低壓變頻器在給水系統中的合理利用

一．天津紀莊子再生水廠居民區泵房供水現狀：

天津紀莊子再生水廠居民區送水泵設計日供水能力為3萬噸/日，主要為梅江居住區居民用戶提供生活雜用水，小區景體補水，園林綠化及水廠生產用冷卻水、循環水。居民區送水泵房采用的設備類型為中開雙吸給水泵，其中4臺型號HV200-150-400/4P-55KW臥式泵（2臺采用變頻控制，2臺為定速控制，功率為55KW），2臺型號為ESV-80-50-200/2P-18.5KW立式泵（1臺為變頻器控制，1臺為定速控制，功率為18.5KW）。對外供水系統為恒壓供水：由于眾多用戶不同時刻用水需求不同，供水系統中供水量為實時變化，為保證用戶恒壓用水需求，就需要變頻泵參與運行，通過變頻器調整電動機頻率，改變電動機轉速，從而調整送水量，得以維持管網恒壓，（即用戶用水量瞬間增大，管網壓力出現減小趨勢，變頻器頻率增加，電機轉速加快，送水泵出水量增加，使管網壓力重新回到設定值。反之亦然。）這樣能保證所有用戶正常用水。

二． 低壓變頻器調速技術原理：

（一）調速就是在同一負載下能得到不同的轉速，以滿足生產過程的要求。在討論變頻器調速時，首先研究公式：

n = (1- s ) n0 = (1- s ) 60 f1 / p (1)

其中： n : 電動機的轉速

n0: 電動機的同步轉速

s : 電動機的轉差率

p: 電動機繞組的極對數

通過公式（1）表明，改變電動機的轉速有三種可能：

a.變極調速

b.變頻調速

c.變轉差率調速

（二）變頻調速技術

近年來變頻調速技術發展很快，目前主要采用如下圖所示：

變頻器是由可控硅整流器和可控硅逆變器組成。整流器先將50HZ的交流電變換為直流電，再由逆變器變換為頻率可調、電壓有效值也可調的三相交流電，供給異步電動機。由此可得到電動機的無級調速，并具有硬的機械特性。

三．變頻器的合理節能利用

（一）送水變頻泵流量與轉速、頻率的關系：

Q1 = ( n1 / n) Q (2)

其中： n : 泵的額定轉速

Q ：泵的額定流量

n1 : 泵在低于額定轉速下的某一速度

Q1：與轉速n1對應的出水流量

根據 n = 60f1 (1- s ) / p (3)

可得 Q1 = ( f / f1 ) Q (4)

其中：f 1 :電源的頻率（50HZ）

f ：與電動機某一轉速 n1對應的頻率

（二）送水變頻泵功率與轉速、頻率的關系

N1 = （n1 / n）³ N (5)

其中：N：泵的額定功率

N1：與轉速 n1對應的功率

根據公式（3）與公式（5）可得到功率與頻率之間的關系：

N1 = （n1 / n）³ N = (f / f1 )³ N (6)

(三) 送水泵揚程與轉速、頻率的關系：

H1 = (n1 / n )² H (7)

其中：H：泵的額定揚程

H1：與n1對應的揚程

通過公式（3）與公式（7）可得出：

H1 = (f / f1 )² H (8)

(四) 使用變頻器達到節能目的的結論與措施：

（1）實際運行過程中我們使用小變頻泵（18.5KW），在流量為0m³/h~80 m³/h時，對應的頻率變化在25HZ~43HZ之間，根據公式（6），理論計算小變頻泵的功率變化在2.3~11.76KW之間；而使用大變頻泵（55KW），在 流量為0m³/h~80 m³/h時，對應的頻率在30HZ~34HZ之間，根據公式（6）計算，大變頻泵的最小功率消耗不低于11.88KW。由此可見，當外網需水量為小流量時（如冬季或夜間恒壓供水時），我們可運行小變頻泵，降低電網消耗。

（2）通過公式（6）與（8）我們可得到送水變頻泵功率與揚程的關系：

N1 / N = （f / f1）³ (9)

H1 / H = (f / f1 )² (10)

N1 /N = (H1 / H )^3/2 (11)

由公式（11）可以看出，當揚程降低時，即管網恒壓值降低時，變頻器的功率消耗也會降低，當我們的供水用戶同時用水概率教低時，特別是在夜間，我們可以將管網恒壓值設定的適當低一些，會降低變頻泵的能量損耗。

四．變頻器在城市給水系統中合理利用的展望

現代城市給水系統中，采用變頻泵調整出水流量，代替傳統的通過手動調整出水閥門開度，是近代人類科技不斷進步的結果，同時也降低送水泵的能耗，降低了水廠的運行成本，增強對外供水的穩定性，可靠性，從電氣角度使水廠向“低耗高效”實現了跨越發展。如何充分利用好變頻器對水廠運行意義重大。