運動控制

合康HIVERT高壓變頻器在循環(huán)水泵上的應(yīng)用

ainet.cn   2014年09月18日

  摘要:介紹了國產(chǎn)HIVERT-Y(T)10型高壓變頻裝置的技術(shù)特點,三房巷集團華星合成有限公司、華怡聚合有限公司、興宇新材料有限公司循環(huán)水系統(tǒng)三臺(800kW、900kW、500kW)水泵變頻改造的技術(shù)方案,運行中存在的問題及解決方法,通過與改造之前運行經(jīng)濟比較,表明變頻改造的節(jié)能效果顯著,并提高了設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠性。

  關(guān)鍵詞:高壓變頻器 循環(huán)水泵 電動機 節(jié)能 矢量控制 閉環(huán)控制(PID調(diào)節(jié))

  一、前言:變頻調(diào)速可以對電動機連續(xù)調(diào)速,也可以在不改變接線的情況下改變轉(zhuǎn)速方向。其優(yōu)點是啟動電流小,加減速度可調(diào)節(jié),電機可以根據(jù)拖動負(fù)載需要在高速或低速情況下連續(xù)運行,在負(fù)荷降低的情況下保護功能齊全、節(jié)能效果明顯等諸多優(yōu)點,隨著控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。

  二、基本概況

 

(圖1)

  

  江蘇三房巷集團下屬華星合成有限公司、華怡聚合有限公司、興宇新材料有限公司各有自己的一套冷卻水循環(huán)系統(tǒng),分別擔(dān)負(fù)著華星合成有限公司40萬噸聚酯和海倫化纖有限公司40萬噸短纖工業(yè)冷卻用水循環(huán)、華怡聚合有限公司40萬噸聚酯和運倫化纖有限公司40萬噸短纖工業(yè)冷卻用水循環(huán)、興宇新材料有限公司40萬噸聚酯和40萬噸瓶級切片裝置工業(yè)冷卻用水循環(huán)的艱巨任務(wù),華星合成有限公司有三臺800KW的大功率水泵,華怡聚合有限公司有三臺900KW的大功率水泵,興宇新材料有限公司共有三臺500KW的大功率水泵,(如圖1)在引進高壓變頻器以前,由于生產(chǎn)負(fù)荷的變化和一年四季溫度的差異各循環(huán)水系統(tǒng)的用水量都不同,車間采用調(diào)節(jié)閥門開度的方式和增減運行水泵的數(shù)量來控制出水總管的壓力,通過這兩種方式進行調(diào)節(jié),主要存在以下幾個問題:

  (一):采用調(diào)節(jié)閥門開度的方式

  1、循環(huán)水泵額定轉(zhuǎn)速運行,閥門調(diào)整節(jié)流量損失大、出口壓力高、管道損失嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低,造成能源的浪費。

  2、當(dāng)所需流量降低減小閥門開度時,離心泵壓力同時上升,而閥門后的運行壓力卻又很低,使閥前后壓差增加,工作安全特性變壞,壓力損失嚴(yán)重,造成能耗增加。

  3、長期的50~80%閥門開度,使大量的軸功率消耗在離心泵體的內(nèi)部壓力的無效損耗上,不但浪費了大量的能源,同時由于泵體內(nèi)壓力較大,其機械結(jié)構(gòu)的損害也較大,加速閥體自身磨損,導(dǎo)致閥門控制特性變差。

  4、設(shè)備使用壽命短、日常維護量大,維修成本高,造成各種資源的極大浪費。

  (二):采用增減運行水泵的數(shù)量的方式

  1、如果不調(diào)節(jié)閥門開度,當(dāng)負(fù)荷用戶少的時候,電機在額定轉(zhuǎn)速下運行就會增大出水總管的壓力,超過正常使用壓力增加了電能損耗。

  2、當(dāng)負(fù)荷用戶多的時候,就要多開一臺水泵又超出負(fù)荷用戶少的需求,同樣會增大出水總管的壓力,超過正常使用壓力增加了電能損耗。

  3、輸水管網(wǎng)壓力過高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能,嚴(yán)重時導(dǎo)致閥門泄漏,管線爆裂等情況發(fā)生。

