市政供水行业现代化节能驱动与智能驱动

　　1市政供水行业特点
　　2传统市政供水电控柜主要缺失
　　3市政供水行业待解决电气问题
　　4各种启动装置启动特性比较
　　5流体机械、产业机械、机床行业应用
　　6推荐替代产品
　　7替代的主要效益
　　8节电模式
　　9使用传统交直交变频器主要缺失
　　10传统软启动与瘦斯达变频式软启差异分析

 　1.市政供水行业特点

　　市政供水里面耗电量最大为污水处理厂及输送水泵、加压泵等，传统市政供水的水泵均运行在“大马拉小车”工况下较多，电机采用不能随意启停方式控制导致能源利用率较低，因此存在许多节能技术改造空间。
　　许多市政供水选用高压电机软启动器作为降压启动设备，通过一段时间的运行验证，发现启动效果不是很理想，启动电流约在200-600%之间，接近全压启动电流，效果有限，而且无法带载启动（交流电机的电压与转矩平方成比例），因此检修或停用一段时间后水泵生锈后再启动很困难，同时必须再投资节能改造、无功补偿等设备。
　　也有使用高压变频器作为节能改造用途，当前多电平变频器的电流谐波污染问题已经严重影响到二次变电所，现在高压变频器用量较多导致谐波电流进入一次变电所，严重影响电力公司大面积的供电质量；高压变频器的运行损耗达到最低25%，运行效率极低，电机寿命缩短，节能效果甚微；高压多电平变频器不值得使用在节能驱动用途。 

　 2.传统市政供水电控柜主要缺失
　　瘦斯达交流驱动器替代传统电控柜的效益：
　　降低30%电气总投资费用，每月节约25%电费，电控柜缩小80%体积。

高压单元串联变频器采用串联叠加性原理，高压10KV经过移相变压器降压改变相序及电压等级，再经过功率单元变频调速，最后串联起来输出为10KV电压等级。

　 高压变频器缺失：
　　1.移相变压器的损耗最低10%，全部驱动运行损耗达到25%左右。
　　2.低压变频器本身运行时会增加电网变压器的谐波损耗2-5%。
　　3.高压变频器PWM高频开关导致电机发烫运行损耗提高10%左右。
　　4.高压变频器本身的损耗约2-4%。
　　5.电网谐波污染无法忍受；谐波污染影响到二次变电所，大功率影响到一次变电所。
　　6.如果需要谐波治理等于再购买一台高压变频器，那么运行损耗再加倍计算。
　　7.高压变频器投资金额极高，加上故障率极高，回收时间遥遥无期。
　　8.高压变频器的PWM波形带来严重的无线电干扰（EMI）问题。
　　9.风机水泵设备一般不允许调速，调速以后所有运行参数均改变（压力、流量平方下降），调速后负载设备运行效率急剧恶化。
　　10.高压变频器的电子元器件太多，损耗大，发热量高，导致产品故障率极高。

　　通过以上分析后就知道单元串联高压变频器不适合做风机、水泵、压缩机节能改造，这是所有已经使用高压单元串联变频器节能改造验证的共同结果。

　 传统软启动与瘦斯达变频式软启动差异分析
　　市政供水许多使用传统移相电机软启动器作为电机启动装置，但是效益有限，除了降低少部分启动电流外没有其他帮助，因为移相软启动器启动电流在2-6倍（直接启动5-8倍），不能带载启动（交流异步电机特性：电压与转矩平方成比例），因此常有启动失败问题发生。采用移相电机软启动器还必须进行节能改造，无功补偿等设备投资。
　　瘦斯达节能型交流驱动器替代传统移相式电机软启动器具有许多好处，参考下列比较表格。

　 市政供水待解决电气问题
　　1.降低电气总投资成本，也就是降低电控柜、动力线等相关费用。
　　2.电机启动时无启动冲击电流，应该允许多次启动不会影响到电网及驱动电机。
　　3.有效降低电网启动容量，最好没有启动冲击电流。
　　4.降低流动电费；允许多次启停方式提高电机能源利用率。
　　5.解决大马拉小车问题，减免无功补偿设备。
　　6.防止水锤现象，防止水管破裂，有效解决水管破裂问题。
　　7.可免除再投资购买各种电气辅助设备（没有环境污染问题）。
　　8.能够智能自动化节能驱动控制，通过压力、流量反馈信号闭环控制。
　　9.具备现代化人机界面控制，各种通讯接口或触摸屏人机界面。

