供水系统中泵用变频器应用要点

□ 罗海军

近年来，随着变频器制造技术的成熟，变频器应用范围日益广泛，尤其在农村小型供水系统中，目前已淘汰压力罐和水塔，变频调速供水方式得到普遍使用，本文针对变频器在供水泵上使用需注意的有关问题进行阐述。

一、变频器工作原理

电动机转速与频率成正比，因此只要改变电动机工作频率即可改变电动机的转速。我国目前交流供电的频率为50Hz，当电动机的工作频率能够在0～50Hz范围内变化时，电动机转速可调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现转速调节，理论计算原理如下式：

式中：N——异步电动机的转速

f——异步电动机的频率

s——电动机转差率

p——电动机极对数

目前变频器主要采用交流——直流——交流工作方式，电路一般由整流、中间直流、逆变和控制4个部分组成，即先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

二、水泵的匹配

水泵负载为平方转矩负载，一般情况下具有U/f＝const控制模式的变频器基本都能满足这类负载要求，且一般不容易过载，因此选择变频器容量时保证其稍大于或等于电动机的容量即可。变频器过载能力一般压要达到120%（1min），变频器功能参数选择和预置时应注意。由于负载的阻转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于电动机的额定频率时，负载的阻转矩会超过额定转矩而使电动机过载，所以要严格控制最高工作频率不能超过电机额定频率。

三、谐波的抑制

变频器输出电压中含有除基波以外的其他谐波，较低的谐波可引起电动机转矩脉动，较高的谐波会使电动机出力不足，故变频器输出的高、低次谐波都必须抑制。为了消除谐波，可采用以下五种对策：

（一）增加变频器供电电源内阻抗，变频器供电电源变压器最好选择短路阻抗较大的。

（二）安装电抗器，在变频器的交流侧或直流侧安装电抗器（或两侧同时安装）可抑制谐波电流。

（三）变压器多相运行，如使相位角互差30°的Y－△、△－△两台变压器组合构成相当于12脉波整流器，可减小谐波电流抑制谐波。

（四）提高变频器载波比，可有效抑制低次谐波。

（五）应用滤波器，可检测变频器谐波电流的幅值和相位，并产生与谐波电流幅值相同、相位相反的电流，从而有效地吸收和消除谐波电流。

四、启/停时加减速时间匹配

由于水泵的负载转动惯量比较大，其启动和停止时所用的时间，与变频器的加速和减速时间匹配是必须考虑的问题。在变频器选型和应用时，应根据负荷参数计算变频器的加速时间和减速时间来选择最短时间，以便在变频器启动时不发生过电流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况。

五、系统共振的避免

由于是通过变频器改变电动机的电源频率来改变水泵转速实现恒压供水效果，所以就有可能在某一转速下与负荷轴系的共振点、共振频率重合，造成负荷轴系不能容忍的振动，有时甚至会造成设备停运或损坏。因此在变频器功能参数选择和预置时，应根据负荷轴系的共振频率，通过设定跳跃频率点和宽度，避免系统发生共振现象。

六、汽蚀与水锤问题的处理

供水系统水泵在低速运行时，当出口阀门处于关闭状态，会因系统内压力升高而造成水泵汽蚀。因此，在变频器功能设定时，需通过限定变频器的最低频率来限定水泵流量的临界点最低转速，即可避免此类现象的发生。水泵在突然断电时，泵管道中的液体会因重力而倒流，若泵前的逆止阀关闭不严或没有逆止阀，将导致电机反转，致使因电机发电而导致变频器发生故障或烧坏。因此，在变频器系统应用时，应设定“断电减速停止”功能，可避免该问题的发生。

七、 结束语

变频器因其经济、节能、可靠性高、无需占地等诸多优点而在各类供水系统中得到普遍应用，以上是本人在泵用变频器选型及应用中的一些经验，供大家参考、借鉴。随着未来变频器在高智能化、高可靠性、低价格和免维护等方面的进一步发展，变频器在供水系统中的应用优势将会更加明显。