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，其優點是減少電動機諧波轉矩。2臺變頻器分別由相位差30°的兩組變壓器線卷供電，從而減少電網諧波分量。

2 變頻器驅動水泵的優點

　　采用變頻器驅動水泵電機后， 使得電動機的轉速任意可調，從而水泵的起動、運行、停泵變得平穩，優點如下：

　　（1） 起動平穩，減少起動電流對電網沖擊

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

　　（2） 調節水量容易，且節約電能

　　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，因而要經常調節供水量，非變頻直接驅動水泵時靠調節閘門開度，調節水量電機轉速不變，泵內水壓升高，產生強烈震動，而且電機的耗電量幾乎不變。變頻驅動電機轉速與頻率成正比：

　　運行經驗表明，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節約省25％，節電效果相當可觀。

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

　　直接驅動的水泵在停泵時，突然失去動力，高速水流失去驅動力后靠慣性向前沖，動能轉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置消水錘器。而采用變頻器驅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，而避免了水錘的產生，從而提高了供水系統的安全性。

3 simovert-a變頻器原理

　　其系統接線如圖1，圖中帶有旁路自動開關，和為第一組變頻器供電與電機運行開關，為旁路開關，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，調速過程不斷調整以使滿足（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l2可以滿足電動機恒流控制的要求。其控制系統由圖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，兩者通過電流設定發生器合成為電流設定值i*。電流調節器、觸發器、整流橋sr1及電流反饋構成電流閉環。

　　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斷，因此要靠電容器反向放電而強行關斷導通的晶閘管。先導通的晶閘管為相接的電容器經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導通，電容器電壓以反方向經先前已導的晶閘管，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左側下半部，通過測量電動機的電壓和電流經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是電動機旋轉的特性，它與速度控制器的負載角輸出設定值進行積分計算可以得到速度值，做為速度反饋，及頻率設定的一部分，加上轉差率補償對應的頻率f2為頻率設定值f：

　　電壓模型計算及轉差率補償等計算均需知道電動機的電氣和機械參數，包括額定電壓、額定電流、額定頻率、空載電流、功率因數、極對數，由這些參數程序可自動計算出定子漏抗，定子電阻、轉子電阻及互感等參數以適應閉環控制需要。同時程序可完成各調節器的最佳參數自整定。

　　控制系統硬件核心為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，實現了全數字化控制。控制操作由液晶顯示器和鍵盤組成，如圖3所示。

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

4 結束語

　　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，并且節約了大量電力，取得明顯的社會與經濟效益。實踐證明全數字化的交－直－交電流型變頻器用于城市供水泵的驅動使系統操作控制容易，減少水錘效應，減少故障，極大的提高了系統安全性。