本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在農(nóng)田灌溉、水利樞紐等設(shè)施，由于要求使用的水泵具有大流量，且不需要太大揚程，多使用軸流泵進行排給水。由于軸流泵的運行特性與離心式水泵的運行特性存在較大差異，參見圖1和圖2，圖1是軸流式水泵的工作特性圖，圖2是離心式水泵的工作特性圖，從圖1和圖2可以看出，軸流式水泵和離心式水泵在特性曲線上存在較大的差異，這主要是由于兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)不同造成的。軸流式水泵與離心式水泵相比，前者的效率曲線(q-η)比后者的效率曲線具有更窄的高效率工作范圍，而在較高效率工作范圍內(nèi)，軸流泵的流量-揚程(q-h)曲線下降幅度更加明顯，這是因為軸流泵具有與離心泵相比更大的比轉(zhuǎn)速。同時，軸流泵的流量-軸功率(q-p)曲線與離心泵的具有相反的特性，即離心泵的軸功率隨著流量的上升有較緩的上升情況，而軸流泵的軸功率在高效率工作范圍內(nèi)，隨著流量的增大會快速的下降。然而通常所使用的水泵專用變頻器其實是適用于風(fēng)機和離心式水泵的，并不完全適用于軸流泵。若直接采用通常所使用的水泵專用變頻器對軸流泵進行調(diào)頻控制，那么肯定會造成電動機工作效率低下的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中直接采用通用的水泵專用 變頻器對軸流泵進行調(diào)頻而造成的工作效率低下的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：第一方面，本發(fā)明提供了一種排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法，所述方法在風(fēng)機水泵變頻器基礎(chǔ)上，以分段調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，具體包括：在軸流泵的起動階段，采用電壓正比于頻率二次方的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，保證電動機的軟起動；在軸流泵的正常運行階段，采用恒壓頻比的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，實現(xiàn)軸流泵流量的額定值向下的調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述采用電壓正比于頻率二次方的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，包括：采用如下的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制：u＝u0+k1·f2,0≤f<f0；其中，u0為電動機起動補償電壓；f0為軸流泵起動階段與正常運行階段的分段點頻率；k1為軸流泵的起動階段，采用電壓與頻率成二次函數(shù)關(guān)系調(diào)頻模式的系數(shù)。優(yōu)選地，所述采用恒壓頻比的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，包括：采用如下的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制：其中，um和fm為額定電壓與頻率；f0為軸流泵起動階段與正常運行階段的分段點頻率。第二方面，本發(fā)明提供了一種排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻系統(tǒng)，包括：第一調(diào)頻模塊，用于在軸流泵的起動階段，采用電壓正比于頻率二次方的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，保證軸流泵電動 機的軟起動；第二調(diào)頻模塊，用于在軸流泵的正常運行階段，采用恒壓頻比的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，實現(xiàn)軸流泵流量的額定值向下的調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述第一調(diào)頻模塊，具體用于：采用如下的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制：u＝u0+k1·f2,0≤f<f0；其中，u0為電動機起動補償電壓；f0為軸流泵起動階段與正常運行階段的分段點頻率；k1為軸流泵的起動階段，采用電壓與頻率成二次函數(shù)關(guān)系調(diào)頻模式的系數(shù)。