農村機電排灌工程中變頻調速技術的應用

□陳　華（廣東省梅州市五華縣水利水電建設管理中心）

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農村機電排灌工程中變頻調速技術的應用

□陳華（廣東省梅州市五華縣水利水電建設管理中心）

摘要：農村機電排灌工程對于提升農村抗旱排澇能力以及農業綜合生產力具有重要作用。選擇變頻調速并將其有效應用到農村機電排灌工程中，使工程能夠達到經濟、高效的效果，有利于提升農業資源利用效率。文章從控制理念角度出發，結合具體的案例，探討變頻控制在農村機電排灌工程中的優勢作用，并提出幾點思考。

關鍵詞：變頻調速；農村機電；排灌工程；思考；分析

0　前言

農業作為我國經濟結構中的基礎產業，關乎國計民生。加強農村的水利水電建設，促進農業綜合能力的全面提升，增強農業防御力，是當前我國農業發展的重要內容。農村機電排灌工程在我國水利水電工程建設中居于重要位置，將變頻調速運用到變頻調速技術農村機電排灌工程中，有利于促進農業的發展與農民的增產與增收。

1　案例概述

福建省潮州市A灌區在2008年使用變頻調速技術進行了工程改造，改造之后電排站能夠以澇區的水量為標準對抽水流量進行控制，以保證機組能夠保持高效率運行狀態，節能效果顯著，相較于改造之前，大約能夠節約15%的能源。B灌區于2010年使用變頻調速技術進行技術改造，改造之后機電排灌系統能夠以灌區農田的需水量為標準對提水流量進行調節，能夠避免灌溉渠道產生水源浪費，相較于改造之前，大約節約能源20%。

2　變頻調速技術原理

2.1原理分析

變頻調速技術在農村機電排灌中得到廣泛應用的重要原因在于其安全性與穩定性。其基本原理是依據電機轉速以及工作電源之間的輸入頻率之間存在正相關，可以利用改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。一般來講，從調速的本質上講，不同的調速方式，主要在于改變交流電動機的同步轉速，或者是不改變同步轉速。從調速過程中的能耗出發，可以分為高效調速方法與低效調速方法兩種。其中，高效調速是指時轉差率不變的情況下，形成無轉差損耗。例如，多速電動機以及能夠使轉差損耗回收的調速方法。

圖1　變頻調速系統結構框圖

2.2變頻調速系統分析

進行調速系統的分析與論證，需運用多種公式進行綜合運算，例如，利用定子繞組反電動勢：

E1=4.44KEf1N1φ1

在上式中，KE是指繞組系數，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，φ1是指每極氣隙磁通量有效值。在工頻運行時，f1=50 Hz，E1的變化值是相當小的，并且磁路以及勵磁電流變化也相當小。在變頻運行時，由于V/f值趨于恒定狀態，電壓也會隨著頻率出現下降的趨勢，在定子電流相同的情況下，如果f1的值較大，并處于低頻運行階段，V、f1、E1的值都比較小，每相電動勢有效值的比例均會下降，從而導致等效勵磁電流降低，電機輸出轉矩減小，進而影響到了電動機的荷載能力。因此，這就需要根據實際負載的大小以及輸出轉矩的要求，選擇相對應的電壓補償數據以及方案。

3　變頻技術改造后的機電排灌工程的應用

現代高新科技的迅猛發展，促進了變頻調速技術在電力傳動領域中的應用。同時，變頻調速技術以其重要的優勢，取代了傳統的滑差調速、變極調速、直流調速等諸多調速系統。

3.1變頻技術改造后的機電排灌工程的應用優勢

3.1.1變頻技術改造后的機電排灌工程具有良好的節電性

變頻調速裝置能夠根據現場的水量狀況，科學、合理設置抽水流量控制。保障在輕載狀態下，能夠以較低的能量輸出，獲得更大的動能，從而提高能源的使用效率，節能環保。

3.1.2變頻技術改造后的機電排灌工程具有較好的靈活性

變頻調速裝置在應用中，可以無限調整轉速，有效避開機械共振點，從而降低了噪音。在啟動過流值、運行過流值以及過載值的過程中，都可以進行調整。

3.1.3變頻技術改造后的機電排灌工程具有較高的智能性

調頻裝置中具有輸入電壓顯示、運行電壓顯示、電機轉速顯示、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變頻技術改造后的機電排灌工程使用壽命較長

變頻調速裝置能夠有效地使電動機平滑起動、平滑停車或者是自由停車。同時，可以是軟起基值電壓、啟動限制電流，軟起動與軟停車時間可以按照不同的負載，進行靈活調節。這樣的優勢在于能夠減小啟動電流對電力系統所產生的沖擊，從而降低水錘效應的影響，起到延長設備以及設施的使用壽命上的作用。

3.2變頻技術改造后的機電排灌工程的應用缺陷

3.2.1變頻技術改造后的機電排灌工程對使用環境的要求較高

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

3.2.2變頻技術改造后的機電排灌工程的造價較高

變頻器的造價較高，主要原因在于變頻裝置的技術要求高，保密性較高。因此，當變頻裝置在運行過程中，存在故障時，需要與原廠取得聯系，由廠家采取措施進行維修，無形中增大了設備的使用成本。

3.2.3變頻技術改造后的機電排灌工程產生的高次諧波會對電源產生不利影響

在變頻裝置運行中變頻器輸出的電壓或者是電流所產生的波形是為非正弦波而產生的高次諧波，這對于電動機以及電源會產生種種不良影響。同時，也對機電設備的正常運行帶來不利影響。

3.3變頻技術改造后的機電排灌工程的應用

3.3.1保證工程地質條件的合理性

在進行農機排灌工程的建設過程中，需要充分從全系統角度，考察變頻裝置在農機排灌工程的應用條件，其中地質條件就是一個重要因素。建設單位首先應該對站址的地質條件以及水文條件進行詳細勘察，對可能影響泵站穩定的軟弱土層、軟弱夾層、易液化土層以及強透水層等主要地質進行詳細勘查，充分了解站址的條件狀況。同時，對于巖土物理力學性質參數以及基礎處理意見要進行深入分析與探討。

3.3.2優化泵站選擇

泵站的選擇要通過充分的調研，在對技術以及經濟上進行綜合考慮之后，進行方案的優化與對比，選擇最優方案。同時，對于站址的水流條件、地形及地質條件進行評估，并選擇是否進行進一步的優化。

3.3.3優化建筑物選型和構建

通過對建筑的結構型式、尺寸以及高程等進行可行性分析，合理選擇建筑方案。同時，對方案進行評估，確定其是否符合現代水利建設的基本要求。另外，對于軟弱地基、強透水地基等的處理工作是否到位，都需要建設單位采取積極有效措施，對重點問題組成專家小組協商解決。

4　結語

隨著農業科學技術的進步，需要通過多種有效措施，不斷完善農村機電設備排灌工程的建設體系。利用變頻調速裝置，能夠有效提升農業生產綜合能力，對于保障農業的正常生產具有重要意義。變頻技術改造后的機電排灌工程在應用時有諸多優點，比如節電性、智能性、靈活性和壽命較長等，但也存在諸多缺陷，比如對環境的要求高、造價高、對電源會產生不良影響等。因此，為了揚長避短，需要保證工程地質條件的合理性，優化泵站選擇，優化建筑物選型和構建。

參考文獻

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[3]韓旺,聶昌益,陳乾等.變頻調速在工農業中的應用舉例[J].湖南農機, 2011, 38(7): 33-34.

（責任編輯：左英勇）

收稿日期：2015-12-11

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

中圖分類號：S277

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8853（2016）02-0051-02