  (三):系統(tǒng)工頻情況下存在的問題

  1、 主電機直接起動,起動時的電流很大,會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的安全運行。

  2、 電機經(jīng)??蛰d運行,屬非經(jīng)濟運行工況,電能浪費嚴(yán)重。

  3、 電機工頻最高轉(zhuǎn)速運行使電動機及水泵運行時噪音很大。

  4、 電機工頻直接起動對設(shè)備的沖擊大,對水泵的密封及電機軸承的磨損大,增加了設(shè)備維護工作。

  三、變頻改造的可行性分析

  解決上述問題的重要手段之一是采用變頻調(diào)速控制技術(shù)。利用高壓變頻器對給水泵電機進行變頻控制,實現(xiàn)給水流量的變負(fù)荷調(diào)節(jié)。這樣,不僅解決了控制閥調(diào)節(jié)線性度差難以控制的缺點,而且提高了系統(tǒng)運行的可靠性;更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門孔口變化造成的壓力、流量損失,減輕了控制閥的磨損,降低了系統(tǒng)對管路密封性能的破壞,延長設(shè)備的使用壽命,減小了維護量,改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟性,節(jié)約了能源。由于我們集團三個分公司都有一套循環(huán)水系統(tǒng),原設(shè)計要求是裝置滿負(fù)荷時兩用一備,綜合我們實際運行工況,一臺運行或兩臺同時運行的幾率各有一半,這樣考慮改裝一套變頻驅(qū)動就能滿足實際需要了,當(dāng)一臺輕負(fù)荷運行就能滿足生產(chǎn)需要時就用變頻的循環(huán)水泵;當(dāng)需要一臺滿負(fù)荷運行時就開一臺不變頻的循環(huán)水泵;當(dāng)一臺滿負(fù)荷運行仍不能滿足生產(chǎn)需要時就開一臺不變頻的循環(huán)水泵和一臺變頻的循環(huán)水泵。

  (一)、變頻設(shè)計原則

  根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求,循環(huán)水泵變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:

  1、 電動機變頻運行狀態(tài)下保持循環(huán)水泵出口壓力穩(wěn)定,壓力波動范圍不能超過±0.05Mpa。

  2、 系統(tǒng)具有開環(huán)和閉環(huán)兩套控制回路。開環(huán)控制能夠根據(jù)設(shè)定頻率穩(wěn)定運行;閉環(huán)控制能夠根據(jù)設(shè)定壓力依靠自身PID自動調(diào)節(jié),保證輸出壓力穩(wěn)定。

  3、 在負(fù)荷用戶減少總管壓力增高的情況下,降低循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速,輸出流量降低,同時循環(huán)水泵的輸出壓力也同時隨之降低,保證了總管壓力的穩(wěn)定,這樣,在調(diào)低流量的同時,離心泵內(nèi)部壓力也隨之下降,具有極好的節(jié)電效果。

  4、 為了防止高次諧波對電網(wǎng)的干擾,變頻器應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施。

  5、 在用電負(fù)荷小的情況下,變頻器處在低頻運行時,應(yīng)保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。

  (二)、變頻改造后可能出現(xiàn)的問題解決方案

  1、高壓變頻柜的安裝位置,因為是在原有生產(chǎn)車間安裝,必須要為這樣一套設(shè)備找一個合適的安裝位置。根據(jù)我公司實際情況就近分別為三套變頻器柜隔出了專用的變頻器室。如圖2

 

(圖2)

  

  2、因為每套高壓變頻柜都有自身配套的變壓器和功率單元,自身發(fā)熱量也是相當(dāng)可觀的,妥善解決散熱問題也是關(guān)鍵的一環(huán),解決散熱問題既能保證變頻器長期穩(wěn)定運行又能達到節(jié)能的效果,根據(jù)我公司冷凍水系統(tǒng)富裕的情況采用了高壓變頻室安裝冷水空調(diào)的方法,使高壓變頻室內(nèi)四季都能保持恒定的室溫,為變頻器長期穩(wěn)定運行提供了良好的工作環(huán)境,減少了高壓變頻器故障發(fā)生的機會。

