摘要：本文節(jié)介紹了安邦信高壓變頻器及在恒壓供水上的應(yīng)用，包括概況介紹、選用國產(chǎn)安邦信變頻器原因及高壓變頻器特點、主電路介紹、變頻器選型等內(nèi)容。
Abstract: The paper intyoduces thecharacteristics of AMB high voltage inverter ang its applications in the constant pressure water supply system ；including generality and system,
the reason of selecting the inverters of AMB, the trait of high voltage
inverter, the introducing main circuit and the type of inverter.
關(guān)鍵詞：高壓變頻器、特點、選型。
Key words: High voltage inverter Trait Type
引言
大中型自來水廠的水泵驅(qū)動電機一般是由高壓電機驅(qū)動，其供水壓力與流量的調(diào)節(jié)大多采用傳統(tǒng)的方式，通過控制水泵的運行臺數(shù)，輔助于閥門的開度變化的方式進行調(diào)節(jié)，由于供水時間相對集中，一日內(nèi)的負荷變化較大，特別是在午夜與凌晨的時段，產(chǎn)生大馬拉小車的現(xiàn)象，這種情況在春冬兩季更為明顯，既浪費能源，又使供水管網(wǎng)的壓力波動。為了解決這一問題，平頂山煤炭集團自來水廠領(lǐng)域決定選用安邦信的AMB-HV1型高壓變頻器，對原有的水泵驅(qū)動電機進行變頻節(jié)能改造。
系統(tǒng)概況
原高壓電機以工頻電源驅(qū)動時，電機定速運行，只能靠水泵出口側(cè)的閥門來調(diào)節(jié)供水流量，不僅浪費能源，而且會產(chǎn)生“水錘效應(yīng)”和“憋泵”現(xiàn)象，對此，我們采用安邦信高壓變頻器內(nèi)置PID功能進行節(jié)能改造。
PID功能介紹：水泵變頻調(diào)速是一個壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，設(shè)定水泵出工側(cè)壓力參數(shù)為控制對象，當實際壓力與設(shè)定壓力發(fā)生偏差±H時，高壓變頻器則根據(jù)壓力傳感器反饋的信號，自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率與電壓，從而改變水泵驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，使水泵出口側(cè)的壓力維持恒定。
風(fēng)機泵類負載變頻調(diào)速的節(jié)能原理
風(fēng)機泵類負載一般是通過改變閥門擋板的開度進行流量、壓力調(diào)節(jié)的。圖-1為泵（風(fēng)機）揚程流量特性曲線（H-Q）圖。在閥門控制的方式下，當系統(tǒng)流量從Qmax減少到Q1時，必須相應(yīng)地關(guān)小閥門。這時，閥門的阻力變大，流體的節(jié)流損失增加，流道的阻力線從A0到A2。
泵（或風(fēng)機）運行的工況點，從b點移到c點，揚程從H0上升到H2，而實際需要的工況點為d點。
根據(jù)泵（風(fēng)機）的功率計算工式：
P＝ρgQH/1000η 式中：
P—水泵使用工況軸功率（KW）
ρ—輸出介質(zhì)的密度（kg/m3）
Q—使用工況點的流量（m3/s）
g—動力加速度（m/s2）
η—使用工況點泵的效率。
可求出運行在c點和d點泵的軸功率分別為：
Pc＝PgQ1H2/1000η; Pd＝PgQ1H1/1000η;
兩者之差為ΔP＝Pc-Pd＝PgQ(H2-H1)/1000η
上式說明，用閥門控制流量時，有ΔP的功率被損耗浪費掉了。而且，隨著閥門不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。
用變頻調(diào)速控制時，當流量從Qmax減少到Q，由于閥門的開度沒有變化，管網(wǎng)的阻力曲線不變，泵的特性曲線隨轉(zhuǎn)速由n0變化到n1。泵（風(fēng)機）運行的工況點，則從b點移到d點，揚程從H0下降到H1，而用轉(zhuǎn)速控制時，根據(jù)流量Q，揚程H，功率P和轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系：
Q1/Q2＝n1/n2; H1/H2＝(n1/n2)2; P1/P2＝(n1/n2)3
可知：流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比；揚程H與與轉(zhuǎn)速N成平方比；而功率P與轉(zhuǎn)速N成立方比，若轉(zhuǎn)速下降20%，則軸功率對應(yīng)下降49%，由此可見，采用變頻調(diào)速可以大幅降低電機的電耗，節(jié)省能源，降低企業(yè)成本。
高壓變頻器的選型：
高壓變頻器是價格不菲的傳動控制設(shè)備。因此，我們在設(shè)備的選型上要慎之又慎。國際知名的電氣公司諸如：ABB,西門子，富士都在生產(chǎn)6KV系列高壓變頻器，而且在國內(nèi)企業(yè)均有成功應(yīng)用的例子，但它們的產(chǎn)品一般都售價高昂，同時在技術(shù)支持及售后服務(wù)方面不及國內(nèi)便捷。近年，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的高壓變頻器，經(jīng)不斷完善，其技術(shù)與十分成熟。綜合產(chǎn)品價格、售后服務(wù)、設(shè)備的可靠性諸方面因素，最終我們選用了AMB-HV1型變頻器。AMB-HV1型高壓變頻器采用了工業(yè)控制領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用的成熟，可靠技術(shù)，諸如移相整流技術(shù)，H橋單相逆變技術(shù)等，因而具有很高的可靠性。
安邦信高壓變頻器與國外某品高壓變頻器性能對照表
AMB-HV1型高壓變頻器的基本原理與技術(shù)特點：
電源側(cè)與逆變功率單元之間，設(shè)置了移相整流變壓器，移相變壓器邊各繞阻之間互相錯開一定的電角度，給逆變功率單元供電，各功率與移相變壓器連線如圖-2所示。
移相變壓器的多重二次繞組對電網(wǎng)而言，類同多相負載，它即為逆變功率單元的電壓疊加提供了條件，又解決了電源網(wǎng)側(cè)的諧波問題。對AMB-HV1型高壓變頻器而言，每相有6個不同的相位組，形成了36脈沖的二極管整流電路。因此，它的基波電流值高，理論上講35次以下的諧波可以消除電流的畸變率 THPi＜190.
