關(guān)于變頻生活給水機組的基本原理

目前，變頻調速變頻生活給水機組在建筑給水中應用越來(lái)越廣，其主要原因是： 

　1.變頻調速變頻生活給水機組的供水壓力可調，可以方便地滿(mǎn)足各種供水 壓力的需要。在設計階段可以降低對供水壓力計算準確度的要求，因為隨時(shí)可以方便地改變供水壓力。但在選泵時(shí)應注意 ，泵的揚程宜大一些，因為變頻調速其最大壓力受水泵限制 。最低使用壓力也不應太小，因為水泵不允許在低揚程大流量下長(cháng)期超負荷工作，否則應加大變頻器和水泵電機的容量， 以防止發(fā)生過(guò)載。

　　2.目前，變頻器技術(shù)已很成熟，在市場(chǎng)上有很多國內外品牌 的變頻器，這為變頻生活給水機組提供了充份的技術(shù)和物質(zhì)基礎。變頻器已在國民經(jīng)濟各部門(mén)廣泛使用。任何品牌的變頻器與 變頻供水控制器配合，即可實(shí)現多泵并聯(lián)恒壓供水。因為建 筑供水的應用廣泛，有些變頻器設計生產(chǎn)廠(chǎng)家把變頻供水控制器直接做在供水專(zhuān)用變頻器中；這種變頻器具有可靠性好， 使用方便的優(yōu)點(diǎn)。 

　　3.變頻調速恒壓供水具有優(yōu)良的節能效果。 

　　由水泵－管道供水原理可知，調節供水流量，原則上有二 種方法；一是節流調節，開(kāi)大供水閥，流量上升；關(guān)小供水閥 ，流量下降。調節流量的第二種方法是調速調節，水泵轉速升高，供水流量增加；轉速下降，流 量降低，對于用水流量經(jīng) 常變化的場(chǎng)合(例如生活用水)，采用調速調節流量，具有優(yōu)良 的節能效果。我國國家科委和國家經(jīng)貿委在《中國節能技術(shù) 政策大綱》中把泵和風(fēng)機的調速技術(shù)列為國家九五計劃重點(diǎn)推廣的節能技術(shù)項目。應當指出，變頻恒壓供水節能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻 恒壓供水具有優(yōu)良的節能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒 壓供水，只要其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，可以實(shí)現恒壓變量供水 。在變頻恒壓變量供水當中，變頻泵的流量是變化的，當變頻泵是各并聯(lián)泵中最大，即可保證恒壓供水。多泵并聯(lián)恒壓供 水，在設計上可做到在恒壓條件下各工頻泵的效率不變(因工況不變)，并使之處于高效率區工作，變頻泵的流量是變化的 ，其工作效率隨流量而改變。因為采用多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低多泵并聯(lián)變頻恒壓供水系統 的能耗，改善節能狀況。 

　　當多泵并聯(lián)恒壓供水系統采用具有自動(dòng)睡眠功能的變頻器 ，當用水流量接近于零，變頻泵能自動(dòng)睡眠停泵，從而可以做 到不用水時(shí)自動(dòng)停泵而沒(méi)有能量損耗，具有最佳的節能效果。 

　　多泵并聯(lián)變頻恒壓變量供水的工作模式通常是這樣的：當 用水流量小于一臺泵在工頻恒壓條件下的流量，由一臺變頻泵 調速恒壓供水；當用水流量增大，變頻泵的轉速自動(dòng)上升；當變頻泵的轉速上升到工頻轉速，為用水流量進(jìn)一步增大，由 變頻供水控制器控制，自動(dòng)啟動(dòng)一臺工頻泵投入，該工頻泵 提供的流量是恒定的(工頻轉速恒壓下的流量)，其余各并聯(lián)工 頻泵按相同的原理投入。