優(yōu)選地，所述第二調(diào)頻模塊，具體用于：采用如下的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制：其中，um和fm為額定電壓與頻率；f0為軸流泵起動階段與正常運行階段的分段點頻率。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法，在風(fēng)機水泵變頻器基礎(chǔ)上，提供了一種適用于大型灌區(qū)農(nóng)田排灌軸流泵電動機的變頻器u/f分段調(diào)制方式，即：在軸流泵工作范圍內(nèi)，采用恒壓頻比的形式對電動機進行調(diào)頻控制，實現(xiàn)軸流泵流量的額定值向下的高效調(diào)節(jié)；在軸流泵起動階段，采用和通用的風(fēng)機水泵變頻器相同的電壓正比于頻率二次方的形式，保證軸流泵電動機能夠做到軟起動的同時，在調(diào)速范圍內(nèi)也能通過更好地擬合電動機與水泵的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)良好的調(diào)節(jié)流量效果。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而 易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是軸流式水泵的特性曲線示意圖；圖2是離心式水泵的特性曲線示意圖；圖3是本發(fā)明第一個實施例提供的排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法的流程圖；圖4是通過改變?nèi)~片角以改變軸流泵工作點的特性曲線示意圖；圖5是異步電動機變頻調(diào)速機械特性曲線示意圖；圖6是風(fēng)機水泵通用變頻器調(diào)頻模式示意圖；圖7是本發(fā)明提出的針對排灌用軸流泵電動機的頻率調(diào)節(jié)模式示意圖；圖8是軸流式水泵轉(zhuǎn)速的相似性求法相關(guān)示意圖；圖9是軸流式水泵軸功率的相似性求法相關(guān)示意圖；圖10是大中型軸流泵起動時的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線示意圖；圖11a是變頻調(diào)速與二次方律負載在電壓正比頻率下降的情形下的t-n特性示意圖；圖11b是變頻調(diào)速與二次方律負載在保持頻率繼而降壓時的情形下的t-n特性示意圖；圖12是本發(fā)明實施例中提到的三種軸流泵流量調(diào)節(jié)方式示意圖；圖13是本發(fā)明第三個實施例提供的排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有 作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明第一個實施例提供了一種排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法，圖3示出了本發(fā)明第一個實施例提供的排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法的流程圖。其中，所述排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法，在風(fēng)機水泵變頻器基礎(chǔ)上，以分段調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，具體包括：步驟101：在軸流泵的起動階段，采用電壓正比于頻率二次方的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，保證電動機的軟起動。在本步驟中，對軸流泵負載提供了緩慢而平滑的起動過程，稱為軟起動。步驟102：在軸流泵的正常運行階段，采用恒壓頻比的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，實現(xiàn)軸流泵流量的額定值向下的調(diào)節(jié)。