1 引言

　　鞍山自來水公司湯河供水廠的供水泵采用了變頻器驅(qū)動，從德國西門子公司引進simovert-a交－直－交電流型變頻器，水泵電動機為雙定子線卷800kw，電機同軸運行，每個定子線卷由1臺變頻器供電，其優(yōu)點是減少電動機諧波轉(zhuǎn)矩。2臺變頻器分別由相位差30°的兩組變壓器線卷供電，從而減少電網(wǎng)諧波分量。

2 變頻器驅(qū)動水泵的優(yōu)點

　　采用變頻器驅(qū)動水泵電機后， 使得電動機的轉(zhuǎn)速任意可調(diào)，從而水泵的起動、運行、停泵變得平穩(wěn)，優(yōu)點如下：

　?。?） 起動平穩(wěn)，減少起動電流對電網(wǎng)沖擊

　　變頻起動電流很小，可控制在額定電流之內(nèi)，而直接起動電流可為7～8倍額定電流。另外變頻起動，轉(zhuǎn)速是逐漸升高，水泵內(nèi)的水壓也是逐漸升高，水壓不會產(chǎn)生沖擊而直接起動。轉(zhuǎn)速突升至額定轉(zhuǎn)速，為了減少起動時過載則關(guān)閉出水閘門起動，這時水壓沖擊很大，產(chǎn)生劇烈震動。

　?。?） 調(diào)節(jié)水量容易，且節(jié)約電能

　　城市供水，用水量波動很大，白天早中晚用水量最大，夜間用水量很小，因而要經(jīng)常調(diào)節(jié)供水量，非變頻直接驅(qū)動水泵時靠調(diào)節(jié)閘門開度，調(diào)節(jié)水量電機轉(zhuǎn)速不變，泵內(nèi)水壓升高，產(chǎn)生強烈震動，而且電機的耗電量幾乎不變。變頻驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速與頻率成正比：

　　運行經(jīng)驗表明，頻率一般在40hz~45hz之間變化即可滿足水量變化的需要，流量q變化范圍為60％~80％，電能的消耗平均比閘門調(diào)節(jié)約省25％，節(jié)電效果相當可觀。

　?。?） 停泵時避免水錘效應的產(chǎn)生，減少水錘效應沖擊力對管道及供水設(shè)備的損壞。

　　直接驅(qū)動的水泵在停泵時，突然失去動力，高速水流失去驅(qū)動力后靠慣性向前沖，動能轉(zhuǎn)換為勢能在勢能作用下水流向四方，反沖形成強大的水錘效應，其沖擊力極大，為了減少其破壞力需設(shè)置消水錘器。而采用變頻器驅(qū)動可以靠慢慢減小供電頻率，從而慢慢減速停止，使水流速度逐漸降至零，而避免了水錘的產(chǎn)生，從而提高了供水系統(tǒng)的安全性。

3 simovert-a變頻器原理

　　其系統(tǒng)接線如圖1，圖中帶有旁路自動開關(guān)，和為第一組變頻器供電與電機運行開關(guān)，為旁路開關(guān)，變頻器運行時它斷開。當不用變頻器時、斷開供電具有相同的功能。1l1~1l3為變壓器對電機一定子繞組供電，2l1~2l3為變壓器對電機另一定子繞組供電，相位差為30°。

　　圖2所示為交－直－交電流型變頻器的控制系統(tǒng)圖，控制方法采用矢量控制。

　　在圖2右半部為主回路，它是由進線電關(guān)q1、k1和進線電抗器l1，整流橋sr1，直流連接電抗器l2，逆變器sr2所構(gòu)成。整流橋是把交流輸入電壓變成可控的直流電壓，改變其觸發(fā)角α，即改變直流電壓大小

　　即輸出電壓與輸出頻率成正比，調(diào)速過程不斷調(diào)整以使?jié)M足（4）式。該直流電壓大小還控制負荷電流與加速電流的大小，該電壓與電感l(wèi)2可以滿足電動機恒流控制的要求。其控制系統(tǒng)由圖2左上半部組成，其中為電動機激勵電流分量，為電動機有功電流分量，兩者通過電流設(shè)定發(fā)生器合成為電流設(shè)定值i*。電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、整流橋sr1及電流反饋構(gòu)成電流閉環(huán)。

　　逆變橋sr2是由晶閘管，換向電容、隔離二極管組成的橋路。每支晶閘管工作120°，每60°進行一次換向，上橋臂每120°換向一次，下橋臂每120°換向一次，兩橋臂之間換向差60°。因為晶閘管不能自行關(guān)斷，因此要靠電容器反向放電而強行關(guān)斷導通的晶閘管。先導通的晶閘管為相接的電容器經(jīng)相鄰的隔離二極管及電機繞組充好電，當需要換向時，將相鄰的晶閘管觸發(fā)導通，電容器電壓以反方向經(jīng)先前已導的晶閘管，和順方向后導通的晶閘管形成放電回路，將先導通的晶閘管關(guān)斷，后導通的晶閘管開通，完成一次換向。隔離二極管的作用是防止電容器經(jīng)電機繞組放電。改變換向時間間隔δt從而改變了輸出頻率f：

　　逆變橋控制如圖2左側(cè)下半部，通過測量電動機的電壓和電流經(jīng)過電壓模型可以計算出磁通及力矩電流，磁通中矢量與靜止坐標系的夾角ε是電動機旋轉(zhuǎn)的特性，它與速度控制器的負載角輸出設(shè)定值進行積分計算可以得到速度值，做為速度反饋，及頻率設(shè)定的一部分，加上轉(zhuǎn)差率補償對應的頻率f2為頻率設(shè)定值f：

　　電壓模型計算及轉(zhuǎn)差率補償?shù)扔嬎憔柚离妱訖C的電氣和機械參數(shù)，包括額定電壓、額定電流、額定頻率、空載電流、功率因數(shù)、極對數(shù)，由這些參數(shù)程序可自動計算出定子漏抗，定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻及互感等參數(shù)以適應閉環(huán)控制需要。同時程序可完成各調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)自整定。

　　控制系統(tǒng)硬件核心為80c196單片機配輸入輸出接口而組成，軟件基于矢量控制原理而編制，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制?？刂撇僮饔梢壕э@示器和鍵盤組成，如圖3所示。

　　顯示器顯示輸入?yún)?shù)或運行時的實際電流、電壓、轉(zhuǎn)速（或頻率）值。下行顯示狀態(tài)及設(shè)定值。顯示屏在故障時顯示故障號及簡要原因。鍵盤用于參數(shù)的輸入，該系統(tǒng)有近千個參數(shù)可滿足各種應用條件。4個信號燈顯示變頻器狀態(tài)，2個按鈕用于啟停變頻器。

4 結(jié)束語

　　湯河水廠供水泵引進西門子公司simovert-a變頻器從1992年投入運行，故障很低幾乎為零，保證了城市正常供水，并且節(jié)約了大量電力，取得明顯的社會與經(jīng)濟效益。實踐證明全數(shù)字化的交－直－交電流型變頻器用于城市供水泵的驅(qū)動使系統(tǒng)操作控制容易，減少水錘效應，減少故障，極大的提高了系統(tǒng)安全性。