音乐喷泉变频调速控制系统的原理简介以及推理验证了变频器在音乐喷泉中应用的节能效果。

    一、变频调速控制系统

    控制水泵扬程和流量的分析：一般笼型异步三相交流潜水泵的是有一个固定扬程和流量的，而音乐喷泉的水柱需要时大时小，时高时低多变化运作方式，这需要控制水泵的转速才能达到（以前直流电机可调速，交流电机不能调速），而水泵电机转速和三相电源的频率有关。因此必须安装变频调速控制系统才能去控制水泵调速运行，一般用于三相交流水泵的变频器，是交-直-交变频调速系统变频器，其原理是首先将50Hz的三相交流经晶闸管可控整流变为直流电，再用逆变器变为频率可调的三相交流电，供给三相交流水泵电源并控制它的转速，以达到控制水泵的扬程和流量，实现平滑的、宽范围、高效率无极调速系统。音乐喷泉表演时候，伴随着音乐的节奏，音乐高亢雄壮时水咀喷出激励高大的水柱，音乐低沉时水咀喷出缓慢低矮水柱。

    1、变频器调节频率控制水泵的水柱喷射启动：

    三相异步电动机用电源直接启动时，启动电流往往是额定电流的4-7倍。利用变频器控制电动机低速启动时是控制电动机电压和频率，保持电动机磁通不饱和，输出恒转矩方式运行的。

    音乐喷泉中音乐开始，信号送给PLC机控制变频器频率上升，水泵通电运行，到喷嘴开始喷射出水柱，一般会出现喷嘴节流滞后喷射，水柱瞬时喷出的扬程不能跟随音乐同步，这些现象可这样解决：让喷嘴能够跟随音乐的节奏，及时喷出水柱，缩短水泵启动时间，可在变频器控制面板中，功能码可设定0.7s加速时间。

    选购的水泵一般额定扬程流量都比使用扬程流量大2-2.5倍，选择加大功率水泵就加大了水泵的瞬时扬程和流量，加快水柱的喷出。这样虽然变频器具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护及声光报警系统，即使在节奏很快时，也不易出现变频器频繁自动保护。

    开启喷泉后曲终时或音乐很低时，可让电动机低速保压运行，一旦给定信号，水泵运行，水柱迅速达到喷射扬程，可在变频器面板上功能码设定下限频率10Hz.

    2、变频器良好的减速系统：

    变频器P、B输入端子配上能耗电阻，在加、减速时将机械能转换为电能消耗在电阻上，成为能耗制动状态水泵实现制动减速。（制动电阻按照水泵电机功率选用的5.5KW选80,4KW选120）。水泵虽然已停止通电，由于惯性水泵还要运转一段时间，造成喷嘴继续喷出水来的状态。要达到水泵能跟随音乐的节奏及时减速，可在变频器控制面板功能码设定0.7s减速时间。

    3、变频器频率跟踪和电动机正反转变频器可以保证频率跟踪，即水泵停止运转后，在再次运行时水泵将能跟踪停转时的频率继续运行。如果发现水泵反转，导致水泵的扬程变小，可在变频器控制面板功能码设定正转、反转。不需要更改水泵三相电源的相位，操作方便易行。

    二、变频器节能效果：由水泵的原理得出，流量和转速成正比，扬程和转速成正比，转速与频率成正比，而轴功率等于流量乘于扬程，轴功率与转速的三次方成正比。以目标频率38HZ,下限频率10HZ计，变化率为：<76%-20%之间。得出平均率为：50%.

    设水泵全速流量空载损耗为0.1（Y0≈cosnt）

    以本例水泵总功率：5.5KW+5.5KW+4KW+2.2KW=17.2KW

    全速功率：17.2-17.2×0.1=15.48KW

    变频功率：17.2×0.1+50%3×15.48KW=3.655KW

    节约功率：15.48KW-3.655KW=11.825KW

    喷泉受到天气的影响，每年有240天左右可以运行的时间，以每天喷泉开启3小时计每年用电量：15.48KW×3h×240天×0.7元/kwh=7801.9元≈7.8千元。

    每年用电量：11.825KW×3h×240天×0.7元/kwh=5959.8元≈6千元。

    实际消耗用电量仅：3.655KW×3h×240天×0.7元/kwh=1842.1元≈1.8千元。

    为了便于让建设方直观理解音乐喷泉的省电效果，由上可得：

    凡利用变频器的喷泉每天一小时电费（元）=喷泉总功率×0.138系数；省电量75%.

    节电明显，能让建设单位消除做得起喷泉养不起喷泉的疑虑，即使频繁使用喷泉，不会因费用太大而产生顾虑。

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