在本步驟中，軸流泵的正常運行階段是指處于軸流泵的工作范圍內(nèi)，即指處于軸流泵正常工作所需要的流量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。本實施例所述的排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法，在風(fēng)機水泵變頻器基礎(chǔ)上，提供了一種適用于大型灌區(qū)農(nóng)田排灌軸流泵電動機的變頻器u/f分段調(diào)制方式，即：在軸流泵工作范圍內(nèi)，采用恒壓頻比的形式對電動機進行調(diào)頻控制，實現(xiàn)軸流泵流量的額定值向下的高效調(diào)節(jié)；在軸流泵起動階段，采用和通用的風(fēng)機水泵變頻器相同的電壓正比于頻率二次方的形式，保證軸流泵電動機能夠做到軟起動的同時，在調(diào)速范圍內(nèi)也能通過更好地擬合電動機與水泵的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)良好的調(diào)節(jié)流量效果。本發(fā)明第二個實施例為一個較佳實施例，本發(fā)明第二個實施例對本發(fā)明提供的排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法的工作背景、工作原理以及技術(shù)效果進行了詳細的分析和介紹。其中在農(nóng)田灌溉、水利樞紐等設(shè)施，由于要求使用的水泵具有大 流量，且不需要太大揚程，多使用軸流泵進行排給水。軸流式水泵(圖1)與離心式水泵(圖2)，在特性曲線上存在較大的差異：由于工作原理和結(jié)構(gòu)的不同，軸流式水泵與離心式水泵相比，前者的效率曲線(q-η)比后者的效率曲線具有更窄的高效率工作范圍，而在較高效率工作范圍內(nèi)，軸流泵的流量-揚程(q-h)曲線下降幅度更加明顯，這是因為軸流泵具有與離心泵相比更大的比轉(zhuǎn)速。同時，軸流泵的流量-軸功率(q-p)曲線與離心泵的具有相反的特性，即離心泵的軸功率隨著流量的上升有較緩的上升情況，而軸流泵的軸功率在高效率工作范圍內(nèi)，隨著流量的增大會快速的下降，這也是由兩種水泵不同的工作原理和結(jié)構(gòu)區(qū)別所決定的。由于軸流泵工作時流量大，而揚程相對較小，因此不能如離心泵一樣，在出水口處加設(shè)調(diào)節(jié)閥門或擋板進行出水流量調(diào)節(jié)(過大的流量可能會對擋板造成破壞)。因此，使用于農(nóng)田排灌、水利樞紐等的軸流泵，當(dāng)其出水流量需要改變時，通常的調(diào)節(jié)方法有：1、調(diào)節(jié)葉輪葉片的安裝角度；2、調(diào)節(jié)原動機與泵之間的傳動裝置。軸流泵從葉輪機構(gòu)、葉片安裝角的情況，可分為三種：固定式葉片、半調(diào)節(jié)式和活葉式葉片。采用這三種葉片安裝角情況的軸流泵，也因葉片角的調(diào)節(jié)機構(gòu)的不同，價格和維護需求也因此依次增大。采用活葉式葉片的軸流泵，不必拆卸葉輪，可直接通過操作機構(gòu)調(diào)節(jié)角度，其調(diào)節(jié)出水流量的方式如圖4。在出水管網(wǎng)不變時，管路特性曲線ce不變，葉片初始調(diào)節(jié)角度為0，對應(yīng)的揚程-流量曲線為圖中的0°曲線，兩條曲線相交于初始工作點d1。相關(guān)資料顯示，當(dāng)增大2°葉片安裝角度時，軸流泵的揚程-流量曲線將為圖中的+2°曲線所示，相對于初始葉片角對應(yīng)的特性曲線，增大葉片角會使特性曲線的斜率增大，且曲線向右上方移動，最終與管路特性曲線相交于新的工作點d2。d2工作點與d1相比，流量與揚程均增大，達到了軸流泵出水口流量增大的要求。同理，當(dāng)流量需要減小時，減小一定的葉片安裝角便可以實現(xiàn)。對于半調(diào)節(jié)葉片式的軸流泵，要想通過改變?nèi)~片安裝角度實現(xiàn)流 量的調(diào)節(jié)，必須停機并拆卸葉輪，通過每塊葉片的固定螺絲和定位螺絲，將葉片安裝角度調(diào)整至一致。而固定式葉片的軸流泵，在輸入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速不變的情況下，不具有調(diào)節(jié)流量的能力。