　　在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水情況下，當用水流量下降 ，變頻調速泵的轉速下降(變頻器供電頻率下降)；當頻率下降 到零流量的時(shí)候，變頻供水控制器發(fā)出一個(gè)指令，自動(dòng)關(guān)閉一 臺工頻泵使之超出并聯(lián)供水。為了減少工頻泵自動(dòng)投入或超出時(shí)的沖擊(水力的或電流的沖擊)。在投入時(shí)，變頻泵的轉速 自動(dòng)下降，然后慢慢上升以滿(mǎn)足恒壓供水的要求。在超出時(shí)，變頻泵的轉速應自動(dòng)上升，然后慢慢下降以滿(mǎn)足恒壓供水的 要求。上述頻率自動(dòng)上升，下降由供水變頻控制器控制。 

　　另一種變頻供水模式通常叫做恒壓變量循環(huán)狀啟動(dòng)并先開(kāi) 先停的工作模式。在這種供水模式中，當供水流量少于變頻泵 在恒壓工頻下的流量時(shí)，由變頻泵自動(dòng)調速供水，當用水流量增大，變頻泵的轉速升高。當變頻泵的轉速升高到工頻轉速 ，由變頻供水控制器控制把該臺水泵切換到由工頻電網(wǎng)直接 供電(不通過(guò)變頻器供電)。變頻器則另外啟動(dòng)一臺并聯(lián)泵投入 工作。隨用水流量增大，其余各并聯(lián)泵均按上述相同的方式軟 啟動(dòng)投入。這就是循環(huán)軟啟動(dòng)投入方式。 

　　當用水流量減少，各并聯(lián)工頻泵按次序關(guān)泵超出，并泵超 出的順序按先投入先關(guān)泵超出的原則由變頻控制器單板計算機控制。 

　　由上述可見(jiàn)，對于變頻恒壓變量給水通常有兩種工作模式 ，一是變頻泵固定方式，二是變頻循環(huán)軟啟動(dòng)工作方式。在變 頻泵固定方式中，各并聯(lián)水泵是按工頻方式自動(dòng)投入或超出的。因為變頻泵固定不變，當用水流量變化，變頻泵始終處于 運行狀態(tài)，因此變頻泵的運行時(shí)間最長(cháng)。為了均衡各水泵的 運行時(shí)間，對于變頻泵固定運行方式，可以設計成變頻泵定時(shí)輪換運行方式。即當某一臺變頻泵運行一定時(shí)間后，由變頻 控制器控制變頻泵自動(dòng)進(jìn)行輪換。例如：開(kāi)始時(shí)1泵變頻，2－ 3泵工頻，當1泵變頻運行T時(shí)間后(T可按序設定)自動(dòng)輪換為2泵 變頻，3－1泵工頻；在此狀態(tài)下運行T時(shí)間后自動(dòng)輪換為3泵變 頻，1－2工頻，……。如此反覆進(jìn)行定時(shí)輪換。 

　　顯然，具有變頻泵自動(dòng)輪換控制的變頻恒壓變量供水系統 ，變頻泵是定時(shí)改變的，即任何一臺并聯(lián)泵都有可能成為變頻 泵。由變頻恒壓變量供水理論可知，為了保證恒壓供水，變頻泵必須是各并聯(lián)泵中的最大者。為此，對于變頻恒壓供水并 變頻泵自動(dòng)定時(shí)輪換的水機，各并聯(lián)水泵的大小應相同以保 證恒壓供水。 

　　按變頻器工作原理，在運行中的變頻器不允許在其輸出端 進(jìn)行切換；否則在切換過(guò)程中會(huì )使變頻器中的某些電子器件受 到大電流沖擊而降低其壽命。在變頻泵自動(dòng)輪換過(guò)程中，要在變頻器的輸出端進(jìn)行切換；為了保護變頻器，在進(jìn)行自動(dòng)切 換之前應使變頻器停止運行。在變頻器停止運行的條件下， 在其輸出端進(jìn)行切換。在切換好后再重新啟動(dòng)變頻器而恢復正常運行。因此，自動(dòng)輪換控制的電路比較復雜，會(huì )增加變頻 控制柜的造價(jià)并降低其使用可靠性。 

