力,取得了明显的社会与经济效益。实践证明,在城市污水泵站正确使用变频器的驱动有其他设备不可替代的优点,污水泵站使用变频器将是必然的发展一定的电位差所致这种d干扰在两条信号线

 
 
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