不論是活葉式葉片，或是半調(diào)節(jié)式，都在原動機輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩不變的情況下進行，根本上是通過改變?nèi)~輪的工作效率，實現(xiàn)水泵流量的調(diào)節(jié)。所以通過調(diào)節(jié)葉片安裝角度來改變軸流泵輸出流量的方式，在流量向額定流量(或初始流量)減小的方向調(diào)節(jié)時，葉輪效率降低，原動機的一部分輸出功率被浪費。當(dāng)固定葉片軸流泵的輸出流量需要改變時，由于固定式葉片無法像半調(diào)節(jié)式或活葉式葉片那樣通過調(diào)節(jié)角度從而改變水泵輸出流量，通常的解決方法為：利用原動機與水泵之間的傳動系統(tǒng)調(diào)節(jié)。具體的實施辦法是改變電動機與軸流泵的傳動速比，可以通過改變傳動皮帶輪的直徑，或者更換主動輪或從動輪。固定葉片式軸流泵利用改變傳動速比調(diào)速，相對于調(diào)節(jié)葉片角調(diào)速，泵體經(jīng)濟性較高，但存在更換皮帶輪或傳動齒輪時必須停機操作、流量調(diào)節(jié)精度差的問題。且這種調(diào)速方式在減小流量時，根本上也是降低電機運行效率實現(xiàn)的。異步電動機驅(qū)動水泵負載時，運行情況如圖5。曲線3為水泵負載的t-n曲線，曲線1和曲線2為異步電動機在u/f＝c情況下的t-n曲線，且有f1>f2。由圖知，曲線1和曲線3相交于a點，即水泵與電機的工作點，當(dāng)電機的t-n曲線保持恒為曲線1時，只能通過改變水泵負載的t-n曲線，即改變?nèi)~片角或傳動速比，才能實現(xiàn)工作點的移動，改變水泵電機的工作狀態(tài)。圖5中，設(shè)電動機的輸入頻率從f1下降到f2，采用的是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電動機的t-n曲線與負載的t-n曲線交點由a變?yōu)閎，即電動機與水泵的運行點從a變?yōu)閎。因此，隨著電動機輸入頻率下降，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速均下降，同時負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速也下降，實現(xiàn)了風(fēng)機水泵負載運行狀態(tài)的調(diào)節(jié)。與只通過改變負載t-n曲線以改變工作點 的方式相比，工作點調(diào)節(jié)范圍更廣更精確，同時更節(jié)能。對比軸流泵電動機變頻調(diào)速與調(diào)節(jié)葉片角調(diào)速，前者通過改變原動機的輸入功率指標(biāo)以調(diào)節(jié)水泵的出水流量，只要變頻器的電壓頻率調(diào)節(jié)模式與負載特性配合度較高，便可以實現(xiàn)在電動機保持高效運行的同時，快速、精準的流量調(diào)節(jié)。而通過調(diào)節(jié)葉片角調(diào)速，只有活葉式能做到不停機任意調(diào)節(jié)葉片角度，半調(diào)節(jié)葉片形式在操作上更復(fù)雜、費時且費人力。同時，活葉式軸流泵的調(diào)節(jié)流量關(guān)鍵性機構(gòu)與水泵一體，軸流泵工作于泥沙較多的水源時，可能增大對葉片活動部件的損耗，增加機械的維護成本；而使用變頻器調(diào)節(jié)水泵的輸水流量時，由于變頻器可以安裝于泵站內(nèi)有利于其工作的位置，具有較高的運行可靠性，且維護成本較低。對于原本使用固定式葉片軸流泵的泵站，當(dāng)給水區(qū)域需要其具備流量調(diào)節(jié)功能時，與更換水泵至可調(diào)節(jié)葉片式相比，采用加設(shè)變頻調(diào)速裝置資金投入較少，且變頻器具有一對多、根據(jù)需要更換至其它軸流泵電動機的能力。功能較好的通用變頻器，用戶能根據(jù)實際需要，選擇合適的電壓-頻率調(diào)制模式(u/f曲線)，使電機的轉(zhuǎn)矩與其負載所需要的轉(zhuǎn)矩相配合。電壓-頻率調(diào)制模式有恒壓頻比、電壓正比頻率的二次方形式，后者正是適用于驅(qū)動風(fēng)扇或離心泵電機的調(diào)頻模式，如圖6，um、fm與u0分別為額定電壓、額定頻率和起動補償電壓初值。對于任何低于工頻的給定頻率，若使輸出電壓與頻率的二次方成正比，較低的電壓將產(chǎn)生較小的轉(zhuǎn)矩，對風(fēng)機或離心泵這類小轉(zhuǎn)矩負載提供了緩慢而平滑的起動過程(稱之為軟起動)。