變頻調速供水技術(shù)在自來(lái)水加壓供水中的節能性應用

1、變頻調速供水基本工作原理

　　通過(guò)改變供給電動(dòng)機電源的頻率值達到改變電動(dòng)機轉速的目的，被我們稱(chēng)之為變頻調速。

2、變頻調速供水技術(shù)的應用

　　變頻器是將交流順變成直流，平滑濾波后再經(jīng)過(guò)逆變回路，將直流變成不同頻率的交流電，使電機獲得無(wú)級調速所需的電流、電壓和頻率。

　　通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：泵類(lèi)設備、風(fēng)機都屬于平方轉矩負載，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比。我們知道，在變頻器向下調速時(shí)，屬于恒轉矩特性。但是由于通用三相異步電動(dòng)機的結構特點(diǎn)，在其運行頻率低于50Hz以下日寸，其額定輸出轉矩很難達到。而風(fēng)機泵類(lèi)負載在低速運行時(shí)所要求的轉矩也相應降低，這正好適應了采用變頻器驅動(dòng)三相異步電動(dòng)機在低速運行時(shí)輸出轉矩下降的特點(diǎn)。

3、變頻調速供水的節能降耗作用

　　由于風(fēng)機、水泵類(lèi)大多為平方轉矩負載，軸功率與轉速成立方關(guān)系，所以當風(fēng)機、水泵轉速下降時(shí)，消耗的功率也大大下降，因此節能的潛力非常大，利用變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機，啟動(dòng)電流小，可以實(shí)現軟啟動(dòng)和無(wú)極調速，方便地進(jìn)行加減速控制，使電動(dòng)機獲得高性能，大幅度的節約電能，因而變頻器在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到了越來(lái)越廣泛的應用。

　　由于恒速電動(dòng)機利用閥門(mén)調節供水量，揚程特性不變，管組特性改變，大量的能量損失在閥門(mén)上。

　　變頻調速供水時(shí)的閥門(mén)為完全打開(kāi)狀態(tài)，管組特性不變，揚程特性隨電機轉速的變化而變化，當泵的轉速改變后泵的性能曲線(xiàn)將同時(shí)改變，而轉速將隨頻率Hz改變而改變。對循環(huán)水泵性能分析可知，水泵的揚程、流量和軸功率均與水泵的葉輪轉速之間存在著(zhù)一定的比例關(guān)系，即水泵流量與水泵轉速的一次方成正比。水泵的揚程與電機轉速的二次方成正比，電機轉速與水泵的軸功率的三次方成正比。即當水泵的流量降低20%的時(shí)候，電機的轉速應降低20%，水泵的電耗將降低50%；當水泵的流量降低50%的時(shí)候，電機的轉速注降低50%，水泵的電耗降低87.5%。當系統需要的流量降低時(shí)，通過(guò)降低轉速，相應地水泵的流量降低，水泵的軸功率降低，節約電能效果顯著(zhù)。并且由于采用變速調節，采用閥門(mén)調節時(shí)不必要的閥門(mén)壓頭損耗也避免孔使水泵在變頻速度的過(guò)程中始終處在高效區。而電動(dòng)機在變頻調速過(guò)程中，由于電動(dòng)機電壓隨著(zhù)轉速而變化，確保了電動(dòng)機在輕載時(shí)也能工作在高效區。

4、變頻恒壓供水技術(shù)

　　恒壓供水調速系統實(shí)現水泵電機無(wú)極調速，依據用水量的變化（實(shí)際為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調節系統的運行參數，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿(mǎn)足用水要求。

　　4.1 變頻恒壓控制系統的工作原理

　　水泵電機是輸出環(huán)節，轉速由變頻器控制，實(shí)現交流量恒壓控制，變頻器接收控制器的信號對水泵進(jìn)行速度控制；控制器綜合給定信號后，經(jīng)過(guò)PID調節，向變頻器輸出運轉頻率指令；壓力傳感器檢測管網(wǎng)出水口壓力，并將其轉變?yōu)榭刂破骺山邮盏哪M信號進(jìn)行調節。

