周進(jìn)兵

1 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義

近年來(lái)我國(guó)城市集中用水量急劇增加。以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)克服了采用單純手動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來(lái)的控制不方便、控制系統(tǒng)對(duì)供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問(wèn)題。變頻調(diào)速恒壓供水是通過(guò)改變水泵電機(jī)的供電頻率,調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,通過(guò)儀表檢測(cè)出供水壓力并加以控制,保證在用水量變化時(shí)供水量也隨之變化,實(shí)現(xiàn)供水量與用水量的匹配,保護(hù)供水的壓力恒定即恒壓供水。降低能源消耗和資源浪費(fèi),延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源,也提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

2 生活給水設(shè)備的形式

生活給水設(shè)備分為非匹配式和匹配式兩種形式。變頻調(diào)速恒壓供水就屬于一種匹配式的供水方式,它是通過(guò)改變水泵電機(jī)的供電頻率,調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,通過(guò)儀表檢測(cè)出供水壓力并加以控制,保證在用水量變化時(shí)供水量也隨之變化,實(shí)現(xiàn)供水量與用水量的匹配,保護(hù)供水的壓力恒定即恒壓供水。

3 兩臺(tái)泵變頻調(diào)速恒壓供水電路的構(gòu)成和原理

采用兩臺(tái)水泵,一臺(tái)是由變頻器VVVF供電的變速泵M1,另外一臺(tái)是由普通交流電壓供電的定速泵M2。水泵供水控制系統(tǒng)原理如圖1,圖2所示,圖1為主電路;圖2為控制電路,由水位信號(hào)控制回路、水泵電動(dòng)機(jī)M1,M2控制回路組成。圖中KGS為恒壓供水控制器。當(dāng)系統(tǒng)用水量較小時(shí)只用變頻器供電的M1,當(dāng)變頻器供電的頻率達(dá)到最大時(shí),表明一臺(tái)水泵已不能滿足系統(tǒng)用水要求,此時(shí)需要啟動(dòng)M2,由M1與M2同時(shí)工作。當(dāng)系統(tǒng)用水量減小到使變頻器的輸出頻率低于某一設(shè)定值時(shí),此時(shí)控制系統(tǒng)就將M2停運(yùn),只使用M1。這時(shí)又回到原先的狀態(tài),如此循環(huán)往復(fù),以滿足系統(tǒng)用水的需要。

4 變頻器的選擇

4.1 變頻器容量的選擇

4.1.1 變頻器容量選擇的步驟

1)了解負(fù)載性質(zhì)和變化規(guī)律,計(jì)算出負(fù)載電流的大小或做出負(fù)載電流圖I=f(t)。2)預(yù)選變頻器容量及其他。3)校驗(yàn)預(yù)選變頻器。

4.1.2 基于不用電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流下變頻器容量的選擇

一般地說(shuō),變頻器的容量有三種表示方法:額定電流、適配電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定視在功率。不管是哪一種表示方法,都是對(duì)變頻器額定電流的選擇,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)有可能向變頻器吸收的電流來(lái)決定。

4.1.3 根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流的情況來(lái)選擇變頻器的容量

1)一臺(tái)變頻器只供一臺(tái)電動(dòng)機(jī)使用。在計(jì)算出負(fù)載電流后,還應(yīng)考慮這些因素:用變頻器供電時(shí)電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)相對(duì)工頻供電時(shí)要大些;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求是由低頻低壓起動(dòng)還是額定電壓額定頻率直接起動(dòng);變頻器使用說(shuō)明書中的相關(guān)數(shù)據(jù)是用生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)測(cè)試出來(lái)的,要注意按常規(guī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電機(jī)在性能上可能有差異,故計(jì)算變頻器的容量時(shí)要留適當(dāng)余量。2)周期性變化負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)變頻器容量的計(jì)算。變頻器的容量可在最大負(fù)載與最小負(fù)載之間適當(dāng)選擇,以便變頻器得到充分利用而又不到過(guò)載。首先作出電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流圖n=Φ(t)及 I=f(t),然后求出平均負(fù)載電流 Iav,再預(yù)選變頻器的容量,關(guān)于 Iav的計(jì)算采用公式:Iav=(I1t1+I2t2+…+Ijtj+…)÷(t1+t2+…+tj+…),考慮到過(guò)渡過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)從變頻器吸收的電流要比穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)大,而上述Iav沒(méi)有反映過(guò)渡過(guò)程中的情況。因此,變頻器的容量按 IFN≥(1.1～1.2)Iav修正后預(yù)選(Ij為第j段運(yùn)行狀態(tài)下的平均電流,tj為第j段運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的時(shí)間),若過(guò)渡過(guò)程在整個(gè)工作過(guò)程中占較大比重,則系數(shù)1.1～1.2選偏大的值。