某些變頻器還提供u/f曲線的預(yù)置功能，通過預(yù)置中間點電壓與頻率，實現(xiàn)折線形式的u/f曲線，一般適用于需要高起動轉(zhuǎn)矩的負載。如安川cimr能預(yù)置3個中間點(其中一個為基本頻率與電壓)，但是預(yù)置過多的中間點會增大對通用變頻器的軟件配置、響應(yīng)速度及波形調(diào)制復(fù)雜程度。若水泵與電動機不通過可調(diào)皮帶連接，而是直接連接，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩與水泵的輸入轉(zhuǎn)矩相等。根據(jù)功率、轉(zhuǎn)矩、角速度公式： p＝t·ω；水泵轉(zhuǎn)速與流量成正比關(guān)系，并且如上文所述軸流泵與離心泵的流量-軸功率(q-p)曲線存在很大差異，因此兩者轉(zhuǎn)速變化時，轉(zhuǎn)矩的變化也將有所不同。在我國大型灌區(qū)中，主要使用的輸水方式為渠道輸水，通過對渠道輸水的優(yōu)化配置，最上一級的渠道實際流量將在其設(shè)計流量的0.9～1.1倍之間波動，為其直接提供水源的提灌站內(nèi)軸流水泵的額定流量按照最大實際流量配置，即1.1倍渠道設(shè)計流量配置。因此當(dāng)實際需求流量從額定工作流量減小時，可借由變頻器于額定工作狀態(tài)的頻率向下調(diào)整，從而實現(xiàn)在減小電動機轉(zhuǎn)速、減小水泵出水流量的同時，節(jié)省電能。本實施例提出了一種針對農(nóng)田排灌用固定葉片角式軸流水泵電動機變頻器的電壓頻率調(diào)制方式，如圖7，區(qū)別于適用在通用風(fēng)機和離心泵電動機的單純二次方電壓頻率調(diào)制模式，以組合的方式調(diào)制電壓-頻率配比，始終保持電動機與水泵的協(xié)調(diào)、穩(wěn)定與高效運行。圖7為本實施例提供的電壓-頻率調(diào)制的u/f曲線，其用函數(shù)表示為：其中，u0為電動機起動補償電壓；um和fm為額定電壓與頻率；f0為起動與運行模式分段點頻率(即起動階段和正常運行階段的分段點頻率)，其值根據(jù)軸流泵工作范圍而決定；k1為軸流泵電動機起動時段，采用電壓與頻率成二次函數(shù)關(guān)系調(diào)頻模式的系數(shù)。假設(shè)軸流泵工作范圍為：泵出水口流量大小為渠道設(shè)計流量的a～b倍，則頻率分段點：例如，水泵工作于渠道設(shè)計流量的0.9～1.1倍之間時，代入公式二，經(jīng)計算得，分段點頻率f0＝41(hz)。根據(jù)圖7中分段u/f曲線的連續(xù)性，可得：因此系數(shù)：流體在管路系統(tǒng)中的流動特性稱為管路特性：h＝h0+sq2，但水泵和風(fēng)機的管路系統(tǒng)存在不同，因氣柱產(chǎn)生的壓頭?？珊雎圆挥?，風(fēng)機管路特性一般為h＝sq2，即h0＝0。而水泵管路由于靜揚程的存在，且當(dāng)管路不發(fā)生變化時，h1為某一常數(shù)。風(fēng)機或水泵的性能參數(shù)是針對某一定轉(zhuǎn)速nn來說的，因此在轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，可以利用相似律來求得新轉(zhuǎn)速下水泵或風(fēng)機的流量q、揚程h和軸功率p。相似律綜合公式：在相似律綜合公式中，化簡流量與揚程項，可得流量與揚程的相似曲線：h＝kq2公式六其中k為n與nn的比值，即轉(zhuǎn)速的變化率。在圖8中，比較水泵管路特性h＝h0+sq2和流量與揚程相似曲線h＝kq2，由于h0＞0，兩條曲線不重合。為了減小流量，通過變頻控制降低電動機及水泵的轉(zhuǎn)速時，泵的特性曲線由(q-h)0向左下方移動到(q-h)1，工作點也沿著管路特性曲線從d1移至d2。但d1與d2并不同時處在相似拋物線上，兩個工作點的工況不是相似工況，所以不能直接使用相似規(guī)律利用從d1與d2工作點對應(yīng)的流量q1、q2來求得轉(zhuǎn)速的變化(設(shè)d1點對應(yīng)轉(zhuǎn)速n1，d2點對應(yīng)水泵轉(zhuǎn)速為n2)。