變頻調(diào)速供水技術(shù)在自來(lái)水加壓供水中的節(jié)能性應(yīng)用
變頻調(diào)速供水技術(shù)在自來(lái)水加壓供水中的節(jié)能性應(yīng)用
1、變頻調(diào)速供水基本工作原理
通過(guò)改變供給電動(dòng)機(jī)電源的頻率值達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，被我們稱(chēng)之為變頻調(diào)速。
2、變頻調(diào)速供水技術(shù)的應(yīng)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(jī)獲得無(wú)級(jí)調(diào)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(shè)備、風(fēng)機(jī)都屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。我們知道，在變頻器向下調(diào)速時(shí)，屬于恒轉(zhuǎn)矩特性。但是由于通用三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在其運(yùn)行頻率低于50Hz以下日寸，其額定輸出轉(zhuǎn)矩很難達(dá)到。而風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載在低速運(yùn)行時(shí)所要求的轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，這正好適應(yīng)了采用變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩下降的特點(diǎn)。
3、變頻調(diào)速供水的節(jié)能降耗作用
由于風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)大多為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能的潛力非常大，利用變頻器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電流小，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和無(wú)極調(diào)速，方便地進(jìn)行加減速控制，使電動(dòng)機(jī)獲得高性能，大幅度的節(jié)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(yīng)用。
由于恒速電動(dòng)機(jī)利用閥門(mén)調(diào)節(jié)供水量，揚(yáng)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(diào)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(yáng)程特性隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速改變后泵的性能曲線(xiàn)將同時(shí)改變，而轉(zhuǎn)速將隨頻率Hz改變而改變。對(duì)循環(huán)水泵性能分析可知，水泵的揚(yáng)程、流量和軸功率均與水泵的葉輪轉(zhuǎn)速之間存在著一定的比例關(guān)系，即水泵流量與水泵轉(zhuǎn)速的一次方成正比。水泵的揚(yáng)程與電機(jī)轉(zhuǎn)速的二次方成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)速與水泵的軸功率的三次方成正比。即當(dāng)水泵的流量降低20%的時(shí)候，電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)降低20%，水泵的電耗將降低50%；當(dāng)水泵的流量降低50%的時(shí)候，電機(jī)的轉(zhuǎn)速注降低50%，水泵的電耗降低87.5%。當(dāng)系統(tǒng)需要的流量降低時(shí)，通過(guò)降低轉(zhuǎn)速，相應(yīng)地水泵的流量降低，水泵的軸功率降低，節(jié)約電能效果顯著。并且由于采用變速調(diào)節(jié)，采用閥門(mén)調(diào)節(jié)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(qū)。而電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速過(guò)程中，由于電動(dòng)機(jī)電壓隨著轉(zhuǎn)速而變化，確保了電動(dòng)機(jī)在輕載時(shí)也能工作在高效區(qū)。
4、變頻恒壓供水技術(shù)
恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)極調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實(shí)際為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，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(tǒng)的工作原理
水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)交流量恒壓控制，變頻器接收控制器的信號(hào)對(duì)水泵進(jìn)行速度控制；控制器綜合給定信號(hào)后，經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)，向變頻器輸出運(yùn)轉(zhuǎn)頻率指令；壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出水口壓力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破骺山邮盏哪M信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4.2 帶PID回路調(diào)節(jié)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(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)極調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓可控。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓；壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿(mǎn)足用戶(hù)需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)輸人可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸送給變頻器一個(gè)頻率控制信號(hào)。還有一種方法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)輸人PID回路調(diào)節(jié)器，由后者進(jìn)行運(yùn)算后，輸給變頻器一個(gè)頻率控制信號(hào)。
由于變頻器的頻率控制信號(hào)是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)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(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸人/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出端口另接一塊PWM調(diào)制版，將可編程控制器輸出數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)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(shè)備，降低了整套設(shè)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(diào)節(jié)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(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
4.3 新型變頻器調(diào)速供水設(shè)備
新的變頻器調(diào)速供水設(shè)備將PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。因?yàn)镻ID運(yùn)算在變頻器內(nèi)，這就省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線(xiàn)調(diào)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?yàn)樽冾l器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)的不失真、準(zhǔn)確，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可進(jìn)行換算反饋信號(hào)，使系統(tǒng)的調(diào)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(tǒng)，內(nèi)置供水專(zhuān)用PID調(diào)節(jié)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(tǒng)。傳感器反饋的水壓信號(hào)直接送人變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸人口，而壓力設(shè)定即可使用變頻器的鍵盤(pán)設(shè)定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送人。每日可設(shè)定多段壓力運(yùn)行，以適應(yīng)供水壓力的需要，也可設(shè)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)品正向著全數(shù)字化微機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度、智能樓宇和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。調(diào)速恒壓技術(shù)在短短的幾年內(nèi)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，多泵系統(tǒng)代替了早期的單泵調(diào)速恒壓。單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，但單泵電動(dòng)機(jī)深度調(diào)速造成電動(dòng)機(jī)、水泵運(yùn)行效率低，而多泵型產(chǎn)品的運(yùn)行效率高，投資更為節(jié)省，已發(fā)展成為主要產(chǎn)品。
5、效果
（1）給水泵采用變頻調(diào)速技術(shù)后，隨著給水泵轉(zhuǎn)速的下降，功耗也隨之降低，節(jié)電效果顯著。
（2）在低負(fù)荷時(shí)，泵的轉(zhuǎn)速和出力隨之下降，從而減少了軸承磨損、發(fā)熱，延長(zhǎng)了給水泵的使用壽命。
（3）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(jī)啟動(dòng)時(shí)大電流的沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。
（4）供水壓力穩(wěn)定，變頻系統(tǒng)能根據(jù)汽包水位的變化，調(diào)節(jié)給水泵的出水量，以保證母管水壓穩(wěn)定。
（5）設(shè)備的自動(dòng)化程度提高，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
6、結(jié)語(yǔ)
采用交流電機(jī)變頻調(diào)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(diào)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(jí)，降低生產(chǎn)成本提供技術(shù)手段。
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