　 1.各种启动装置启动特性比较
　　传统电气工程师都是按照电机5-8倍启动特性设计驱动控制；电机不能随意启停，越大功率限制越严格，因为会影响到电网质量、电机寿命、输配电线、开关设备、负载安全等连串问题。
　　西普瘦斯达变频式电机软启动器将改变过去百年来交流电机启动冲击电流问题；瘦斯达驱动交流异步电机在满载转矩时的启动电流只需要额定电流（参考图一到图三）。
　　瘦斯达节能型交流驱动器-A6是替代传统电控柜的核心部件，采用变频式交交变频技术在满载转矩启动时只需额定电流，大幅度降低电网容量需求。还有智能信息物联网通讯，半导体器件全数字控制技术，带有节能与全方位电机保护功能，是21世纪最先进可靠的交流异步电机绿色节能智能控制产品。
　　由于没有启动冲击电流发生，交流电机可以随意启停控制，不会增加电网容量、开关设备、输配电线等负担，也没有电网谐波污染，电机寿命也不受影响，那么电机任意启停没有限制；这样才能有效提高能源利用率，改变了传统电机节能降耗的观念。
　　图四及图五说明了环保型绿色变频器的输出特性，与传统电压型变频器具有相同的输出特性，输出高转矩，分为恒转矩-G与平方递减转矩-P输出特性。

　 2.流体机械、产业机械与机床行业应用
　　传统移相软启动器有局限性，就是无法带载启动，因为采用移相减压原理将抑制启动电流，而交流异步电机的特性是电压与电机转矩平方成比例，因此即使在流体机械的应用里，如果有回风、持压或锈泵都是无法顺利启动的，也就是如果有负载时启动电流还是非常大的，所以传统移相式电机软启动器应用的市场就局限于风机、水泵、压缩机等负载，无法带载启动。
　　瘦斯达采用交交变频转矩控制技术（VVVF）作为启动技术，驱动电机在额定负载情况下启动电流也只有额定电流而已（请参考上图）。简易型家族具有递减转矩输出（P）与恒转矩输出（G）两种输出特性可选，突破了传统软启动器的局限性；P递减转矩输出特性可应用于流体机械应用还可解决带载启动问题，G型恒转矩输出特性可应用在产业机械与工具机械负载。

 　3.推荐替代产品

　 循环水泵的应用
　　瘦斯达节能型交流驱动器可接受物理量反馈控制，作为电机启停控制信号，全速时可以旁路运行没有额外损耗发生，采用变频式技术，可带载启动没有冲击电流。具有泵停功能防止水锤现象。进一步资料请查看泵浦现代化节能驱动资料。
　　用户如需调速，可选用环保型绿色变频器（A7/H7）替代传统电压型变频器，这样没有谐波污染及电机PWM噪音无线电干扰等问题。

　　市政供水所有的交流异步电机驱动控制均可选用西普产品。 

　 水泵各种控制装置性能比较

　 推荐节能驱动选型
　　替代传统高压变频器方案、替代传统高压电机软起动器
　　1.主要推荐瘦斯达节能型交流驱动器-A6/H6替代传统移相式电机软启动或星三角降压启动装置达到无启动冲击电流降低电网容量达到降低基本电费，运行时可通过PFC控制解决大马拉小车问题达到减免无功补偿设备，可频繁启动提高能源利用率达到降低流动电费目的，利用负载物理量检测反馈来自动启停电机，调整电机做功满足变动负载特性需要。
　　2.选用瘦斯达变频式交流驱动器-A5/H5替代传统移相式电机软启动或星三角降压启动装置，无启动冲击电流降低电网容量达到降低基本电费；可使用多次启动模式提高能源利用率达到降低流动电费目的，利用开关量反馈控制电机启停方式调整做功满足变动负载特性需要。
　　3.推荐选用普司达环保型绿色变频器-A7/H7直接替代传统交直交变频器或高压单元串联变频器，具有前面两种产品的功能特性外还增加变频调速功能；虽然两者虽然都是变频器，性能却大不相同；普司达产品没有电网污染问题也没有高频干扰污染问题不必投资谐波抑制设备，而且提高25%以上的节能效果及旁路节能运行。
　　4.可直接选用普司达低压智能全数字电控柜-P，由本公司按照客户需要推荐各种现代化驱动控制装置全面解决传统市政供水问题，降低电气总投资成本，降低电费及检修成本，智能制造控制。

