1 引言
我廠生活用深井泵自投產(chǎn)以來，由于其設(shè)計能力為32t/h，而實際用量為20t/h，一直存在著供大于求的矛盾。近幾年來，每到冬季，矛盾就顯得尤其突出。盡管原設(shè)計管道出口有一逆止閥可以調(diào)節(jié)水量，但往往由于出口水量太小而造成管道壓力較高。長期以來，不得不通過部分地方“長流水”達到泄壓的目的，這樣既浪費了電能又浪費了水資源。考慮到通過變頻器可以改變電機的轉(zhuǎn)速，從而減小水泵的出口流量，從根本上可以降低管道的壓力。所以此次改造選用變頻調(diào)速系統(tǒng)。同時考慮到管道壓力變化范圍比較大的原因，以及相應(yīng)的水泵電機對電壓波動范圍要求比較大，選用了西門子公司的midimaster vector變頻傳動裝置。

2 midimaster vector變頻器
midimaster vector變頻器是一種交-直-交變頻器，其原理如圖1所示。由圖所示本變頻器直流側(cè)并聯(lián)了大電容以緩沖無功功率，因此屬于電壓源型變頻器。
由于其在直流回路中并聯(lián)了大電容，所以直流電源呈低阻抗，輸出電壓u接近矩形波，在電機中流過的電流呈正弦波,如圖2所示。

圖1 變頻器原理圖

圖2 變頻器輸出電壓u和電機電流id波形

西門子midimater vector系列變頻傳動產(chǎn)品具有更大允許電壓波動范圍，更小的體積及更深的通訊能力等特點，近年來被廣泛的用在各種工業(yè)等領(lǐng)域中。

3 midimaster vector變頻器在我廠深井泵改造中的應(yīng)用
3.1 改造方案的確定
此次改造主要是利用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，通過管道壓力這一參數(shù)，即通過實測的管道壓力與設(shè)定的管道壓力的比較，在變頻裝置內(nèi)產(chǎn)生控制信號，控制變頻裝置輸出頻率變化，最終使電機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從而調(diào)節(jié)和控制管道的出水量，達到保持管道壓力恒定的目的。
3.2 設(shè)備選型
德國西門子公司變頻裝置midimater vector 的過載能力強，安裝、設(shè)定、調(diào)試方便，內(nèi)帶pid調(diào)節(jié)功能，可很好地完成閉環(huán)過程控制;內(nèi)帶的平滑功能的加、減時間設(shè)定，能夠讓電機安全可靠地起停;同時它還有快速電流限幅作用;兩路可設(shè)定的繼電器輸出極為方便地實現(xiàn)故障、報警的聲光信號?？紤]到以上這些優(yōu)點，此次改造選用midimaster vector變頻裝置。原水泵電機為30kw，額定電流為68.2a，考慮到長期工作，我們選擇了西門子6se3225-5ds45 37kw額定輸出電流為71a變頻裝置，電流142a時，可工作3s，電流106.5a時,可持續(xù)工作60s，所以能夠滿足瞬時過負(fù)荷的要求。
另外，為了保護變頻裝置內(nèi)的整流元件，由于一般的斷路器不能起到很好的保護作用所以選用快速熔斷器naso-100 100a。根據(jù)需要我們還選擇了壓力變送器、數(shù)字顯示儀、隔離器等設(shè)備。
3.3 改造方案的電氣原理圖及工作原理
(1) 變頻調(diào)速原理圖
如圖3所示，為了保證設(shè)備能可靠地運行，我們保留了原來的控制系統(tǒng)作為備用。

