農(nóng)村機(jī)電排灌工程中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

□陳　華（廣東省梅州市五華縣水利水電建設(shè)管理中心）

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農(nóng)村機(jī)電排灌工程中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

□陳華（廣東省梅州市五華縣水利水電建設(shè)管理中心）

摘要：農(nóng)村機(jī)電排灌工程對(duì)于提升農(nóng)村抗旱排澇能力以及農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力具有重要作用。選擇變頻調(diào)速并將其有效應(yīng)用到農(nóng)村機(jī)電排灌工程中，使工程能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的效果，有利于提升農(nóng)業(yè)資源利用效率。文章從控制理念角度出發(fā)，結(jié)合具體的案例，探討變頻控制在農(nóng)村機(jī)電排灌工程中的優(yōu)勢(shì)作用，并提出幾點(diǎn)思考。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；農(nóng)村機(jī)電；排灌工程；思考；分析

0　前言

農(nóng)業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，關(guān)乎國(guó)計(jì)民生。加強(qiáng)農(nóng)村的水利水電建設(shè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綜合能力的全面提升，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)防御力，是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。農(nóng)村機(jī)電排灌工程在我國(guó)水利水電工程建設(shè)中居于重要位置，將變頻調(diào)速運(yùn)用到變頻調(diào)速技術(shù)農(nóng)村機(jī)電排灌工程中，有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展與農(nóng)民的增產(chǎn)與增收。

1　案例概述

福建省潮州市A灌區(qū)在2008年使用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了工程改造，改造之后電排站能夠以澇區(qū)的水量為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)抽水流量進(jìn)行控制，以保證機(jī)組能夠保持高效率運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)能效果顯著，相較于改造之前，大約能夠節(jié)約15%的能源。B灌區(qū)于2010年使用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造，改造之后機(jī)電排灌系統(tǒng)能夠以灌區(qū)農(nóng)田的需水量為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)提水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠避免灌溉渠道產(chǎn)生水源浪費(fèi)，相較于改造之前，大約節(jié)約能源20%。

2　變頻調(diào)速技術(shù)原理

2.1原理分析

變頻調(diào)速技術(shù)在農(nóng)村機(jī)電排灌中得到廣泛應(yīng)用的重要原因在于其安全性與穩(wěn)定性。其基本原理是依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速以及工作電源之間的輸入頻率之間存在正相關(guān)，可以利用改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。一般來(lái)講，從調(diào)速的本質(zhì)上講，不同的調(diào)速方式，主要在于改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，或者是不改變同步轉(zhuǎn)速。從調(diào)速過(guò)程中的能耗出發(fā)，可以分為高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種。其中，高效調(diào)速是指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變的情況下，形成無(wú)轉(zhuǎn)差損耗。例如，多速電動(dòng)機(jī)以及能夠使轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法。

圖1　變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2變頻調(diào)速系統(tǒng)分析

進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析與論證，需運(yùn)用多種公式進(jìn)行綜合運(yùn)算，例如，利用定子繞組反電動(dòng)勢(shì)：

E1=4.44KEf1N1φ1

在上式中，KE是指繞組系數(shù)，f1是指施加與定子繞組上的電源頻率，N1是指定子每相繞組匝數(shù)，φ1是指每極氣隙磁通量有效值。在工頻運(yùn)行時(shí)，f1=50 Hz，E1的變化值是相當(dāng)小的，并且磁路以及勵(lì)磁電流變化也相當(dāng)小。在變頻運(yùn)行時(shí)，由于V/f值趨于恒定狀態(tài)，電壓也會(huì)隨著頻率出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，在定子電流相同的情況下，如果f1的值較大，并處于低頻運(yùn)行階段，V、f1、E1的值都比較小，每相電動(dòng)勢(shì)有效值的比例均會(huì)下降，從而導(dǎo)致等效勵(lì)磁電流降低，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩減小，進(jìn)而影響到了電動(dòng)機(jī)的荷載能力。因此，這就需要根據(jù)實(shí)際負(fù)載的大小以及輸出轉(zhuǎn)矩的要求，選擇相對(duì)應(yīng)的電壓補(bǔ)償數(shù)據(jù)以及方案。

3　變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程的應(yīng)用

現(xiàn)代高新科技的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)在電力傳動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。同時(shí)，變頻調(diào)速技術(shù)以其重要的優(yōu)勢(shì)，取代了傳統(tǒng)的滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等諸多調(diào)速系統(tǒng)。

3.1變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1.1變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程具有良好的節(jié)電性

變頻調(diào)速裝置能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水量狀況，科學(xué)、合理設(shè)置抽水流量控制。保障在輕載狀態(tài)下，能夠以較低的能量輸出，獲得更大的動(dòng)能，從而提高能源的使用效率，節(jié)能環(huán)保。

3.1.2變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程具有較好的靈活性

變頻調(diào)速裝置在應(yīng)用中，可以無(wú)限調(diào)整轉(zhuǎn)速，有效避開(kāi)機(jī)械共振點(diǎn)，從而降低了噪音。在啟動(dòng)過(guò)流值、運(yùn)行過(guò)流值以及過(guò)載值的過(guò)程中，都可以進(jìn)行調(diào)整。

