变频恒压供水系统原理及应用.doc

1、变频恒压供水系统原理及应用摘 要针对目前水资源紧缺、能源消耗大等状况，本着一种合理利用的原则，阐述一下变频恒压供水方面的知识。 关键词变频器，恒压供水设备，节电率 中图分类号：TU991.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0186-01 一、变频恒压供水系统概述 变频恒压供水系统可配备恒压供水专用变频器，并运用模糊控制理论使系统运行更加合理。另外本设备装有“自动” “手动”转换开关供用户选择；延长了水泵及电机的使用寿命，无水锤现象，电机变频软启动；延长了管道使用寿命，在不用水时或用水量较小的情况下，减少了管网压力，使得管网不易破裂，极大地节约了管道的维修费用；取

2、消了高位水塔或水箱、气压罐。一方面解决了水的二次污染问题，另一方面节省了建设它们的工程建设费；节电一般可达 30%左右。因为居民用水量是随时间变化的，而变频恒压供水系统可根据用水量的变化，自动改变水泵转速或增减水泵工作台数达到恒压供水，达到节电目的；自动化控制，克服了人工控制可能带来的误操纵，同时大大降低了操纵工人的劳动强度和人数，并可实现远程操纵和远程监控；功能齐全。有多种保护功能：过载、过热、过压、欠压、过流、缺相等。各种工作状态都有指示灯显示。 产品适用范围：从自来水公司供水系统中取水的用户。例如：城市高层建筑、住宅小区的用水从地表下或水池取水的用户。例如：用深井泵或潜水泵直接从地下取水

3、的用户供热系统锅炉变频定压补水系统。因其性能可靠、结构简单、运转方便、投资低廉、被广泛用于工矿企业、城镇、农村等中小区域供水系统，尤其适合于水源为自备水井、地下水池及水库等场合， 二、变频恒压供水的特点 1.节能，可以实现节电 20%-40%，能实现绿色用电。 2.占地面积小，投入少，效率高。 3.配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。 4.运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高。 5.通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。 三、节能原理 由水泵的工作原理可知：水泵的流量与水泵（电机）的

4、转速成正比，水泵的扬程与水泵（电机）的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵的转速的三次方成正比（既水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比） 。根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。 流量基本公式：QN HN2 KW=Q*HN3 以上 Q 代表流量，N 代表转速，H 代表扬程，KW 代表轴功率。 例如：将供电频率由 50HZ 降为 45HZ， 则 P45/P50=（45/50）3=0.729，即 P45=0.729 P50； 将供电频率由 50HZ 降为 40HZ， 则 P40/P50=（40/50）3=0.512，即 P40=0.512 P50。

5、水泵一般是按供水系统在设计时的最大工况需求来考虑的，而用水系统在实际使用中有很多时间不一定能达到用水的最大量，一般用阀门调节增大系统的阻力来节流，造成电机用电损失，而采用变频器可使系统工作状态平缓稳定，通过改变转速来调节用水供应，并可通过降低转速节能收回投资。 四、变频调速恒压供水设备的主要应用场合 1、高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水； 2、各类工业需恒压控制的用水，冷却水循环，热力水循环，锅炉补水等； 3、中央空调系统； 4、自来水厂增压系统； 5、农田灌溉，污水处理，人造喷泉； 6、各种流体恒压控制系统。 五、变频恒压供水系统的设计 现阶段使用较多的控制器件为：微处理器（单片机或

6、 DSP） 、PLC 或专用变频器。专用变频器的主要生产厂商有三菱、ABB 等公司。不同的控制装置在控制的原理上基本是一样的，主要有 PID 调节器、变频/工频自动切换、水网压力检测环节等，通过图 1 所示连接而组成供水系统。 （图1） 为了保持供水管道的压力恒定，就必须实时检测管道压力并回馈给供水控制器，使其构成压力闭环控制系统。现在最常用的控制器是以 PID调节为主要手段，也有的采用了模糊控制等现代控制理论方法。 对于专用变频器，由压力传感器检测到的管网压力直接送入变频器中的 PID 调节器输入口；对微处理器（包括 PLC）控制的系统，压力设定值以及用户管网压力检测值则送入微处理器中，经内

7、部 PID 控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号，当变频器频率达到最大时，若仍没有达到压力设定值，就进行变频/工频切换，同时重新给变频器输出一个转速控制信号。压力检测值与压力给定值差距越大，该输出信号变化就越大。一旦管网压力达到了设定值，该输出控制信号就恒定下来，系统稳定运行。在专用变频器中，压力给定值可以通过变频器输入设定，也可以通过电位器送入；而微处理器控制系统的压力给定值也可通过相应的装置输入。允许用户在现场设置 PID 参数，通过调试选出最佳参数，达到系统稳定。一般情况下，PID 方式的调节器就能够满足供水管压力的稳定调节。然而，这种类型的闭环系统也存在着一些难以解决的问题，比如

8、在系统的动态运行过程中，水泵电机会出现速度超调甚至不稳定的现象，对整个的供水设备具有很大的破坏性，还会减小整个系统的效率。这些问题只能通过选定最优的 PID 参数或修改 PID 算法来解决。在此不作详细的分析。 恒压供水的起动与停机： 在水泵出口母管处装设压力变送器和流量变送器，将压力和流量信号送入控制器，控制器将接收到的信号进行比较、运算，并发出指令，对变频器进行控制。如果检测得管网压力大于设定值，则系统不起动，当管网压力小于设定值时，系统起动。变频器控制多台水泵时，先带 1#泵软起动，此时 1#泵处于变频调速运行状态，变频器根据收到的信号随时调整水泵的转速。当 1#泵达到额定转速仍不能满足

9、水压值要求时，则该水泵自动切换到工频状态下运行，变频器则控制 2#水泵，使之软起动并运行。依此类推，直到管网压力满足压力设定要求。 在用水高峰过后，由于投入多台泵而使管网压力超过设定值，系统依据先投先停的原则，依次停止 1#泵，2#泵，。先投先 停可以实现对多台泵的平均使用，有利于延长泵的使用寿命。对于所有泵的起停控制，完全由管网压力决定。 休眠控制： 在夜间用水量非常少的情况下，为了节能，可以设置可以使水泵暂停工作的休眠状态。在管网压力允许的条件下，当变频器输出频率低于某下限频率时，变频器停止输出。当管网压力小于下限设定时，再唤醒变频器使之重新开始工作。 参考文献 1 张燕宾，SPWM 变频调速应用技术（第二版） ，北京；机械工业出版社；2002.8687. 2 张宏建，荣建波，自动检测技术与装置，化学工业出版社；2006.183184. 3 深圳康沃电气技术有限公司，康沃变频调速器使用手册，1126.深圳；2006.4849.