1 引言
我廠生活用深井泵自投產以來，由于其設計能力為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。盡管原設計管道出口有一逆止閥可以調節水量，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速系統。同時考慮到管道壓力變化范圍比較大的原因，以及相應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并聯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等領域中。
3 midimaster vector變頻器在我廠深井泵改造中的應用
3.1 改造方案的確定
此次改造主要是利用閉環調速系統，通過管道壓力這一參數，即通過實測的管道壓力與設定的管道壓力的比較，在變頻裝置內產生控制信號，控制變頻裝置輸出頻率變化，最終使電機的轉速發生變化，從而調節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、設定、調試方便，內帶pid調節功能，可很好地完成閉環過程控制;內帶的平滑功能的加、減時間設定，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;兩路可設定的繼電器輸出極為方便地實現故障、報警的聲光信號。考慮到以上這些優點，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,可持續工作60s，所以能夠滿足瞬時過負荷的要求。
另外，為了保護變頻裝置內的整流元件，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。根據需要我們還選擇了壓力變送器、數字顯示儀、隔離器等設備。
3.3 改造方案的電氣原理圖及工作原理
(1) 變頻調速原理圖
如圖3所示，為了保證設備能可靠地運行，我們保留了原來的控制系統作為備用。
圖3 水泵瞇頻調整供電回路及電氣控制原理圖
(2) 工作原理
假設 if—實測壓力電流值 (4~20ma)
ig—設定壓力電流值 (4~20ma)
f—變頻器輸出頻率 hz
n—電機轉速 rpm
q—出水量 t/h
ps—實測壓力 pa
pg—設定壓力 pa
設定壓力值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部，然后轉變成控制信號，使變頻器輸出頻率改變，電機轉速改變，以至水泵的出水量改變。若當實測壓力ps比設定壓力pg高時，即ps>pg時，有ps↑→if↑→if-ig＞0→f↓→n↓→q↓→ps↓直到ps=pg，實現恒壓。
(3) 故障、報警及復位
變頻器一旦出現故障，將被關斷，并且顯示屏上出現一個故障碼，最后發生的故障碼存貯在固定的參數中，同時通過繼電器rl1發出聲光信號。當變頻器發生報警時，通過繼電器rl2發出信號，由于常閉接點j2的作用將變頻器關斷。
變頻器故障后不能啟動，只有通過故障復位按鈕fa復位，所有故障信號消失后，方可重新啟動。
3.4 變頻器的功能預置
變頻器的功能預置是通過設定參數實現的，除了電機的電流、功率、轉速、模擬輸入、輸出等參數的設定外，以下幾個參數的設定極為重要。
(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，實現節能，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:電機轉速過低，產生的轉矩會很小，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，容易造成直流環節過壓故障，故也不宜太短，選擇tj=40s。
4 結論
在系統改造完成以后，通過一段時間的運行，發現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，發現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，既節約了電能，又節約了水資源，創造了一定的經濟效益，年可直接節約電能64800kw.h/年，可節約資金3.392萬元/年。
(2) 由于供電回路將原供電系統作為備用回路，一旦變頻裝置出現故障，原供電系統還可投入使用，從而保證了設備運行的可靠性。
(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 的使用壽命。
(4) 由于變頻系統始終是軟啟動，所以不致將水中的泥沙帶上來，從而提高了供水質量。
(5) 經過改造，實現了自動化控制，不需要工作人員去調節原出水處的逆止閥，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，需在柜頂或側面加風扇。
(3) 壓力設定信號通過一個電位器來設定，如選用數字顯示調節儀來設定，接線更簡單，操作更為方便。
參考文獻
[1] 劉競成. 交流調速系統[m]. 上海:上海交通大學出版社, 1984.
[2] 張燕賓. 變頻調速應用實踐[m]. 北京:機械工業出版社, 2001.
[3] 黃 俊. 半導體變流技術[m]. 北京: 機械工業出版社, 1980.
作者簡介
賀秀峰 女 電氣工程師 1993年畢業于河北煤炭建筑工程學院，現在邯鄲鋼鐵集團公司從事自動控制方面技術工作。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
