變頻技術(shù)在恒壓供水中的應(yīng)用變頻恒壓供水

1、變頻技術(shù)在恒壓供水中的應(yīng)用變頻恒壓供水摘?要 闡述了變頻恒壓供水的原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析了變頻供 水設(shè)備的性能特點， 用實例證明了變頻恒壓供水的經(jīng)濟性。 關(guān)鍵詞 變頻調(diào)速；恒壓供水；節(jié)能 TM92 A 1673-9671-(xx)071-0186-01隨著生活水平的提高和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，加之高層建筑越來越 多的走入尋常百姓家， 人們對供水的質(zhì)量提出了更高的要求。 早期的 水塔、氣壓罐、高位水箱等設(shè)備，容易形成二次污染，且自動化程度 低，供水系統(tǒng)不能隨負荷變化改變運行狀態(tài)， 遠遠不能滿足現(xiàn)代人對 水質(zhì)、供水穩(wěn)定性的要求。變頻恒壓供水以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的 供水質(zhì)量等優(yōu)點，在生活中得到很大的發(fā)展和

2、推廣。1 變頻調(diào)速的原理根據(jù)電機原理，異步電動機的轉(zhuǎn)速公式 n=ns(1-s )可見，它 的調(diào)速方式實際上有兩類：一類是在電機中旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度 ns 恒定的情況下調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率S,包括調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波 調(diào)速和滑差離合器調(diào)速等， 都屬于低效調(diào)速， 另一類是調(diào)節(jié)電機旋轉(zhuǎn) 磁場的同步速度 nS. ，根據(jù) nS.=60f/p 可知，通過改變磁極對數(shù)和頻 率可以實現(xiàn)調(diào)速， 即變極調(diào)速和變頻調(diào)速， 都屬于高效率的調(diào)速方式。當(dāng)異步電機的磁極對數(shù) p 不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻 率 f 成正比，因而連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速， 從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。異步電機采用變頻調(diào)速時不但能

3、無級調(diào)速，而且可根據(jù)負載特 性的不同， 通過適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓與頻率之間的關(guān)系， 使電機始終運行在 高效區(qū)， 并保證良好的運行特性。 異步電機采用變頻啟動更能改善啟 動性能，降低啟動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。2 變頻恒壓供水的系統(tǒng)構(gòu)成2.1 系統(tǒng)的硬件組成圖 1 所示為本單位二幢 11層建筑 6 樓以上變頻恒壓供水系統(tǒng)框 圖。從圖中可以看出，系統(tǒng)硬件構(gòu)成主要包括變頻器 VVVF可編程 控制器PLC （或PID調(diào)節(jié)器）、壓力控制器（或壓力變換器及遠程壓 力表）及控制柜等組成。本例中，供水系統(tǒng)用一臺變頻器控制多臺水 泵聯(lián)合協(xié)調(diào)工作。由于變頻器及PLC具有良好的通信接口，可以方便 地與其他系統(tǒng)或設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換

4、，可以通過 PC機來改變存貯器中 的控制程序，可以靈活地滿足用戶各種數(shù)據(jù)處理的要求，且隨著 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化，通用性強，可代替性高，因而得到了廣泛的 推廣和使用。2.2 系統(tǒng)的控制原理系統(tǒng)是以供水管網(wǎng)的供水壓力作為控制對象而構(gòu)成的閉環(huán)控制 系統(tǒng)?？刂茖ο笫且粋€時變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對 象。設(shè)定的供水壓力可以是個常數(shù)或時間分段函數(shù)， 控制的目標就是 使管網(wǎng)的出水壓力在某一時間段上與設(shè)定值保持一致。在系統(tǒng)運行過程中，如果實際運行壓力低于設(shè)定值，通過安裝 在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳂藴市盘査腿?PLC的模擬輸入口，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后發(fā)出調(diào)節(jié)參數(shù)送入變頻器，

