王家松，汪曉?
（中山市供水總公司，廣東中山528403）

　　摘要：介紹了在某污水提升泵站采用的一種非線性反饋變頻調速系 統，該系統具有結構簡單，運行可靠，節電效果顯著等特點。?
　　關鍵詞：變頻調速；非線性；自動控制；污水泵站?
　　中圖分類號：TU99225
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2000)07-0040-02

　　污水加壓泵站設置四臺AS潛水排污泵，電機功率均為85kW，電壓380V。原設計中選用了一套KF—90K—308型高性能大功率變頻器，對其中一臺水泵電機進行調頻調速。它根據污水池的水位，通過改變排污泵電動機供電電源的頻率來調整排污泵的轉速，從而控制排水量，因而變頻必須受到水位反饋信號的控制，以構成水位自動控制系統。?
　　常用的閉環控制方案是采用線性反饋控制系統。這種系統雖然能夠實現恒液位自動控制，但 是存在以下不足：①成本高，這是由于線性液位(壓力)傳感器及調節器價格昂貴；②可靠性低，由于線性液位(壓力)傳感器必須沉入水底且與水充分接觸才能測量到水的高度(或壓力)，因此傳感器的測量孔被泥沙堵塞而容易產生測量誤差，致使被控水位偏離期望值；③現場調試復雜，被控對象的非線性和大慣性因素給調節器的參數配置帶來了困難，有可能影響系統的穩定性和動態性能。總之,對于這樣一個非線性、大慣性過程采用線性反饋控制是不合理的，在經濟上不合算，在性能上不優越，而且調試不方便。
　　現介紹該污水提升泵站所設計的一種結構簡單、運行可靠、成本低廉的 非線性反饋變頻調速系統，成功地克服了線性反饋控制存在的問題。在該系統中，采用日本生產的變頻器控制泵電動機，通過一套液位傳感器構成非線性反饋控制系統，將水位控制在極限環內。?
　　在污水池內安裝一套液位傳感器，它可以測量4個液位(如圖1)。?

　　常運行時水位將在2SL和3SL之間波動，當有大擾動時1SL或4SL實現運行頻率自整定和水位 報警功能，該液位傳感輸出信號被輸送到電氣控制單元，實現繼電器型非線性反饋特性，并與變頻器控制端子相結合，形成非線性反饋四級水位控制系統(見圖2)。

　　所采用高性能大功率變頻器的主電路中采用了帶有驅動電路和電流保護、溫度保護等電路的 電力半導體開關器件IPM(智能化功率模塊)，而在基礎控制電路中則采用了高速32位的RISC( 精簡指令微處理器)來作為CPU，并采用了超密度的LSI(大規模集成電路)，其主要特點是： 調速范圍大，調速精度高、效率高，功率因數高，輸出電流波小，輸入側對電網污染小，參數設置方便、保護功能齊全；有過壓、欠壓、過流、過載、短路、過熱、電源缺相等保護功能；具有故障自診斷功能。另外該變頻器還具有多速設置功能，而且各級速度均可任意設置。?

1 工作原理

　　根據電動機變頻調速的原理可知，異步電動機的同步轉速n₀與電源頻率f₁成正比，所以改變了f₁就改變了n₀而實現調速。從流體力學知道，流量與轉速的一次方成正比，功率與轉速的3次方成正比：?
? n′=n(f′/f)? 　　　(1)?
? Q′=Q(n′/n)²?　　　(2)?
? N′=N(n′/n)³?　　　(3)?
　　根據工藝提供的水位(該水位以城市的最大、最小污水量，涵洞的深度、容積，排污泵流量 等因素而確定)，分別用1SP、2SP、3SP和4SP表示設定的四級速度，與之對應的頻率值分別是368z(40%Pe)、422z(60%Pe)、464z(80%Pe)和50z(100%Pe)。水位及變頻器運行頻率的對應關系見表1。

　　該控制系統工作原理描述如下：在正常情況下，水位在2SL和3SL限定的極限環內波動，變頻器的輸出頻率在422_Hz。當污水水位增加到超過高水位時，變頻器自動調節至輸出頻率為46.4_Hz。若高水位持續時間超過設定時限T₁仍然未下降回落到正常的極限環內，則自動投入一號工作泵，此后若高水位仍持續不下(經T₂時限)，系統便自動投入二號工作泵。若水位繼續增長達到超高水位，變頻器輸出頻率自動調整到50_Hz，并發出 超高水位報警信號。當水位回落并脫離超高水位，變頻器輸出頻率自動下調，控制水位在正常極限環內。若水位繼續下降偏離正常工作環時，變頻器輸出頻率下調至368_Hz，同時二號工作泵退出 運行。若低水位持續時間超過設定時限T₃，一號工作泵相繼退出。如果出現超低水位， 變頻器泵也退出運行并發出超低水位報警信號。當水位擾動消失，水位恢復到正常極限環內 時，報警信號自動切除。該控制系統的主要特點是：
　　①適合于數學模型不清楚或大慣性、非線性被控過程的控制。
　　②結構簡單，成本低廉，傳感器及控制單元分別采用浮球液位控制器和繼電器組成，易于實現。
　　③可靠性高，抗干擾能力強，浮球控制器不受污水中雜物的影響，也不受腐蝕，所有輸入 、輸出信號不易受干擾。
　　④具有顯著的節電效果。?
　　⑤具有參數自整定功能。?
　　本設計將先進的變頻技術應用于污水提升自動控制領域，符合城市供水行業2000年技術進步 發展規劃，是建設部及國家計委節能辦推廣項目。

　　2 實際運行結果?

　　系統已于1998年5月投入實際運行。運行結果證明，該系統使用方便、安全可靠、功率因數高、已超前運行，具有十分顯著的節電效果。根據系統在手動控制方式下的運行記錄，變頻器工作在368_Hz的時間是8h、工作在422_Hz的時間是75h，工作在50_{H z}的時間是75h、停機的時間是1h。該系統盡管一次性投資較大，但由于節電效果十分顯著(每年可節電約200000kW·h)，一年之內便可收回投資。
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電話：(0760)8312969×162 013702464537?
傳真：(0760)8326429?
收稿日期：2000-02-15