淺談變頻在給排水中的應用

沈佳

摘 要：隨著變頻調速技術的不斷發展，變頻技術的應用越來越廣泛，在給排水工程中也有所應用，變頻在給排水方面的應用需要多方面提高注意，本文將就變頻在給排水方面的應用進行相關討論。

關鍵詞：變頻；給排水；污水處理；應用；完善

0 引言

隨著變頻技術的發展，變頻技術在給排水方面的應用也越來越廣泛和成熟。其基本原理是將壓力、液位等信號轉化為電信號傳輸給PLC等變頻控制系統，經過邏輯處理控制變頻器輸出頻率，同時將設定信號與實際信號比較，調節水泵等設備的轉速。在城市供水、污水處理等給排水工程中，系統節能尤為明顯，因此變頻技術是在這方面的廣泛應用是一種趨勢。

1 給排水中變頻應用的優勢

變頻調速對于恒壓供水和調節閥門工作來說相比恒壓供水方式具有更好的節能效果，和傳統的供水方式相比變頻調速具有很多方面的優勢，其中包括水泵啟動平穩，啟動電流可以進行有效的限制，能夠避免啟動時瞬間電流的增大對電網的沖擊力度，給排水變頻應用能夠降低閥門的開閉頻率和泵的平均轉速，這就減少了磨損，從而延長了配件壽命，更好的保證了供水要求。

變頻供水設備的變頻器能夠為電機提供電源，這種電源是可變頻率的形式，能夠實現電機的無極調速，保證管道水壓的連續變化過程，傳感器的主要工作和任務就是對管道的水壓力進行檢測，壓力的具體設定要根據用戶需求來確定，從而滿足用戶期望水壓值，壓力設定的信號以及壓力的反饋信號可以通過變頻器進行可編程控制器的設定，通過內部PID的程序進行計算和處理，從而輸出對變頻器的指令要求，變頻器對轉速給定信號接收之后進行工作，通常來說供水設備設置1～3臺水泵，1～2臺工作，1臺備用，在供水設備的應用中常用的是采用一臺變頻泵，供水設備的工作流程：供水設備供電開始準備工作，對變頻泵進行啟動，啟動之后待管水壓達到壓力預設值之后，通過變頻器的輸出，穩定變頻器輸出數值，用水量的不斷增加會造成水壓的降低，傳感器通過信號的反饋進行控制器和PID調節器的控制，可編程控制器通過對用水量的控制提高變頻器的輸出頻率，從而使高水泵的轉速不斷的提高，水壓在這種情況下就會持續上升，變頻器的輸出頻率逐漸提高到最大之后，如果仍不能保證管道水壓，可編程控制器就會發出控制信號，直接啟動另一臺工頻泵同時工作，這時候變成控制器重復上述過程仍舊對信號進行分析和反饋，從而控制變頻泵的轉速，相反，當用水量減少時，變頻器的輸出功率逐漸降低，當達到最小值之后將會自動減少一臺工頻電機的工作。這種變頻控制的應用更好的提高了工作的效率、減少了人工投入。

2 變頻給排水應用中的注意事項

變頻器的負載類型；如離心泵或軸流泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法，其中比較常見的問題主要有兩個；其一，一般的控制系統中水泵的啟動停止和出口閥門的開閉是連鎖控制的，在離心泵啟動時必須先開泵后開閥，而軸流泵啟動時必須先開閥后開泵。其二，在實際應用中應當根據性能曲線和水泵實際流量，設定好變頻器輸出的最小頻率，同時最小頻率設定時也應考慮電機散熱，避免同軸風扇提供的風量不足，燒壞電機。

2.1 變頻器與負載的匹配問題 變頻器對高速電機的驅動工作中，由于高速電機具有電抗小、高次諧波增加等特點容易造成輸出電流值的不斷增大，因此高速電機變頻器的選型在容量的選擇中要選擇稍大的類型。

電流匹配：在離心泵的選擇上，變頻器的額定電流要與電機的額定電流相符合。

電壓匹配：選擇中要注意變頻器的電壓必須與負載額定電壓相符，避免負載運行造成安全隱患。

特殊的負載情況，例如深水泵等需要對電機性能參數進行考慮，保障最大電流能夠承受變頻器電流和過載情況。

轉矩匹配：這種情況在恒轉矩負載或有減速裝置時有可能發生，需要充分重視。

2.2 變頻器長電纜運行 在變頻器的運行過程中，如果要采用長電纜的運行方式要充分考慮到長電纜對地耦合電容的影響因素，針對現象采取措施抑制影響，為了避免變頻器的出力不足，要在變頻器的容量選擇上擴大一些或者采取安裝輸出電抗器。

2.3 其他情況 通常情況下，當一臺變頻器控制一臺電動機時候，變頻器的配用選擇只要與電動機容量符合就能安全運行，一臺變頻器兩臺電動機的情況下，原則上來說只要能夠符合電動機容量之和就能運行，但是不同的是兩臺水泵的全速共適量在高峰負載時的用水量是有很大不同的，這就需要對變頻器的容量適當減少，另外，在高溫、高海拔等特殊地區，在變頻器的選擇上要進行放大一檔的選擇。

3 變頻在污水處理中的應用

3.1 變頻器信號選擇 一般污水處理裝置對管道水壓控制要求幾乎沒有，而對水池的液位控制要求很高，因此PLC收到的信號一般都為水池的液位反饋信號。應當注意，恒液位控制和恒壓力控制相反，但只要改變PLC中相應的PID程序或改變PID調節器設置即可。

3.2 變頻器頻率輸出范圍 污水泵設計是按工頻運行時設計的，由于用了變頻技術及微機技術的智能控制，因此可以使污水泵運行的轉速隨反饋信號的變化而變化，最終達到恒液位或恒壓控制的目的。但是，由于污水泵的種類繁多，工作環境也相差甚大，因此在設定變頻器輸出頻率時應根據現場水泵實際流量和電機散熱情況而定。

3.3 變頻技術的優勢 ①節能減耗。污水泵消耗功率與轉速的三次方成正比，即P=Kn3。P為污水泵消耗功率；n為污水泵運行時的轉速；K為比例系數。實踐證明，使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%，從而大大降低能耗，節能率可達20%～40%。②解放生產力。污水處理裝置中污水泵在使用了變頻器以后，系統根據進水量的變化自動調節系統的運行參數，是一種閉環控制環節，每日可設定多段液位運行，以適應液位的需要。不需要頻繁地開閉閥門，不但免去了許多煩瑣的人工操作，提高了污水處理平穩性，并使系統始終在一種節能狀態下運行，檢修次數大幅降低，同時又增加了設備的使用壽命，解放了生產力。

4 結語

綜上所述，變頻技術的不斷發展促進了給排水工作的效率，對供水工作以及污水處理工作都有所推進，但是在應用過程中還是需要一些細節得到注意，從而更好的完善給排水工作中變頻技術的應用，滿足供水需求，促進社會和諧有序的發展。

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