在已知水泵轉(zhuǎn)速為n1時的水泵特性曲線(q-h)0，以及調(diào)速結(jié)果(d2工作點)的流量(q2)，為了利用相似規(guī)律求得d2工作點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n2，作過坐標(biāo)軸原點且經(jīng)過d2的相似拋物線，相似拋物線與(q-h)0相交于工作點d′1，該點對應(yīng)流量q′1、揚程h1’。由于工作點d′1在泵特性曲線(q-h)0上，故該點對應(yīng)的轉(zhuǎn)速與d1相同，為n1，這時，利用相似規(guī)律才可以求得工作點d2所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n2：令調(diào)速率為：流量的調(diào)節(jié)率為：從圖8可以明顯地看到，由于q1＞q′1，故δn%會比δq％小。在已經(jīng)確定d2工作點所對應(yīng)流量q2和轉(zhuǎn)速n2后，便可以確定軸功率-流量關(guān)系曲線的位置，如圖9中的(q-p)1。曲線(q-p)0為轉(zhuǎn)速n1時的軸功率-流量變化曲線。過橫軸流量等于q2點作垂直于橫軸的直線，與(q-p)1相交于一點e2，同理，可以獲得e′1與e1,三點分別對應(yīng)軸功率p2、p′1和p1。當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速變化時，軸功率-流量曲線將沿著其相似拋物線p＝s·q3移動，而q2與q′1的比值等于n2與n1的比值，所以e2點與e′1為相似工況，有：已知q1＞q′1，且軸功率-流量曲線在工作范圍內(nèi)斜率小于零，即隨著流量的增加，軸功率減小，故p′1＞p1。由功率、轉(zhuǎn)矩、角速度關(guān)系p＝t·ω，可將上式化簡為水泵轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系：在相似工況下，水泵的兩個工作點的轉(zhuǎn)矩之比，與該兩工作點的轉(zhuǎn)速之比的平方相等，即：相似工況下，水泵的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比：t∝n2。然而由于軸流泵的軸功率-流量曲線的特殊性質(zhì)，使得工作點e1與e′1所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩并不相等，且有t1＜t′1。所以當(dāng)降低電動機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)軸流泵在工作范圍內(nèi)流量從q1到q2時，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系為：因此軸流泵在工作范圍內(nèi)從額定工作狀態(tài)向下調(diào)整時，轉(zhuǎn)矩不與轉(zhuǎn)速的平方成正比，在工作范圍內(nèi)，當(dāng)需要通過變頻器調(diào)節(jié)功率，實現(xiàn)軸流泵流量向下調(diào)整時，由于軸流泵實際轉(zhuǎn)矩需求與轉(zhuǎn)速不成二次方關(guān)系，且轉(zhuǎn)矩之比大于轉(zhuǎn)速之比的平方，故轉(zhuǎn)速從額定轉(zhuǎn)速下調(diào)時，電動機輸出轉(zhuǎn)矩小于軸流泵實際需求轉(zhuǎn)矩，需要電動機轉(zhuǎn)矩上升。電動機輸出功率一定時，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，因此轉(zhuǎn)矩上升導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降，也導(dǎo)致了軸流泵流量的下降，使其不能穩(wěn)定高效地工作在目標(biāo)工作點。所以本實施例所提出的調(diào)頻模式，在軸流泵電機工作范圍內(nèi)，采用恒壓頻比模式，比在此段采用通用變頻器所提供的u∝f2調(diào)頻模式，具有更加穩(wěn)定、高效的軸流泵出水端流量調(diào)節(jié)效果。資料顯示，大中型軸流泵在運行狀態(tài)時，其轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線定性地表示為如圖10所示曲線。