變頻器在恒壓供水系統中的應用

摘 要：恒壓供水調速系統依據用水量的變化，通過變頻控制系統可以保證全天恒定的水壓，以滿足人們不同時段的需求。是當今先進、合理的節能型供水系統。文中從變頻恒壓供水系統的硬件組成、工作原理和特點介紹闡述了變頻器在恒壓供水系統中的應用。

關鍵詞：變頻器;變頻恒壓供水控制器;plc

1.恒壓供水系統及變頻技術分析

變頻恒壓供水系統是指在供水管網中用水量發生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供水管網的出口壓力值是根據用戶需求確定的，可以根據需求調整壓力值。傳統的恒壓供水方式是采用水塔、高水位箱、氣壓罐等設施實現的。

近年來，隨著變頻調速技術的日益成熟，其顯著的節能效果和可靠穩定的控制方式，在供水系統中得到廣泛的應用。變頻恒壓供水系統對水泵電機實行無級調速，依據用水量及水壓變化通過微機檢測、運算，自動改變水泵轉速保持水壓恒定以滿足用水要求，是目前最先進，合理的節能供水系統。與傳統的水塔、高位水箱、氣壓罐等供水方式比較，不論是投資、運行的經濟性、還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有優勢。傳統的供水系統中水泵只能以額定的頻率運轉，不僅不能保證高峰期人們用水的需求而且會造成能源浪費。隨著電力技術的發展，變頻調速技術的日臻完善，以變頻調速為核心的智能供水控制系統取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設備，起動平穩，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的沖擊;由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命;可以消除起動和停機時的水錘效應。其穩定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現節水、節電、節省人力，最終達到高效率的運行目的。

2.變頻恒壓供水系統的硬件組成和工作原理

變頻恒壓供水系統的硬件組成：變頻器，恒壓供水控制器，plc，水泵機組和控制系統組成。

2.1變頻恒壓供水系統硬件的功能介紹

變頻器：變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。（三相異步電動機轉速公式為：N=60f/p（1-s），f為電源頻率，p為極對數，s為轉差率）變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。

恒壓供水控制器 ：變頻恒壓供水控制器，壓力測量精度高，產品和變頻器配套使用可以滿足，一拖一、一用一備、 一拖二、 一拖三、 一拖四等各種工作模式， 也可以設定時間進行供水。 控制器廣泛用于居民小區、 石油、化工、消防、排污、農業灌溉、供水等領域。

plc：可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC的工作原理也就是通過對外部輸入的狀態進行檢測、并對輸入的數據進行運算和處理后，再輸出控制量。它具有編程簡單易學、工作可靠性高、安裝維護方便等特點。

水泵機組：在電動機和管道組成一體的供水系統中，根據控制器檢測到的壓力值來調節變頻器的輸出頻率來改變電機的轉速從而調節供水的壓力。通常在供水系統中設置多臺水泵（2臺為例），供水量大時開啟兩臺，供水量小時開啟一臺。水泵組中的水泵統一協調工作，以滿足供水需要。

2.2 變頻器恒壓供水系統的控制原理

變頻恒壓供水系統以管網水壓 （或用戶用水流量）為設定參數，通過微機控制變頻器的輸出頻率從而自動調節水泵電機的轉速，實現管網水壓的閉環調節 （PID），使供水系統自動恒穩于設定的壓力值：即用水量增加時，頻率升高，水泵轉速加快，供水量相應增大;用水量減少時，頻率降低，水泵轉速減慢，供水量亦相應減小，這樣就保證了供水效率用戶對水壓和水量的要求。

自動控制中，由plc控制電機的工頻和變頻運行（2臺為例），控制系統根據用水量的變化有一臺水泵變頻調整運行，當用水量增加時管道系統內壓力下降，這時壓力傳感器把檢測到的信號傳送給微機控制單元，通過微機運行判斷，發出指令到變頻器，控制水泵電機，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制將1#泵切換至工頻電網恒速運行，同時啟動2#泵并進入變頻運行，系統恢復對水壓的閉環調節，直到水壓達到設定值為止;當用水量下降水壓增高時，變頻器輸出頻率降到啟動頻率而水壓仍高于設定值，停止該水泵的運行，系統恢復對水壓的閉環調節，使壓力重新達到設定值;當用水量繼續下降，每當減速運行變頻器輸出頻率降至啟動頻率時，則將此泵停止運行，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。

3 變頻器恒壓供水的特點

（1）高效節能。與傳統供水方式相比變頻恒壓供水能節能30%-60%。

（2）占地面積小，投入少，效率高。

（3）配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠，可實現無人值守。

（4）運行可靠。系統實現了軟啟動，消除啟動電流大的沖擊，減輕了機械啟動轉矩對電機的機械損傷，延長了電機和泵的使用壽命。

（5）系統可以按照需求來設定壓力，系統根據設定的壓力自動調節水泵轉速和水泵運行臺數，使設備運行在高效節能的最佳狀態，從而達到了節水節電節省人力的節能目的。

（6）由于能對水泵實現軟停和軟起，并可消除水錘效應（水錘效應：直接起動和停機時，液體動能的急劇變大，導致對管網的極大沖擊，有很大破壞力）。

作者簡介：

靳園園，男，1990.01月生，漢，河南省沁陽市人，專科，助理工程師，研究方向：電力拖動與自動化控制。