　 4.替代的主要效益
　　1.电气投资总成本下降30%左右，包括电网容量下降，动力线及开关设备等。
　　2.电控柜体积缩小80%。
　　3.电网容量下调25%，没有启动冲击电流。
　　4.接触器采用半导体过零开关控制，没有火花拉弧现象。
　　5.可利用多次启动方式（无启动冲击电流）节能控制-流动电费下降20%左右。
　　6.不必再投资购买节能改造、技术改造、无功补偿、污染防治设备。
　　7.具有功因控制技术（PFC功能），解决大马拉小车问题。
　　8.具有远程监控功能，局网、总线、RS-485，MODBUS-RTU，PROFIBUS-DP
　　9.全方位电机保护功能，电机不再烧毁。
　　10.具有防水锤减速功能，避免停机水锤现象。
　　11.智能全数字电控柜，显示屏或触摸屏现代化人机界面。

　 5.节电模式

　　标准节能：按照负载做功需要来多次启停电机以提高能源利用率。
　　旁路节能：负载率较高时可以旁路运行（DOL），没有多余损耗。
　　闭环节能：通过开关量传感器反馈信号作为启停指令。
　　轻载节能：透过PFC功能达到轻载自动降压达到降低运行损耗提高功因功能。 　　低速节能：不均匀负载在等待期间可以降低转速2X运行达到节能效果（例如输送带）。
　　调速节能：流体机械的转速与功率成三次方关系，恒转矩输出则为正比例关系。

 　H5/A5节能模式

　　软启停控制是最通用的节能模式，利用手动或者负载信号检测反馈开关量来启停电机达到控制做功的目的，例如：空压机、风机、泵类、压缩机利用压力传感器的上下限开关量来启停驱动电机。H5本身采用变频式技术，瘦斯达可以无冲击电流平滑启停电机，即使在满载转矩下也只需要额定电流，电网没有谐波污染问题；瘦斯达驱动时交流异步电机没有启动冲击电流而且能够满载恒转矩启动的特性将颠覆交流电机驱动控制传统观念。
　　固定电费评估：由于没有启动冲击电流，电网变压器容量可以有效下降，至少节约25%的固定电费。
　　流动电费评估：依据负载做功需求情况来决定驱动电机的启停控制，提高能源利用率。节电效果可能30%（依据工况决定）。
　　主要节能降耗技巧可点击参考瘦斯达节能降耗技巧。

　 H6/A6节能模式
　　在H5节能模式的基础上增加轻载节能与低速节能的功能；
　　大马拉小车是目前最普遍的现象，也就是电机运行在额定负载以下，这样会提高线损、降低功因提高无功补偿设备费用。轻载节能就是解决大马拉小车的问题。
　　低速节能在输送带系统普遍应用，例如机场、商场、地铁等没有旅客时可以降低转速达到有效节能的目的，在电磁阀控制系统卸载时也能再次降低损耗50%左右。虽然传统变频器也能做到，但是必须支付额外15%的损耗、电网谐波污染、PWM噪音、无线电干扰等成本问题。

 　H7/A7节能模式
　　流体机械最重要的调速目的在于节能，因为速度与功率三次方的比例，节能效果明显。产业机械转速与功耗成正比关系，但是更多的目的在于生产工艺需要。
　　H7/A7就是绿色变频器，采用特殊VVVF控制技术，能够实现传统变频器的节能省电功能，而且还提高15%以上节电空间（高压可提高25%），没有电网污染、无线电干扰与PWM噪音问题。
　　还有比传统变频器更好的地方就是H7能够旁路运行，在接近工频速度就可以直接旁路，这是传统变频器做不到的。其他功能请参考H5及H6相同的节能模式介绍。
　　详细应用技术请参考瘦斯达节能降耗原理资料

　 6.使用传统交直交变频器的缺失

　　传统电压型变频器采用交直交技术造成电网谐波电流污染严重，又是采用高频载波PWM技术，带来了极大的无线电干扰（EMI）与PWM污染问题，导致驱动电机损耗提高10%左右，电腐蚀现象严重，线圈承受3倍的突波电压，电机驱动线集肤效应严重。
　　低压电压型变频器驱动系统的损耗超过15%以上，高压多电平控制技术因为使用移相变压器导致效率再降低10%以上，因此传统高压变频器体积大、价格高、器件多、故障率高、运行效率低的特点。
　　传统电压型变频器的环境污染问题严重，治理需要投资高于变频器的价格，而且无法全部有效抑制，治理设备的损耗更大。因此完全失去了节能驱动的价值。