從上圖中很清楚可以看到，在大中型軸流泵在停機狀態(tài)下開始起動時，其轉(zhuǎn)矩有初始值t0，為水泵的起動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸增大，直至n1過程中，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增加而減少；當(dāng)轉(zhuǎn)速升至大于n1后，轉(zhuǎn)矩又隨 轉(zhuǎn)速的增加而增大，且斜率有逐漸減小的趨勢。當(dāng)轉(zhuǎn)速從零開始增大時，轉(zhuǎn)矩減小，根據(jù)異步電動機電壓u1與頻率f1、主磁通φm的關(guān)系：u1≈e1＝4.44f1n1kw1φm，當(dāng)電壓與頻率的比值保持在小于1時，由于主磁通正比于電壓和頻率的比值，將小于額定值，相應(yīng)地電動機具有較小的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于n1后，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增大而增加，且曲線形狀接近二次方函數(shù)，與離心式水泵這類二次方負載的特性相類似，離心泵電動機所使用變頻器的電壓-頻率調(diào)節(jié)模式是u∝f2。如圖11a，曲線1和曲線3分別為電機與軸流泵的t-n曲線(只畫出其轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速上升而增加時近似的二次方曲線)，設(shè)在額定工作狀態(tài)時，兩條曲線相交于n點，軸流泵轉(zhuǎn)矩tln等于電機的額定轉(zhuǎn)矩tmn，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。當(dāng)電壓與頻率成正比下降，即采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，電機的機械特性曲線變?yōu)榍€2，有效轉(zhuǎn)矩點為ex點，對應(yīng)有效轉(zhuǎn)矩tmex，且比額定轉(zhuǎn)矩tmn有所減小。同時，由于電機機械特性曲線發(fā)生變化，系統(tǒng)的工作點移至d點，負載轉(zhuǎn)矩下降大幅下降為tld。由圖知，tld＜tmex，電機功率因數(shù)和效率都比較低。如果通過減小u/f的比值，從而減小頻率fx對應(yīng)的電壓ux(如使u/f＜1)，電動機的機械特性曲線將如圖11b中的曲線4所示，則電動機的有效轉(zhuǎn)矩點變?yōu)閒x′點。這時，工作點也因電機機械特性曲線的變化移至d’點，系統(tǒng)的實際轉(zhuǎn)速下降為nld′，負載轉(zhuǎn)矩也減小為tld′。比較圖11a與圖11b知，由于電機機械特性曲線的改變，ex′點比ex點更接近其相對應(yīng)的工作點，從而提高了功率因數(shù)和效率，也減小了運行電流。同時，輸入電壓也下降了許多，可以更好地實現(xiàn)節(jié)能的目的。結(jié)合基于圖11a、圖11b的分析與圖10所示的軸流泵其動時轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線，由于軸流泵轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速上升而下降的過程很短，起動過程中可認為其與離心泵相似，具有轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成二次方函數(shù)關(guān)系。 因此，參考離心泵電機變頻調(diào)速時電壓頻率的配合模式，軸流泵電機在起動階段也可使用具有u∝f2關(guān)系的調(diào)頻模式。但必須能保證異步電機在起動時，不存在于某一頻率，電動機轉(zhuǎn)矩小于水泵轉(zhuǎn)矩。因此本實施例提出的調(diào)頻模式中，軸流泵電機起動階段，變頻器u/f曲線為u∝f2形式，可以實現(xiàn)電機輸出較小的轉(zhuǎn)矩，為軸流泵提供緩慢平滑的起動過程。軸流泵電機容量很大，直接起動時巨大的起動電流會對電網(wǎng)產(chǎn)生一定的沖擊，而這種軟起動方式，由于能明顯減小電機起動電流，對減小對電網(wǎng)的沖擊效果明顯。圖12所示三種軸流泵的流量調(diào)節(jié)方式，電動機1可選兩種軸流泵流量調(diào)節(jié)方式：調(diào)節(jié)電動機與水泵間傳動速比、通過改變可調(diào)葉片角式軸流泵的葉片安裝角度。這兩種調(diào)節(jié)流量方式都是在原動機輸出功率不變的情況下，通過改變電動機工作效率實現(xiàn)流量變化效果的。