泵类电机节能装置的硬件设计方案

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        针对目前各种水压调节系统的不足，肯富来水泵采用了双闭环控制电路，分别是转速闭环和水压控制闭环。其中设置水泵转速控制为内环，转速反馈信号取自于异步电动机机械连接的光电编码器，设置水压控制为外环，出水压力信号取自水泵出水口处压力传感器的输出信号。

        设计的主要控制器件选取如下：

        可编程逻辑控制器(PLC)：已广泛用于工业生产中，它以极短的扫描周期，丰富的性能，极大地提高了生产效率，并且具有很强的联网和监控功能。

        晶闸管智能控制模块：高度集成了晶闸管主电路和移相控制电路，具有电力调控功能。另为还具有过热、过流、缺相等保护功能。

        光电编码器：它实现了对转速的高精度采样。

        1.转速闭环设计

        转速闭环如图1所示，由光电编码器对转速进行采样，得到反馈信号en , en与给定信号e0进行比较得到控制信号e，通过AD/DA转换模块输入到PLC的输入侧，PLC通过一定的控制算法，根据负载的大小自动调节电机的输入电压，使定子功率因cosφ始终保持在较高值，从而提高电动机的效率，达到节能的目的。

        2.水压控制闭环设计

        水泵是一种减转矩负载，随着转速的降低，负载转矩与转速的平方成比例地减小。设水泵当电机转速为n时流量为Q，杨程为H，轴功率为P，需要时将电机转速调至n2，则这时的流量变为Q2，扬程变为H2，轴功率变为P2，由物理学知识可知：水泵轴功率P与转速n的立方成正比,杨程H与转速n的平方成正比，流量Q与转速n成正比。

        显然，采用转速调节时，若要求流量Q由1减为1/2，只需使转速由1降为1/2即可，而轴功率P则由1减为(1/2)3，即节约7/8的电功率，因此，基于转速控制如降低水泵的运行速度，进行系统控制，可以大幅度降低电动机轴功率损耗，节能效果非常显著。

        另外，当出水口的水压受外部干扰时，水泵的转速越高，出水口的水压对水泵转速的变化率越小，即水泵高速运行时转速的变化对水压的影响越小。因而对水压自动调节系统来说，为了提高系统的稳定性和抗干扰能力，本次设计采用水压外环的闭环设计。

        水压控制闭环如图1所示，通过压力传感器对对朱水泵的出口压力信号进行采样，即输出实际水压值P，PLC将泵出口压力值P与其内部设定的压力值进行比较，得到偏差信号，再通过模糊PID算法输出控制信号，并将此控制信号传递给执行器。佛山水泵厂发现通过执行器来调节三相自耦变压器的抽头以改变电机定子端的输入电压，从而电机的转速和注水泵的转速也随之改变，泵的出口压力改变，再经过压力传感器反馈给PLC，从而达到水压P的在线调整。