AMB-HV1型高壓變頻器采用載波移相技術(shù)，各功率單元在主控CPU發(fā)生的控制電平下，依次導(dǎo)通關(guān)斷。各功率單元輸出的1，0，-1電平疊加后，形成了頻率電壓可調(diào)的多重化階梯形，得到了幾近完美的正弦波形。逆變功率單元由整流電路，電解電容濾波電路，H橋逆變路構(gòu)成，其基本原理如圖-3所示。
各功率單元的輸入電壓為590V，功率模塊為低飽合壓降，耐壓為1700V的IGBT，功率單元與控CPU板之間監(jiān)控電平由光纖傳遞，使布線的雜散電感減至最少，杜絕噪聲損耗。
因為每相的逆變功率單元按一定的相位差串聯(lián)，其輸出的電壓波形是多段階梯波，且等效的開關(guān)頻率很高。因此，它沒有通用變頻器6脈波逆變電路產(chǎn)生的6K±1 的高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動問題，避免了諧波電流引起的電機發(fā)熱，杜絕了共模電壓與dv/dt應(yīng)力對電機與電纜的損害。因此，系統(tǒng)不需要再配置電抗器，濾波器。
實際使用情況：
系統(tǒng)采用2臺水泵驅(qū)動電機共用一臺高壓變頻器的形式，高壓變頻器分別控制2臺水泵驅(qū)動電機的啟動與調(diào)速及工頻/變頻的切換。主回路如圖-4所示。
高壓電機銘牌標定參數(shù)
額定電壓：UN＝6KV；額定電壓IN＝27A；額定轉(zhuǎn)速NN＝1475r/min；額定功率PN＝220KW
電機啟動平穩(wěn)，消除了刺耳的啟動噪音。
原高壓電機工頻啟動時，由于起動時間短，起動沖擊電流大（IN5~7倍），電機與水泵振動較大，會產(chǎn)生刺耳的噪音。使用高壓變頻器后，這些現(xiàn)象徹底消除。使用變頻器后，電機啟動時，電機的轉(zhuǎn)速在高壓變頻器設(shè)定的范圍內(nèi)，從零開如平緩上升，電機電流亦隨之平穩(wěn)變化，電流表的指針平穩(wěn)偏轉(zhuǎn)，杜絕了工頻啟動時對電網(wǎng)的沖擊。
電機啟動時，水泵出口側(cè)閥門關(guān)閉，變頻器輸出超始頻率為2Hz，電機相電流為0.6A，1分鐘以后，輸出頻率為43Hz,電機的相電流為18A。未采用變頻器時，每當用水量大，水壓低時，值班人員要及時開大水泵出口側(cè)閥門，加大出水量；而當用水量小，水壓電時，值班操作人員要及時關(guān)小水泵出口側(cè)閥門，減小出水量。采用變頻器后，網(wǎng)管水壓通過壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)自動控制，供水壓力始終保持在0.45MPa的設(shè)定壓力上。而且，泵的啟停臺數(shù)由PLC根據(jù)工況情況自動控制，使系統(tǒng)由人力控制的方式上升到自動化控制的臺階。
節(jié)省電能降低企業(yè)設(shè)備運行成本
原高壓電機以工頻電源驅(qū)動時，電機定速運行，只能靠水泵出口側(cè)的閥門來調(diào)節(jié)供水流量，不僅浪費能源，而且會產(chǎn)生“水錘效應(yīng)”和“憋泵”現(xiàn)象，使用高壓變頻器，不僅解決了這些問題，而且可以根據(jù)供水管網(wǎng)所需流量，自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，從而節(jié)省電能，減少企業(yè)供水產(chǎn)生成本。解決了“水錘效應(yīng)”“憋泵”水壓忽高忽低的問題，減少管網(wǎng)爆管，水的“跑、冒、滴、漏”，可見使用變頻器也利于節(jié)水。
表2為30天時內(nèi)，工頻與變頻時電機的對照表，該表說明使用了變頻器后水泵的電耗降低了30%，以當?shù)仉妰r0.55元/KWH計算，每月可節(jié)省27000元左右。
原高壓電機未裝置功率因數(shù)補償電容，盤面上的功率因數(shù)表的讀數(shù)在0.85的刻度上，使用高壓變頻器后，因高壓逆變功率單元內(nèi)均裝置有大的電解電容，相當于在電網(wǎng)側(cè)與機之間加入了一級容性隔離。使整個系數(shù)的效率大為提高。現(xiàn)在功率表的讀數(shù)在0.95以上。可見，高壓變頻器不僅調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)速，軟起動的功能，而且具有功率因數(shù)補償?shù)墓δ堋?/span>
結(jié)束語：
我們這次裝置AMB-HV1系列高壓變頻器一次調(diào)試成功，說明安邦信的高壓變頻器具有很高的可靠性，高壓變頻器的成功運行，不僅為企業(yè)帶來了節(jié)能效益，減少了設(shè)備維修，而且提高了供水系統(tǒng)的自動化水平。可以說高壓變頻調(diào)速為企業(yè)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益開掘了新途徑。
參考文獻：1、安邦信高壓變頻器AMB——HVI使用說明書 深圳市安邦信電子有限公司