　　當變頻恒壓變量供水系統具有變頻泵自動(dòng)輪換功能，其優(yōu) 點(diǎn)是各并聯(lián)泵可定時(shí)輪換到變頻運行，使各并聯(lián)泵的磨損均衡 。但是，在任一臺泵變頻運行時(shí)，萬(wàn)一水泵故障有可能使變頻器保護跳閘而停止工作。各并聯(lián)水泵是由變頻器控制運行的 ；當變頻器跳閘，必然使所有并聯(lián)水泵停機而中斷供水。 

　　因此，當水泵的可靠性一定，具有自動(dòng)輪換控制功能的變 頻恒壓供水機的供水可靠性將低于不具備自動(dòng)輪換控制功能的 變頻恒壓供水機。筆者認為，供水可靠性是主要矛盾。因此我們不主張采用具有自動(dòng)輪換控制功能的變頻恒壓給水系統。 

　　多泵并聯(lián)，循環(huán)軟啟動(dòng)的變頻恒壓給水系統，同樣存在上 述變頻恒壓自動(dòng)輪換工作模式的缺點(diǎn)。為了保證恒壓供水，同樣要求各并聯(lián)泵的大小相同。 

　　綜上可述，為保證供水可靠性，筆者不主張采用自動(dòng)輪換 和變頻循環(huán)軟啟動(dòng)的工作模式。清華紫光集團自動(dòng)化工程部在 其《ABB恒壓供水系統用戶(hù)手冊》中說(shuō)，“循環(huán)軟啟動(dòng)!這是一 個(gè)危險的誘惑，很多搞恒壓供水的人熱衷于發(fā)展此項技術(shù)，但我們的建議是否定的?！蔽覀冑澩迦A紫光集團自動(dòng)化 工程部的上述學(xué)術(shù)見(jiàn)解，不熱衷于搞變頻循環(huán)軟啟動(dòng)供水。 

　　由水泵－管路供水原理可知，當節流損耗等于零，則供水 系統具有最佳的節能效果，此時(shí)水泵的供水揚程完全消耗在供 水高度和供水流阻損失上。這種變頻調整供水稱(chēng)為理態(tài)的變壓變量供水，這種供水系統的揚程－流量曲線(xiàn)和管路系統的流 阻—流量曲線(xiàn)重合。在理想的變壓變量供水系統中，在用水 點(diǎn)，其揚程恒定，屬于恒壓供水。在實(shí)際建筑中，用水點(diǎn)是多處，不是一處，因此很難確定何處是恒壓用水點(diǎn)。變壓變量 供水系統沒(méi)有通用性，在工程上很少應用。一種實(shí)用的變壓變 量供水系統叫做準變壓變量供水系統；在準變壓變量供水系統中，其恒壓值隨用水流量增加而躍階上升。例如多泵并聯(lián)恒 壓供水，當一臺泵工作，其恒壓值為P1；當投入一臺泵，其恒壓值自動(dòng)變?yōu)镻1＋ΔP1；當二、三、四臺泵投入，其恒壓值分 別自動(dòng)變?yōu)镻1＋ΔP1＋ΔP2，P1＋ΔP1＋ΔP2＋ΔP3，P1＋ΔP1＋Δ P2＋ΔP3＋ΔP4，……。其中P1，ΔP1，ΔP2，ΔP3，ΔP4，…… 可按需要設定；因此，準變壓變量系統(設備)的供水特性可以 十分接近理想的變壓變量供水特性，具有優(yōu)良的節能效果，這種供水系統(設備)具有通用性。例如國際上著(zhù)名的ABB供水專(zhuān)用 變頻器就具有上述的準變壓變量供水控制功能。 

　　事實(shí)上，在建筑供水當中，準變壓變量供水模式也很少應 用，因為在實(shí)際使用當中，很難給出ΔP1，ΔP2，ΔP3……等等 的具體參數。