圖3 水泵瞇頻調(diào)整供電回路及電氣控制原理圖

(2) 工作原理
假設(shè) if—實測壓力電流值 (4~20ma)
ig—設(shè)定壓力電流值 (4~20ma)
f—變頻器輸出頻率 hz
n—電機轉(zhuǎn)速 rpm
q—出水量 t/h
ps—實測壓力 pa
pg—設(shè)定壓力 pa
設(shè)定壓力值if和實際壓力值ig通過變頻器x101端子板3、4、10、11號端子進入變頻器內(nèi)部，然后轉(zhuǎn)變成控制信號，使變頻器輸出頻率改變，電機轉(zhuǎn)速改變，以至水泵的出水量改變。若當(dāng)實測壓力ps比設(shè)定壓力pg高時，即ps>pg時，有ps↑→if↑→if-ig＞0→f↓→n↓→q↓→ps↓直到ps=pg，實現(xiàn)恒壓。
(3) 故障、報警及復(fù)位
變頻器一旦出現(xiàn)故障，將被關(guān)斷，并且顯示屏上出現(xiàn)一個故障碼，最后發(fā)生的故障碼存貯在固定的參數(shù)中，同時通過繼電器rl1發(fā)出聲光信號。當(dāng)變頻器發(fā)生報警時，通過繼電器rl2發(fā)出信號，由于常閉接點j2的作用將變頻器關(guān)斷。
變頻器故障后不能啟動，只有通過故障復(fù)位按鈕fa復(fù)位，所有故障信號消失后，方可重新啟動。
3.4 變頻器的功能預(yù)置
變頻器的功能預(yù)置是通過設(shè)定參數(shù)實現(xiàn)的，除了電機的電流、功率、轉(zhuǎn)速、模擬輸入、輸出等參數(shù)的設(shè)定外，以下幾個參數(shù)的設(shè)定極為重要。
(1) 控制方式:選用平方v/f控制方式，這是因為:
a) 由于水泵對各種參數(shù)的控制精度要求并不高，所以無須采用矢量控制;
b) 由于變頻器的節(jié)能功能只有在平方v/f控制方式下更為有效，為了提高電動機輕載時的效率，實現(xiàn)節(jié)能，最好采用此方式。
(2) 頻率范圍
頻率上限:因電機為普通電機，一般不允許超速運行，故上限頻率不宜超過額定頻率，即fmax≤50hz;
頻率下限:電機轉(zhuǎn)速過低，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩會很小，這時容易造成水泵不出水，一般不宜小于20hz，即fmin≥20hz。
(3) 升降時間
電機上升時間太短，容易造成過流故障，所以不宜太短，選擇ts=20s，電機下降時間太短，容易造成直流環(huán)節(jié)過壓故障，故也不宜太短，選擇tj=40s。

4 結(jié)論
在系統(tǒng)改造完成以后，通過一段時間的運行，發(fā)現(xiàn)基本達到了改造目的。但由于是初次使用西門子的這種變頻裝置，發(fā)現(xiàn)也存在一些問題和不足。希望能對同行有些借鑒作用。
4.1 改造后的效果
(1) 改造后，克服了冬季管道壓力高的問題，既節(jié)約了電能，又節(jié)約了水資源，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益，年可直接節(jié)約電能64800kw.h/年，可節(jié)約資金3.392萬元/年。
(2) 由于供電回路將原供電系統(tǒng)作為備用回路，一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，原供電系統(tǒng)還可投入使用，從而保證了設(shè)備運行的可靠性。
(3) 由于啟動時為“軟啟動”，所以減小了啟動時的峰值電流，同時減輕了電機啟動對機械的沖擊，延長了電機及水泵系統(tǒng) 的使用壽命。
(4) 由于變頻系統(tǒng)始終是軟啟動，所以不致將水中的泥沙帶上來，從而提高了供水質(zhì)量。
(5) 經(jīng)過改造，實現(xiàn)了自動化控制，不需要工作人員去調(diào)節(jié)原出水處的逆止閥，減少了勞動強度，簡化了操作。
(6) 延長了閥體及管道的使用壽命 。
4.2 存在的問題和不足
(1) 高頻噪音較大，需進一步查明原因，有待完善。
(2) 制作柜體時，沒有考慮變頻裝置的散熱問題，需在柜頂或側(cè)面加風(fēng)扇。
(3) 壓力設(shè)定信號通過一個電位器來設(shè)定，如選用數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀來設(shè)定，接線更簡單，操作更為方便。

參考文獻
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[2] 張燕賓. 變頻調(diào)速應(yīng)用實踐[m]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2001.
[3] 黃 俊. 半導(dǎo)體變流技術(shù)[m]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1980.

作者簡介
賀秀峰 女 電氣工程師 1993年畢業(yè)于河北煤炭建筑工程學(xué)院，現(xiàn)在邯鄲鋼鐵集團公司從事自動控制方面技術(shù)工作。