變頻恒壓供水特點(diǎn)及原理

李慶會(huì)

摘 要：為提高供水系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，減少設(shè)備的維護(hù)和人員的投入，降低成本，本文主要闡述了變頻恒壓供水的應(yīng)用特點(diǎn)、組成及功用，重點(diǎn)剖析了變頻恒壓供水的工作原理。

關(guān)鍵詞：變頻器;恒壓供水;工作原理。

1變頻恒壓供水的應(yīng)用特點(diǎn)

變頻恒壓供水是樓宇給水系統(tǒng)的重要組成，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)的調(diào)速，無(wú)需人員在現(xiàn)場(chǎng)值守，和傳統(tǒng)的高位水池給水、氣壓給水相比，它耗費(fèi)能源低，安全性高，資源節(jié)約，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作。主要存在以下特點(diǎn)：

1.1節(jié)約能源

通過(guò)用水量的大小決定了變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能夠節(jié)約電能，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2消除水錘

所謂水錘效應(yīng)是由于電動(dòng)機(jī)在全壓下起動(dòng)時(shí)，在短時(shí)內(nèi)管道里的流量迅速?gòu)牧阍龃蟮筋~定值，液體流量急劇變化在管道內(nèi)產(chǎn)生沖擊力，沖擊管道和設(shè)備。使用變頻調(diào)速后，可以根據(jù)升、降速時(shí)間，將管道系統(tǒng)內(nèi)的流量變化減小到允許范圍，從而達(dá)到徹底消除水錘的目的。

1.3起動(dòng)平穩(wěn)

由變頻器實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泵的變頻啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可以從“0”到電機(jī)額定電流，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泵的軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，也減少了啟動(dòng)時(shí)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

1.4聯(lián)網(wǎng)功能

能夠采用網(wǎng)絡(luò)連接，具有遠(yuǎn)程和本地控制的功能和數(shù)據(jù)傳輸接口，能與控制信號(hào)或電腦控制軟件相連，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)管網(wǎng)，對(duì)供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和控制等。

1.5控制靈活

可以采用電腦遠(yuǎn)程控制在需要供水時(shí)間供水，或通過(guò)智能儀表控制對(duì)管網(wǎng)定時(shí)變頻供水，不需人員在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟動(dòng)。也可以手動(dòng)選擇變頻供水或工頻供水。

2變頻恒壓供水的主要組成

實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水主要有信號(hào)檢測(cè)設(shè)備、控制器、變頻器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控設(shè)備和報(bào)警裝置等組成。

2.1信號(hào)檢測(cè)設(shè)備

信號(hào)檢測(cè)設(shè)備主要包括水壓信號(hào)檢測(cè)設(shè)備和液位信號(hào)檢測(cè)設(shè)備。水壓檢測(cè)設(shè)備主要檢測(cè)反饋供水管網(wǎng)內(nèi)的水壓力值，根據(jù)用水點(diǎn)的實(shí)時(shí)變化來(lái)改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的。液位信號(hào)檢測(cè)設(shè)備主要檢測(cè)進(jìn)水水源是否充足，如進(jìn)水水源不充足或無(wú)水時(shí)，液位信號(hào)傳送給控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，控制器對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵的抽空而損壞水泵和電機(jī)發(fā)生事故。

2.2控制器

控制器是整個(gè)供水系統(tǒng)的核心部件，主要由傳感器、智能儀表或微型電腦等組成。控制器會(huì)根據(jù)變送器檢測(cè)到的壓力信號(hào)和液位信號(hào)進(jìn)行分析，然后通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。

2.3變頻器

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。

2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一組水泵組成，它主要用來(lái)將水送入管道中。

水泵有3臺(tái)增壓泵，增壓泵由變頻調(diào)速控制，根據(jù)管網(wǎng)中用水量的實(shí)時(shí)變化改變水泵的轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)中用水量增大時(shí)，變頻器增加水泵運(yùn)行頻率增大供水量，管網(wǎng)中用水量恢復(fù)正常后，變頻器減少水泵運(yùn)行頻率到正常供水，以維持管網(wǎng)內(nèi)的水壓恒定值不低于使用下限壓力。

