1 引言

　　鞍山自来水公司汤河供水厂的供水泵采用了变频器驱动，从德国西门子公司引进simovert-a交－直－交电流型变频器，水泵电动机为双定子线卷800kw，电机同轴运行，每个定子线卷由1台变频器供电，其优点是减少电动机谐波转矩。2台变频器分别由相位差30°的两组变压器线卷供电，从而减少电网谐波分量。

2 变频器驱动水泵的优点

　　采用变频器驱动水泵电机后， 使得电动机的转速任意可调，从而水泵的起动、运行、停泵变得平稳，优点如下：

　　（1） 起动平稳，减少起动电流对电网冲击

　　变频起动电流很小，可控制在额定电流之内，而直接起动电流可为7～8倍额定电流。另外变频起动，转速是逐渐升高，水泵内的水压也是逐渐升高，水压不会产生冲击而直接起动。转速突升至额定转速，为了减少起动时过载则关闭出水闸门起动，这时水压冲击很大，产生剧烈震动。

　　（2） 调节水量容易，且节约电能

　　城市供水，用水量波动很大，白天早中晚用水量最大，夜间用水量很小，因而要经常调节供水量，非变频直接驱动水泵时靠调节闸门开度，调节水量电机转速不变，泵内水压升高，产生强烈震动，而且电机的耗电量几乎不变。变频驱动电机转速与频率成正比：

　　运行经验表明，频率一般在40hz~45hz之间变化即可满足水量变化的需要，流量q变化范围为60％~80％，电能的消耗平均比闸门调节约省25％，节电效果相当可观。

　　（3） 停泵时避免水锤效应的产生，减少水锤效应冲击力对管道及供水设备的损坏。

　　直接驱动的水泵在停泵时，突然失去动力，高速水流失去驱动力后靠惯性向前冲，动能转换为势能在势能作用下水流向四方，反冲形成强大的水锤效应，其冲击力极大，为了减少其破坏力需设置消水锤器。而采用变频器驱动可以靠慢慢减小供电频率，从而慢慢减速停止，使水流速度逐渐降至零，而避免了水锤的产生，从而提高了供水系统的安全性。

3 simovert-a变频器原理

　　其系统接线如图1，图中带有旁路自动开关，和为第一组变频器供电与电机运行开关，为旁路开关，变频器运行时它断开。当不用变频器时、断开供电具有相同的功能。1l1~1l3为变压器对电机一定子绕组供电，2l1~2l3为变压器对电机另一定子绕组供电，相位差为30°。

　　图2所示为交－直－交电流型变频器的控制系统图，控制方法采用矢量控制。

　　在图2右半部为主回路，它是由进线电关q1、k1和进线电抗器l1，整流桥sr1，直流连接电抗器l2，逆变器sr2所构成。整流桥是把交流输入电压变成可控的直流电压，改变其触发角α，即改变直流电压大小

　　即输出电压与输出频率成正比，调速过程不断调整以使满足（4）式。该直流电压大小还控制负荷电流与加速电流的大小，该电压与电感l2可以满足电动机恒流控制的要求。其控制系统由图2左上半部组成，其中为电动机激励电流分量，为电动机有功电流分量，两者通过电流设定发生器合成为电流设定值i*。电流调节器、触发器、整流桥sr1及电流反馈构成电流闭环。

　　逆变桥sr2是由晶闸管，换向电容、隔离二极管组成的桥路。每支晶闸管工作120°，每60°进行一次换向，上桥臂每120°换向一次，下桥臂每120°换向一次，两桥臂之间换向差60°。因为晶闸管不能自行关断，因此要靠电容器反向放电而强行关断导通的晶闸管。先导通的晶闸管为相接的电容器经相邻的隔离二极管及电机绕组充好电，当需要换向时，将相邻的晶闸管触发导通，电容器电压以反方向经先前已导的晶闸管，和顺方向后导通的晶闸管形成放电回路，将先导通的晶闸管关断，后导通的晶闸管开通，完成一次换向。隔离二极管的作用是防止电容器经电机绕组放电。改变换向时间间隔δt从而改变了输出频率f：

　　逆变桥控制如图2左侧下半部，通过测量电动机的电压和电流经过电压模型可以计算出磁通及力矩电流，磁通中矢量与静止坐标系的夹角ε是电动机旋转的特性，它与速度控制器的负载角输出设定值进行积分计算可以得到速度值，做为速度反馈，及频率设定的一部分，加上转差率补偿对应的频率f2为频率设定值f：

　　电压模型计算及转差率补偿等计算均需知道电动机的电气和机械参数，包括额定电压、额定电流、额定频率、空载电流、功率因数、极对数，由这些参数程序可自动计算出定子漏抗，定子电阻、转子电阻及互感等参数以适应闭环控制需要。同时程序可完成各调节器的最佳参数自整定。

　　控制系统硬件核心为80c196单片机配输入输出接口而组成，软件基于矢量控制原理而编制，实现了全数字化控制。控制操作由液晶显示器和键盘组成，如图3所示。

　　显示器显示输入参数或运行时的实际电流、电压、转速（或频率）值。下行显示状态及设定值。显示屏在故障时显示故障号及简要原因。键盘用于参数的输入，该系统有近千个参数可满足各种应用条件。4个信号灯显示变频器状态，2个按钮用于启停变频器。

4 结束语

　　汤河水厂供水泵引进西门子公司simovert-a变频器从1992年投入运行，故障很低几乎为零，保证了城市正常供水，并且节约了大量电力，取得明显的社会与经济效益。实践证明全数字化的交－直－交电流型变频器用于城市供水泵的驱动使系统操作控制容易，减少水锤效应，减少故障，极大的提高了系统安全性。