變頻調速泵在二次加壓系統和消防系統中應用探討

      隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現代控制理論的不斷進(jìn)步，又因為變頻器所具有的高效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動(dòng)機的速度控制中較多采用。使用變頻器一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是節省能源，而且通過(guò)發(fā)揮其理想的控制特性，二次加壓系統使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活給水和消防給水各有其特點(diǎn)，在節能和可靠性方面要作具體分析，從而選擇更合理控制方式。

1、二次加壓系統變頻調速的基本原理

      由離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚程和功率分別與其轉速的一次方、二次方和三次方成正比。對于用水經(jīng)常變化的場(chǎng)合，二次加壓系統采用變頻調速泵供水，可以顯著(zhù)降低節流損耗，具有明顯的節能效果。按用途建筑給水分為生活(生產(chǎn))給水和消防給水二大類(lèi)。在生活二次加壓系統中采用變頻泵調速控制，具有節能，供水壓力可調等突出優(yōu)點(diǎn)，在國內外獲得了愈來(lái)愈廣泛的應用。在消防給水中對穩壓泵以及在消防泵巡檢時(shí)最好采用變頻控制，但在消防泵滅火控制中應采用直接啟動(dòng)或降壓?jiǎn)?dòng)控制方式。

三相交流電動(dòng)機的轉速與頻率、極數及轉差率之間的關(guān)系如下：

n=60f(1—s)／p其中:

n——每分鐘的轉速；

f——交流電的頻率；

s——轉差率；

p——磁極對數。

      在三相電動(dòng)機中對轉速的調節有多種方法，如通過(guò)調整交流電的頻率、電動(dòng)機的極數以及轉差率來(lái)實(shí)現。以往人們通過(guò)對電機的極數變化來(lái)調整電機的轉速，很少采用頻率調節，但隨著(zhù)電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻控制技術(shù)的不斷成熟，人們發(fā)現通過(guò)調整電源的頻率調速要比通過(guò)調整電機的極數與轉差率調速方便得多，效果也好得多。所以現在，一般我們對三相交流電動(dòng)機進(jìn)行轉速調整都通過(guò)調節三相交流電的頻率來(lái)實(shí)現，其應用范圍越來(lái)越廣。以下是其在智能建筑中的一些應用。

2、變頻器在恒壓自動(dòng)二次加壓系統中的應用

      在智能建筑日益增多的今天，供水問(wèn)題成為業(yè)主比較關(guān)心的問(wèn)題，所以變頻恒壓自動(dòng)二次加壓系統便提上了日程。以前在一般建筑的建設中往往需要建設一個(gè)二次加壓系統水泵房并采用變頻器實(shí)現恒壓自動(dòng)供水。一般情況下，為保證建筑的供水正常，在設計時(shí)往往設計成“一用兩備”三臺水泵。由一臺變頻器(附加PID調節器、單片機、PLC等器件構成控制系統)拖動(dòng)三臺水泵循環(huán)運轉。與空調水泵控制不同，二次加壓系統自動(dòng)控制系統通過(guò)壓力傳感器采集管網(wǎng)中的壓力并將其轉換成模擬信號進(jìn)行變頻控制。這樣變頻恒壓二次加壓系統直接取代水塔、高位水箱及傳統的氣壓罐供水裝置，為局部加壓供水開(kāi)辟了新的途徑。另外由于水泵耗電功率與電機轉速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調速運行的節能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節省40％。與可編程控制器結合使用，可實(shí)現循環(huán)變頻，電機軟啟動(dòng)，具有欠壓保護、過(guò)壓保護、短路保護、過(guò)流保護功能，工作穩定可靠，大大延長(cháng)了設備的使用壽命。下面以遼寧省某市寶典大廈供水系統為例介紹其原理。