2.5電控設(shè)備

電控設(shè)備由PLC、繼電器、接觸器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等電氣元件組成，在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中主要用于對(duì)水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制運(yùn)行、電路系統(tǒng)的保護(hù)，手動(dòng)和自動(dòng)的切換等。

2.6報(bào)警裝置

為了保證供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在水庫(kù)（水箱）底部安裝水位計(jì)，當(dāng)水位低于設(shè)定水位時(shí)，控制器檢測(cè)到報(bào)警信息后，停止水泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供水，以起到對(duì)設(shè)備的保護(hù)作用。

3變頻恒壓供水的工作原理

在給水系統(tǒng)中，管網(wǎng)用水量的變化反映在水壓上，表現(xiàn)為管網(wǎng)水壓的波動(dòng)。因此，調(diào)節(jié)水泵工況，保證管網(wǎng)用水水壓的穩(wěn)定，就可以保證管網(wǎng)用水。變頻恒壓供水系統(tǒng)以水壓為控制參數(shù)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。

水泵啟動(dòng)后，壓力傳感器向控制器反饋管網(wǎng)的壓力。當(dāng)管網(wǎng)壓力低于控制器設(shè)定的壓力，應(yīng)該提高水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻器發(fā)送提高電源頻率從而增加水泵的轉(zhuǎn)速;當(dāng)某臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定的上限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)新的水泵投入運(yùn)行。當(dāng)管網(wǎng)壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，應(yīng)該降低水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻器發(fā)送降低頻率從而降低水泵的轉(zhuǎn)速，直至給水管網(wǎng)內(nèi)的壓力在控制器設(shè)定的壓力范圍內(nèi)。通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)工作電源頻率的方式，改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變了水泵的工況，構(gòu)成閉環(huán)反饋控制，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。

假設(shè)變頻控制供水系統(tǒng)共有三臺(tái)水泵，分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)，如圖1所示。系統(tǒng)用水量最小時(shí)1號(hào)水泵投入正常運(yùn)行，由變頻器控制開(kāi)始變頻運(yùn)行，調(diào)節(jié)電機(jī)頻率增加。如此時(shí)為用水高峰期，用水量很大，電機(jī)頻率達(dá)到上限后，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將1號(hào)水泵由變頻運(yùn)行狀態(tài)切換為工頻運(yùn)行，變頻啟動(dòng)2號(hào)水泵，若管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力范圍，則變頻器根據(jù)壓力變送器反饋的值輸出頻率，使水泵的轉(zhuǎn)速隨供水壓力的變化而改變，保持管網(wǎng)壓力的恒定。如果2號(hào)電機(jī)頻率達(dá)到上限后，管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定范圍，將變頻運(yùn)行的2號(hào)水泵切換成工頻運(yùn)行，變頻啟動(dòng)3號(hào)水泵，并根據(jù)水壓反饋信號(hào)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，直至水壓穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。

3臺(tái)水泵都在投入運(yùn)行中，其中1號(hào)和2號(hào)水泵為工頻運(yùn)行，3號(hào)水泵為變頻運(yùn)行。用水低峰期，用水量減少，由于供水管網(wǎng)積水蓄壓，如果不做出有效調(diào)節(jié)，管網(wǎng)壓力會(huì)逐漸升高，超出壓力的設(shè)定范圍，此時(shí)遵循“先投先停”的控制原則，將工頻運(yùn)行的1號(hào)水泵切除運(yùn)行，若3號(hào)水泵頻率調(diào)整到下限頻率后，管網(wǎng)壓力仍高于設(shè)定范圍值，則將工頻運(yùn)行的2號(hào)水泵也切除，此時(shí)，僅保留3號(hào)水泵變頻運(yùn)行，繼續(xù)通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)頻率使其穩(wěn)定運(yùn)行在設(shè)定范圍內(nèi)。變頻系統(tǒng)一般和穩(wěn)壓管聯(lián)合使用如圖2所示。

4結(jié)束語(yǔ)

變頻恒壓供水系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果，管理方便故障少，因此廣泛用于智能樓宇供水系統(tǒng)中。隨著自動(dòng)控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器和控制系統(tǒng)功能也會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大完善，性價(jià)比也越來(lái)越高，變頻恒壓供水系統(tǒng)也會(huì)將越來(lái)越普遍，也會(huì)給樓宇供水系統(tǒng)帶來(lái)更進(jìn)一步的發(fā)展。