污水加壓泵站設(shè)置四臺AS潛水排污泵，電機功率均為85kW，電壓380V。原設(shè)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(diào)頻調(diào)速。它根據(jù)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(diào)整排污泵的轉(zhuǎn)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(gòu)成水位自動控制系統(tǒng)。 　　常用的閉環(huán)控制方案是采用線性反饋控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)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(diào)節(jié)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(chǎn)生測量誤差，致使被控水位偏離期望值；③現(xiàn)場調(diào)試復(fù)雜，被控對象的非線性和大慣性因素給調(diào)節(jié)器的參數(shù)配置帶來了困難，有可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)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(jīng)濟上不合算，在性能上不優(yōu)越，而且調(diào)試不方便。 　　現(xiàn)介紹該污水提升泵站所設(shè)計的一種結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本低廉的 非線性反饋變頻調(diào)速系統(tǒng)，成功地克服了線性反饋控制存在的問題 [table][tr][td][/td][/tr][/table]。在該系統(tǒng)中，采用日本生產(chǎn)的變頻器控制泵電動機，通過一套液位傳感器構(gòu)成非線性反饋控制系統(tǒng)，將水位控制在極限環(huán)內(nèi)。 　　在污水池內(nèi)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(dāng)有大擾動時1SL或4SL實現(xiàn)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(xiàn)繼電器型非線性反饋特性，并與變頻器控制端子相結(jié)合，形成非線性反饋四級水位控制系統(tǒng)（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(qū)動電路和電流保護、溫度保護等電路的 電力半導(dǎo)體開關(guān)器件IPM（智能化功率模塊），而在基礎(chǔ)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(guī)模集成電路），其主要特點是： 調(diào)速范圍大，調(diào)速精度高、效率高，功率因數(shù)高，輸出電流波小，輸入側(cè)對電網(wǎng)污染小，參數(shù)設(shè)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(shè)置功能，而且各級速度均可任意設(shè)置。 1 工作原理 　　根據(jù)電動機變頻調(diào)速的原理可知，異步電動機的同步轉(zhuǎn)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(xiàn)調(diào)速。從流體力學(xué)知道，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比：  n′=n（f′/f） 　　　 （1）  Q′=Q（n′/n）2　　?。?）  N′=N（n′/n）3　　　（3） 　　根據(jù)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(shè)定的四級速度，與之對應(yīng)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(yīng)關(guān)系見表1。 表1 水位及變頻器運行頻率的對應(yīng)關(guān)系 水位 動作元件 電動機設(shè)定速度 變頻器輸出頻率（Hz） 電動機輸出功率 超高水位 1SL 4SP 50 100%Pe 高水位 2SL 3SP 46.4 80%Pe 正常水位 　 2SP 42.2 60%Pe 低水位 3SL 1SP 36.8 40%Pe 超低水位 4SL 停機 0 0 　　該控制系統(tǒng)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(huán)內(nèi)波動，變頻器的輸出頻率在422Hz。當(dāng)污水水位增加到超過高水位時，變頻器自動調(diào)節(jié)至輸出頻率為46.4Hz。若高水位持續(xù)時間超過設(shè)定時限T1仍然未下降回落到正常的極限環(huán)內(nèi)，則自動投入一號工作泵，此后若高水位仍持續(xù)不下（經(jīng)T2時限），系統(tǒng)便自動投入二號工作泵。若水位繼續(xù)增長達到超高水位，變頻器輸出頻率自動調(diào)整到50Hz，并發(fā)出 超高水位報警信號。當(dāng)水位回落并脫離超高水位，變頻器輸出頻率自動下調(diào)，控制水位在正常極限環(huán)內(nèi)。若水位繼續(xù)下降偏離正常工作環(huán)時，變頻器輸出頻率下調(diào)至368Hz，同時二號工作泵退出 運行。若低水位持續(xù)時間超過設(shè)定時限T3，一號工作泵相繼退出。如果出現(xiàn)超低水位， 變頻器泵也退出運行并發(fā)出超低水位報警信號。當(dāng)水位擾動消失，水位恢復(fù)到正常極限環(huán)內(nèi) 時，報警信號自動切除。該控制系統(tǒng)的主要特點是： 　?、龠m合于數(shù)學(xué)模型不清楚或大慣性、非線性被控過程的控制。 　?、诮Y(jié)構(gòu)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(xiàn)。 　　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。 　?、芫哂酗@著的節(jié)電效果。 　　⑤具有參數(shù)自整定功能。 　　本設(shè)計將先進的變頻技術(shù)應(yīng)用于污水提升自動控制領(lǐng)域，符合城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進步 發(fā)展規(guī)劃，是建設(shè)部及國家計委節(jié)能辦推廣項目。 2 實際運行結(jié)果 　　系統(tǒng)已于1998年5月投入實際運行。運行結(jié)果證明，該系統(tǒng)使用方便、安全可靠、功率因數(shù)高、已超前運行，具有十分顯著的節(jié)電效果。根據(jù)系統(tǒng)在手動控制方式下的運行記錄，變頻器工作在368Hz的時間是8h、工作在422Hz的時間是75h，工作在50H z的時間是75h、停機的時間是1h。該系統(tǒng)盡管一次性投資較大，但由于節(jié)電效果十分顯著（每年可節(jié)電約200000kW·h），一年之內(nèi)便可收回投資。