3.1.3變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程具有較高的智能性

調(diào)頻裝置中具有輸入電壓顯示、運(yùn)行電壓顯示、電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示、線速度顯示以及故障記憶等諸多功能，極大方便了操作人員的操作。

3.1.4變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程使用壽命較長(zhǎng)

變頻調(diào)速裝置能夠有效地使電動(dòng)機(jī)平滑起動(dòng)、平滑停車或者是自由停車。同時(shí)，可以是軟起基值電壓、啟動(dòng)限制電流，軟起動(dòng)與軟停車時(shí)間可以按照不同的負(fù)載，進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。這樣的優(yōu)勢(shì)在于能夠減小啟動(dòng)電流對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的沖擊，從而降低水錘效應(yīng)的影響，起到延長(zhǎng)設(shè)備以及設(shè)施的使用壽命上的作用。

3.2變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程的應(yīng)用缺陷

3.2.1變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程對(duì)使用環(huán)境的要求較高

在農(nóng)村機(jī)電排灌工程的建設(shè)過(guò)程中，很多諸如配電室等設(shè)備運(yùn)行中的環(huán)境較差，對(duì)于變頻裝置的使用上存在一定的限制。例如，變頻調(diào)速裝置宜在0～40℃范圍之內(nèi)，需要充分滿足粉塵、溫度以及濕度上的運(yùn)行條件要求。并且，需要保障運(yùn)行環(huán)境的濕度不得超過(guò)95%，保持配電室的干燥。

3.2.2變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程的造價(jià)較高

變頻器的造價(jià)較高，主要原因在于變頻裝置的技術(shù)要求高，保密性較高。因此，當(dāng)變頻裝置在運(yùn)行過(guò)程中，存在故障時(shí)，需要與原廠取得聯(lián)系，由廠家采取措施進(jìn)行維修，無(wú)形中增大了設(shè)備的使用成本。

3.2.3變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程產(chǎn)生的高次諧波會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生不利影響

在變頻裝置運(yùn)行中變頻器輸出的電壓或者是電流所產(chǎn)生的波形是為非正弦波而產(chǎn)生的高次諧波，這對(duì)于電動(dòng)機(jī)以及電源會(huì)產(chǎn)生種種不良影響。同時(shí)，也對(duì)機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)不利影響。

3.3變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程的應(yīng)用

3.3.1保證工程地質(zhì)條件的合理性

在進(jìn)行農(nóng)機(jī)排灌工程的建設(shè)過(guò)程中，需要充分從全系統(tǒng)角度，考察變頻裝置在農(nóng)機(jī)排灌工程的應(yīng)用條件，其中地質(zhì)條件就是一個(gè)重要因素。建設(shè)單位首先應(yīng)該對(duì)站址的地質(zhì)條件以及水文條件進(jìn)行詳細(xì)勘察，對(duì)可能影響泵站穩(wěn)定的軟弱土層、軟弱夾層、易液化土層以及強(qiáng)透水層等主要地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)勘查，充分了解站址的條件狀況。同時(shí)，對(duì)于巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)以及基礎(chǔ)處理意見(jiàn)要進(jìn)行深入分析與探討。

3.3.2優(yōu)化泵站選擇

泵站的選擇要通過(guò)充分的調(diào)研，在對(duì)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行綜合考慮之后，進(jìn)行方案的優(yōu)化與對(duì)比，選擇最優(yōu)方案。同時(shí)，對(duì)于站址的水流條件、地形及地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)估，并選擇是否進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

3.3.3優(yōu)化建筑物選型和構(gòu)建

通過(guò)對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)型式、尺寸以及高程等進(jìn)行可行性分析，合理選擇建筑方案。同時(shí)，對(duì)方案進(jìn)行評(píng)估，確定其是否符合現(xiàn)代水利建設(shè)的基本要求。另外，對(duì)于軟弱地基、強(qiáng)透水地基等的處理工作是否到位，都需要建設(shè)單位采取積極有效措施，對(duì)重點(diǎn)問(wèn)題組成專家小組協(xié)商解決。

4　結(jié)語(yǔ)

隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，需要通過(guò)多種有效措施，不斷完善農(nóng)村機(jī)電設(shè)備排灌工程的建設(shè)體系。利用變頻調(diào)速裝置，能夠有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合能力，對(duì)于保障農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)具有重要意義。變頻技術(shù)改造后的機(jī)電排灌工程在應(yīng)用時(shí)有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如節(jié)電性、智能性、靈活性和壽命較長(zhǎng)等，但也存在諸多缺陷，比如對(duì)環(huán)境的要求高、造價(jià)高、對(duì)電源會(huì)產(chǎn)生不良影響等。因此，為了揚(yáng)長(zhǎng)避短，需要保證工程地質(zhì)條件的合理性，優(yōu)化泵站選擇，優(yōu)化建筑物選型和構(gòu)建。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：左英勇）

收稿日期：2015-12-11

作者簡(jiǎn)介：陳華（1976-），男，廣東五華人，工程師，本科畢業(yè)，主要從事水利水電電氣設(shè)計(jì)、安裝與管理。

中圖分類號(hào)：S277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8853（2016）02-0051-02