電動機2采用變頻驅(qū)動，若其采用本實施例所提出的變頻模式：基于通用變頻器改進的u/f曲線，輸出端連接固定葉片式軸流泵。當(dāng)原本使用固定葉片式軸流泵的泵站需要做到出水流量可調(diào)節(jié)時，可不必更換水泵至價格更高的可調(diào)葉片式軸流泵，也不使用效率與精準度均低的調(diào)傳動速比方式，變頻控制使對水泵出水流量的調(diào)節(jié)更精確、高效、穩(wěn)定，并且具有較低的投入和日常維護。基于本實施例的設(shè)想，基于某一型號的軸流泵，額定轉(zhuǎn)速1470r/min，配套異步電動機為10kw，水泵在工作范圍內(nèi)揚程-流量、效率-流量數(shù)據(jù)分別如表1與表2。表1揚程-流量揚程(m)4.613.93.282.631.6流量(l·s-1)240280320360400表2效率-流量效率(％)68.7874.5777.979.971.11流量(l·s-1)240280320360400設(shè)定管路特性曲線為：其與揚程-流量曲線的交點為額定工作點，假設(shè)流量需要下調(diào)8％，則經(jīng)過變頻調(diào)速后，有：從上表中數(shù)據(jù)可得：在實際流量需求從額定值397.895l·s-1下降8％到達366.063l·s-1時，實際轉(zhuǎn)速相應(yīng)地下降軸功率減少，即節(jié)電為相比較于利用調(diào)節(jié)軸流泵葉輪葉片的安裝角度來實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，由于電動機輸出功率不變，采用變頻控制調(diào)節(jié)流量比調(diào)節(jié)葉片安裝角度具有節(jié)能意義。由于大型灌區(qū)農(nóng)田排灌軸流泵流量大、工作周期長、安裝電動機數(shù)量與容量基數(shù)大，采用變頻控制將能有可觀的節(jié)能效益，同時減小電動機起動對電網(wǎng)的沖擊。本發(fā)明第三個實施例提供了一種排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻系統(tǒng)，所述排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻系統(tǒng)，在風(fēng)機水泵變頻器基礎(chǔ)上，以分段調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，參見圖13，包括：第一調(diào)頻模塊100和第二調(diào)頻模塊200；所述第一調(diào)頻模塊100，用于在軸流泵的起動階段，采用電壓正比于頻率二次方的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，保證軸流泵電動機的軟起動；所述第二調(diào)頻模塊200，用于在軸流泵的正常運行階段，采用恒壓頻比的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制，實現(xiàn)軸流泵流量的額定值向下的調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述第一調(diào)頻模塊100，具體用于：采用如下的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制：u＝u0+k1·f2,0≤f<f0；其中，u0為電動機起動補償電壓；f0為軸流泵起動階段與正常運行階段的分段點頻率；k1為軸流泵的起動階段，采用電壓與頻率成二次函數(shù)關(guān)系調(diào)頻模式的系數(shù)。優(yōu)選地，所述第二調(diào)頻模塊200，具體用于：采用如下的電壓-頻率調(diào)制方式對電動機進行調(diào)頻控制：其中，um和fm為額定電壓與頻率；f0為軸流泵起動階段與正常運行階段的分段點頻率。本實施例所述的排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻系統(tǒng)可以用于執(zhí)行上述實施例所述的排灌用軸流泵電動機變頻器的調(diào)頻方法，其技術(shù)原理和技術(shù)效果類此，此處不再詳述。以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。當(dāng)前第1頁12