  (三)、變頻器的選型

  根據(jù)上述原則,經(jīng)過調(diào)研、比較,最終選擇國產(chǎn)合康HIVERT-Y(T)10型高壓變頻裝置改造循環(huán)水泵。

  1、合康HIVERT-Y(T)10型變頻器具有良好的頻率控制性能:頻率分辨率為±0.01HZ;可使循環(huán)水泵輸出壓力波動范圍滿足生產(chǎn)要求。

  2、系統(tǒng)具有靈敏的限流保護功能,過載能力120%額定電流一分鐘,150%額定電流立即保護。

  3、系統(tǒng)設(shè)計了閉環(huán)與開環(huán)兩套控制回路,在沒有傳感器的情況下也能達到節(jié)能效果。

  4、合康HIVERT高壓變頻器人機界面采用全中文LCD顯示操作界面,負(fù)責(zé)信息處理和與外部的通訊聯(lián)系,面板輕觸按鈕直接操作。如圖3

 

(圖3)

  

  5、 在該變頻器輸入側(cè)有隔離變壓器,二次線圈經(jīng)過移相為功率單元提供電源,消除了大部分由單個功率單元引起的諧波電流,無需安裝輸入濾波器,也無需安裝輸出濾波裝置,有效的抑制了變頻器對電網(wǎng)和其他設(shè)備的干擾以及電機的溫升和噪音。

  6、系統(tǒng)具有內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器不需外置控制儀表可實現(xiàn)閉環(huán)運行。

  四、變頻改造方案原理

  由循環(huán)水總管壓力變送器、合康HIVERT高壓變頻器、高壓電動機組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng),通過自身PID自動調(diào)節(jié),反饋壓力與設(shè)定壓力進行PI比較運算,實時控制變頻器的輸出,使循環(huán)水系統(tǒng)總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi),進行恒壓控制。

  五、變頻改造后的情況

  1、節(jié)約能源

  變頻器改造后,能源節(jié)約是最有實際意義的,根據(jù)生產(chǎn)需要的循環(huán)水流量來控制循環(huán)水電動機實際運行頻率,達到既能滿足生產(chǎn)需要又能節(jié)約能源的目地。

  2、降低運行成本

  循環(huán)水泵的運行成本由三項組成:設(shè)備采購成本、運行維護成本和電費成本。其中電費成本是一個長期消耗的成本,以一臺循環(huán)水泵運行壽命10年來算,電費成本大約是設(shè)備采購和運行維護成本的近40倍,通過變頻器改造使電費成本降低30%左右,加上變頻起動后對設(shè)備的沖擊減弱,設(shè)備維護和維修量也跟隨減少,運行成本得到了很大的降低。

  3、提高壓力控制精度

  變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)了精確的壓力控制,使循環(huán)水泵壓力輸出與生產(chǎn)系統(tǒng)所需的流量相匹配,壓力的穩(wěn)定保證了生產(chǎn)車間系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

  4、延長電動機和循環(huán)水泵的使用壽命

  變頻器從0HZ起動電動機,起動加速時間可以調(diào)整,緩慢加速減少了起動時對電動機和循環(huán)水泵的電器部件和機械部件所造成的沖擊,增強了系統(tǒng)的可靠性,使電動機和循環(huán)水泵的使用壽命延長。

  5、變頻控制能夠減少機組起動時對電網(wǎng)電壓造成的波動,保證了電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電安全。

  6、經(jīng)過3年左右的運行,合康HIVERT高壓變頻器調(diào)速裝置運行穩(wěn)定,性能良好,即滿足了生產(chǎn)工藝的要求,又具有顯著的節(jié)能效果。

  六、結(jié)束語:

  通過對江蘇三房巷集團下屬華星合成有限公司、華怡聚合有限公司、興宇新材料有限公司的三套冷卻水循環(huán)系統(tǒng)高壓變頻器調(diào)速改造,解決了大容量的離心泵在供水量與用戶實際需要流量經(jīng)常變化不匹配的難題。使三臺水泵安全地運行于額定流量以下,并可以保持精確的壓力調(diào)節(jié),保證了生產(chǎn)用戶用水的需求。

(轉(zhuǎn)載)

標(biāo)簽:合康 HIVERT高壓變頻器 電動機 水處理 我要反饋 
泰科電子ECK、ECP系列高壓直流接觸器白皮書下載
優(yōu)傲機器人下載中心
億萬克
專題報道