　　4.2 帶PID回路調節器和PLc的控制方式

　　在該方式中，變頻器的作用是為電動(dòng)機提供可變頻率的電源，實(shí)現電動(dòng)機的無(wú)極調速，從而使管網(wǎng)水壓可控。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓；壓力設定單元為系統提供滿(mǎn)足用戶(hù)需要的水壓期望值；壓力設定信號和壓力反饋信號輸人可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸送給變頻器一個(gè)頻率控制信號。還有一種方法是將壓力設定信號和壓力反饋信號輸人PID回路調節器，由后者進(jìn)行運算后，輸給變頻器一個(gè)頻率控制信號。

　　由于變頻器的頻率控制信號是由可編程控制器或PID回路調節器給出的，所以對可編程控制器來(lái)講，既要有模擬量輸人接口，又要有模擬量輸出接口。而帶模擬量輸人/輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設備的成本。若采用帶有模擬量輸人/數字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數字量輸出端口另接一塊PWM調制版，將可編程控制器輸出數字量信號轉變?yōu)槟M量。這樣可編程控制器的成本沒(méi)有降低，還增加連線(xiàn)和附加設備，降低了整套設備的可靠性。如果采用一個(gè)帶開(kāi)關(guān)量輸人/輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調節器，其成本也和帶模擬量輸人/輸出的可編程控制器差不多，所以在變頻調速恒壓給水控制設備中，PID控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節。

　　4.3 新型變頻器調速供水設備

　　新的變頻器調速供水設備將PID調節器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內，形成了帶有各種應用宏的新型變頻器。因為PID運算在變頻器內，這就省去了對可編程控制器存儲容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數的在線(xiàn)調試非常容易，生產(chǎn)成本降低二生產(chǎn)效率大大提高孔又因為變頻器內部自帶的PID調節器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調節十分平滑、穩定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號的不失真、準確，可對該信號設置濾波時(shí)間常數，同時(shí)還可進(jìn)行換算反饋信號，使系統的調試非常方便、簡(jiǎn)單。

　　4.4 供水專(zhuān)用變頻器

　　供水專(zhuān)用變頻器是將普通變頻器和PLC控制器集成在一起，是集供水、管控一體化的系統，內置供水專(zhuān)用PID調節器，只需加一只壓力傳感器，即可方便的組成供水閉環(huán)控制系統。傳感器反饋的水壓信號直接送人變頻器自帶的PID調節器輸人口，而壓力設定即可使用變頻器的鍵盤(pán)設定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送人。每日可設定多段壓力運行，以適應供水壓力的需要，也可設定日供水壓力。面板可以直接顯示壓力反饋值（Mpa）。

　　因此，變頻恒壓供水相關(guān)產(chǎn)品正向著(zhù)全數字化微機控制、高可靠性、多品種系列化的方向發(fā)展。系列化、追求高度智能化、標準化是未來(lái)供水設備適應城鎮建設中成片開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )供水調度、智能樓宇和整體規劃要求的必然趨勢。調速恒壓技術(shù)在短短的幾年內經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，多泵系統代替了早期的單泵調速恒壓。單泵產(chǎn)品系統設計簡(jiǎn)單可靠，但單泵電動(dòng)機深度調速造成電動(dòng)機、水泵運行效率低，而多泵型產(chǎn)品的運行效率高，投資更為節省，已發(fā)展成為主要產(chǎn)品。

5、效果

　?。?）給水泵采用變頻調速技術(shù)后，隨著(zhù)給水泵轉速的下降，功耗也隨之降低，節電效果顯著(zhù)。

　?。?）在低負荷時(shí)，泵的轉速和出力隨之下降，從而減少了軸承磨損、發(fā)熱，延長(cháng)了給水泵的使用壽命。

　?。?）給水泵的啟動(dòng)方式為變頻軟啟動(dòng)，有效地減少了電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)大電流的沖擊，延長(cháng)了電機的使用壽命。

　?。?）供水壓力穩定，變頻系統能根據汽包水位的變化，調節給水泵的出水量，以保證母管水壓穩定。

　?。?）設備的自動(dòng)化程度提高，減輕了操作人員的勞動(dòng)強度。

6、結語(yǔ)

　　采用交流電機變頻調速等高新技術(shù)是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要手段，是高供水質(zhì)量的根本，變頻調速供水技術(shù)的大力推六可以讓給水企業(yè)盡快優(yōu)化升級，降低生產(chǎn)成本提供技術(shù)手段。