变频器在恒压供水系统中的应用
时间：2021-01-25 06:02:04 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要：恒压供水调速系统依据用水量的变化，通过变频控制系统可以保证全天恒定的水压，以满足人们不同时段的需求。是当今先进、合理的节能型供水系统。文中从变频恒压供水系统的硬件组成、工作原理和特点介绍阐述了变频器在恒压供水系统中的应用。
关键词：变频器;变频恒压供水控制器;plc
1.恒压供水系统及变频技术分析
变频恒压供水系统是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水管网的出口压力值是根据用户需求确定的，可以根据需求调整压力值。传统的恒压供水方式是采用水塔、高水位箱、气压罐等设施实现的。
近年来，随着变频调速技术的日益成熟，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在供水系统中得到广泛的应用。变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求，是目前最先进，合理的节能供水系统。与传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势。传统的供水系统中水泵只能以额定的频率运转，不仅不能保证高峰期人们用水的需求而且会造成能源浪费。随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。
2.变频恒压供水系统的硬件组成和工作原理
变频恒压供水系统的硬件组成：变频器，恒压供水控制器，plc，水泵机组和控制系统组成。
2.1变频恒压供水系统硬件的功能介绍
变频器：变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。（三相异步电动机转速公式为：N=60f/p（1-s），f为电源频率，p为极对数，s为转差率）变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
恒压供水控制器 ：变频恒压供水控制器，压力测量精度高，产品和变频器配套使用可以满足，一拖一、一用一备、 一拖二、 一拖三、 一拖四等各种工作模式， 也可以设定时间进行供水。
控制器广泛用于居民小区、 石油、化工、消防、排污、农业灌溉、供水等领域。
plc：可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC的工作原理也就是通过对外部输入的状态进行检测、并对输入的数据进行运算和处理后，再输出控制量。它具有编程简單易学、工作可靠性高、安装维护方便等特点。
水泵机组：在电动机和管道组成一体的供水系统中，根据控制器检测到的压力值来调节变频器的输出频率来改变电机的转速从而调节供水的压力。通常在供水系统中设置多台水泵（2台为例），供水量大时开启两台，供水量小时开启一台。水泵组中的水泵统一协调工作，以满足供水需要。
2.2 变频器恒压供水系统的控制原理
变频恒压供水系统以管网水压 （或用户用水流量）为设定参数，通过微机控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节 （PID），使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大;用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，这样就保证了供水效率用户对水压和水量的要求。
自动控制中，由plc控制电机的工频和变频运行（2台为例），控制系统根据用水量的变化有一台水泵变频调整运行，当用水量增加时管道系统内压力下降，这时压力传感器把检测到的信号传送给微机控制单元，通过微机运行判断，发出指令到变频器，控制水泵电机，变频器输出频率增加至工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制将1#泵切换至工频电网恒速运行，同时启动2#泵并进入变频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止;当用水量下降水压增高时，变频器输出频率降到启动频率而水压仍高于设定值，停止该水泵的运行，系统恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值;当用水量继续下降，每当减速运行变频器输出频率降至启动频率时，则将此泵停止运行，直到剩下最后一台变频泵运行为止。
3 变频器恒压供水的特点
（1）高效节能。与传统供水方式相比变频恒压供水能节能30%-60%。
（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，可实现无人值守。
（4）运行可靠。系统实现了软启动，消除启动电流大的冲击，减轻了机械启动转矩对电机的机械损伤，延长了电机和泵的使用寿命。
（5）系统可以按照需求来设定压力，系统根据设定的压力自动调节水泵转速和水泵运行台数，使设备运行在高效节能的最佳状态，从而达到了节水节电节省人力的节能目的。
（6）由于能对水泵实现软停和软起，并可消除水锤效应（水锤效应：直接起动和停机时，液体动能的急剧变大，导致对管网的极大冲击，有很大破坏力）。
作者简介：
靳园园，男，1990.01月生，汉，河南省沁阳市人，专科，助理工程师，研究方向：电力拖动与自动化控制。