      大廈二次加壓系統恒壓供水采用三臺水泵,其中1#泵為主泵，2#、3#泵為備用泵。首先，1#泵由變頻器供電工作，水泵電機轉速隨著(zhù)調節器輸出給變頻器控制信號的變化而改變，以保持管網(wǎng)壓力的穩定。用水量大時(shí)，變頻器輸出頻率升高；用水量小時(shí)，頻率降低。當頻率上升到50Hz(即水泵全速運轉時(shí))仍不能滿(mǎn)足供水需要時(shí)，則PLC自動(dòng)將1#泵切換到工頻運行，1#泵由電網(wǎng)供電全速運行，2#泵由變頻器供電投入運行，如果2#泵電機達到滿(mǎn)轉速時(shí)仍不能滿(mǎn)足供水要求，則PLC自動(dòng)將2#泵切換到工頻運行，3#泵由變頻器供電投入運行，依此規律逐個(gè)投入運行；當1#—2#泵都處于工頻全速運行方式，3#處于變頻運行工作方式時(shí)，如果此時(shí)用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當頻率到達一定的下限時(shí)，供水量仍大于用水量，則系統自動(dòng)將3#泵停止運行。同樣，3#泵停機后，如果此時(shí)供水量還大于用水量，則系統自動(dòng)將2#泵停止運行，依此類(lèi)推。如果此時(shí)用水量又大于供水量，則系統自動(dòng)將2#泵由變頻器供電運行……，所有水泵電機從停止到滿(mǎn)載工作及從滿(mǎn)載工作到停止都由變頻器來(lái)控制，實(shí)現帶載軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給水泵電機帶來(lái)機械沖擊，保證了管網(wǎng)壓力穩定，滿(mǎn)足了大廈的正常供水。

3、變頻器在消防泵巡檢柜中的應用

      在消防給水系統中，平時(shí)消防管網(wǎng)由增壓、穩壓泵穩壓，使之保持在高壓(消防水壓)的準備消防狀態(tài)。當發(fā)生火災，啟動(dòng)主消防泵立即可以提供規定壓力和流量的消防用水。按我國消防規范，水消防的延續時(shí)間，最長(cháng)按3小時(shí)考慮，因此主消防泵的節能問(wèn)題可不予考慮，因而也無(wú)必要采用變頻調速以節約電能。眾所周知，發(fā)生火災是百年、千年一遇的事件，在一般情況下是不會(huì )發(fā)生的，變頻器是一種電子器件，如果采用變頻器控制主消防泵變頻調速，消防泵變頻器長(cháng)期備而不用，在發(fā)生火災使用時(shí)反而容易發(fā)生故障，降低了消防設備的可靠性。另一個(gè)重要問(wèn)題是消防備用泵的自動(dòng)投入控制問(wèn)題。此外，變頻控制系統的電氣較復雜，會(huì )降低可靠性，增加造價(jià)。消防泵的功率一般較大，其控制用變頻器的價(jià)格也相應提高。綜上所述，對于消防泵而言，從節能、可靠性和造價(jià)幾點(diǎn)考慮，無(wú)必要采用變頻調速技術(shù)。如果消防泵采用變頻調速控制，由于消防泵(消防泵、噴淋泵)長(cháng)期不投入使用，容易發(fā)生泵生銹堵轉等現象，故應對消防泵定期進(jìn)行低頻運轉，以免有消防需要時(shí)，消防水泵不能正常起動(dòng)，貽誤火災的撲救。所以現在我們一般對消防泵進(jìn)行自動(dòng)巡檢，即通過(guò)消防泵控制柜內的巡檢電路讓消防泵每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次自啟動(dòng)，巡檢時(shí)采用變頻控制，以利保養及節能。但在正?；馂那闆r下，消防泵、噴淋泵一般通過(guò)直接啟動(dòng)、星三角或自藕降壓方式啟動(dòng)，以滿(mǎn)足消防要求，且消防狀態(tài)時(shí)所有的非消防電源均已切斷，故一般情況下不采用變頻器啟動(dòng)方式。

      按我國消防規范，消防泵應設有備用泵，備用泵應不小于任一臺主消防泵。由多泵并聯(lián)恒壓供水理論，多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻調速泵必須是其中最大的一臺泵，其余并聯(lián)泵自動(dòng)投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動(dòng)控制的。如果變頻泵故障可能會(huì )導致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點(diǎn)考慮，消防泵采用變頻調速會(huì )降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統中應用。

4、結論

      通過(guò)以上分析，我們知道變頻器在智能建筑中的應用非常廣泛，也非常有效。這也是筆者在實(shí)際工作過(guò)程中使用變頻器在智能建筑電氣自動(dòng)控制系統中實(shí)現節能或控制的具體體會(huì )。變頻器在智能建筑中的應用還遠遠不止這些，其它系統如空調、通風(fēng)、電梯等都有廣泛的應用?？梢韵嘈?，它的應用將隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展與變頻器的不斷更新會(huì )越來(lái)越廣泛，將會(huì )給國家和個(gè)人帶來(lái)巨大的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。