5、變頻 器從而決定輸出頻率，控制電機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)出水量，實現(xiàn)供水 管網(wǎng)壓力的恒定。3 變頻恒壓供水的特點采用變頻器-PLC恒壓供水，除了有效減少以往高位水箱等設(shè)備的二次污染、有效節(jié)約能源外，還有以下特點：1 ）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。由于電子設(shè)備的集成化程度越來 越高，各種配套方案靈活方便，自動化程度也顯著提高。2 ）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。較之以往的繼電器、接觸器組合，變頻恒壓 供水的器件數(shù)量大幅減少， 大功率電子元器件的高穩(wěn)定性為系統(tǒng)的穩(wěn) 定墊定了良好的基礎(chǔ)。3 ）消除了水錘效應(yīng)。 異步電動機在直接啟動初期由于流量的巨 大變化引起對管道的壓強過高， 甚至使管壁受力而產(chǎn)生噪音， 像是一 把錘子在敲擊

6、水管， 人們稱之為水錘現(xiàn)象。 水錘效應(yīng)對管網(wǎng)產(chǎn)生巨大 的破壞性，甚至使管子破裂。采用變頻恒壓供水系統(tǒng)后，對過軟啟動 延長啟動時間， 減少壓力急驟變化而對管網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊， 從而有效避 免了水錘效應(yīng)，延長了水泵的使用壽用。4 ）系統(tǒng)的靈活適用。由于變頻器及PLC的輸入輸出靈活，可方 便寫入各種數(shù)據(jù)及程序， 對供水管網(wǎng)的壓力設(shè)置可實現(xiàn)多時段， 亦可 將各時段的數(shù)據(jù)進行有效的輸出便于分析， 所以在民用、 工業(yè)生產(chǎn)等 各領(lǐng)域得到了廣泛使用。4 恒壓供水系統(tǒng)的循環(huán)運行本系統(tǒng)采用多臺水泵供水，變頻器可控制其順序循環(huán)運行，并使每臺水泵都實現(xiàn)變頻軟啟動。1 ）假設(shè)在運行始，用水量較小，僅 M1處于變頻運行中。當(dāng)

7、用水量開始增加，變頻器的輸出頻率達到最高值 50 Hz時，變頻器控制 M1切換到工頻電網(wǎng)中，處于工頻運行，變頻啟動M2 M2變頻運行中， 直到水壓達到設(shè)定值為止。2 ）同理，如在夜間，當(dāng)用水量開始減少時， 此時水壓開始升高， 變頻器的輸出頻率降至下限頻率， 用戶管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定值， 并且滿足減少水泵的其他條件時， 系統(tǒng)將停止原本處于工頻運行的那 臺水泵，實行單臺水泵變頻運行，直到水壓達到給定值。3 ）從以上的用水高峰及低谷期間，水泵的加泵和減泵中，可以 發(fā)現(xiàn)，所有水泵沒有工頻泵行變頻泵之分， 保證每臺泵均能實行變頻 啟動，整個系統(tǒng)處于變頻運行中。4 ）系統(tǒng)運行在手動模式下時，自動模式無

8、效。手動模式通常在自動模式出現(xiàn)故障時作為應(yīng)急使用，用戶可根據(jù)需要，通過PLC的輸 入開關(guān)輸入信號，從而實現(xiàn)手動模式和自動模式的切換5 變頻恒壓供水系統(tǒng)的其他功能本系統(tǒng)采用ABB的變頻器，PLC為的，水泵為，電機為，通過對數(shù)據(jù)的設(shè)定，還實現(xiàn)了以下功能：1 ）對電氣故障的監(jiān)測和診斷功能。 對電機的過流、欠壓、過載、 缺相等故障均能進行保護、 顯示并聲光報警。 設(shè)備具有完善的電氣安 全性能和電機故障自跨越功能。2 ）低水位報警功能。由于水泵不能缺水運行，將低水位報警信 號引入到控制中，在低水位狀態(tài)中，無論是自動還是手動狀態(tài)，都能 實現(xiàn)水泵的無條件停止，從而保障水泵的安全運行。3 ）實現(xiàn)定時切換泵功能。 除了能根據(jù)負荷變化實現(xiàn)加減泵的功 能外，還可以通過設(shè)置，當(dāng)一臺泵長期運行達到設(shè)定時長后，系統(tǒng)能 自動按順序?qū)⒑笠慌_處于休息的泵實現(xiàn)激活， 使之投入變頻工作狀態(tài)， 并停止原變頻泵的工作。6 結(jié)束語本文首先分析了變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用，提高了供水質(zhì)量， 減少了對管網(wǎng)和電網(wǎng)的沖擊，具有節(jié)約能源、結(jié)構(gòu)簡單、可編程、穩(wěn) 定可靠等特點，延長了電機、水泵的使用壽命，可根