4.2 變頻器起動(dòng)加速能力的校驗(yàn)

在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)加速的過(guò)程中電動(dòng)機(jī)不僅要負(fù)擔(dān)穩(wěn)速運(yùn)行的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,還要負(fù)擔(dān)加速轉(zhuǎn)矩,變頻器的允許電流與過(guò)程時(shí)間成反時(shí)限關(guān)系。如果電動(dòng)機(jī)起動(dòng)加速時(shí),其電流小于變頻器的過(guò)載能力,則預(yù)選容量通過(guò),如果電動(dòng)機(jī)起動(dòng)(加速)時(shí),其電流已達(dá)到變頻器的過(guò)載能力,而要求的加速時(shí)間又與變頻器過(guò)載能力規(guī)定的時(shí)限發(fā)生沖突,這時(shí),變頻器的容量應(yīng)在預(yù)選容量的基礎(chǔ)上增容。

5 控制線路的工作過(guò)程

5.1 用水量較小時(shí)M1工作

合上自動(dòng)開關(guān) QF1,QF2,將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA轉(zhuǎn)至“自動(dòng)”擋,其觸頭 3—4,5—6閉合,恒壓供水KGS和時(shí)間繼電器KT1同時(shí)通電,經(jīng)預(yù)定的時(shí)間延時(shí)后,KT1延時(shí)閉合的動(dòng)合觸頭閉合,接通105—107點(diǎn),使接觸器KM1線圈得電,KM1的主觸頭動(dòng)作閉合,使M1啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),恒壓供水。水壓信號(hào)經(jīng)水壓變送器送到KGS,由KGS控制VVVF的輸出頻率,達(dá)到控制水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)用水量增大時(shí),水壓欲下降,KGS使VVVF的輸出頻率提高,水泵加速運(yùn)轉(zhuǎn),以實(shí)現(xiàn)需水量與供水量的匹配。當(dāng)系統(tǒng)用水量少時(shí),水壓欲上升,KGS使VVVF的輸出頻率降低,水泵減速運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.2 M1故障狀態(tài)

當(dāng)M1在工作過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí),VVVF中的電接點(diǎn)ARM閉合,接通5—7點(diǎn),使中間繼電器KA2線圈通電吸合并自鎖,1—9點(diǎn)接通,警鈴HA響,同時(shí)時(shí)間繼電器KT3通電,經(jīng)過(guò)預(yù)定的時(shí)間延時(shí)后,KT3的動(dòng)合觸頭延時(shí)閉合,接通211—207點(diǎn),使接觸器KM2線圈得電,KM2的主觸頭動(dòng)作閉合,M2啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.3 用水量大時(shí)M1和M2同時(shí)運(yùn)行

當(dāng)M1啟動(dòng)后,隨著用水量增加,VVVF的輸出頻率增大,水泵不斷加速運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)變頻器供電的頻率達(dá)到最大,仍無(wú)法滿足用水量要求時(shí),KGS使2號(hào)泵控制回路中的211號(hào)與217號(hào)線接通,使時(shí)間繼電器KT2線圈得電,經(jīng)預(yù)定時(shí)間延時(shí)后,KT2的動(dòng)合觸點(diǎn)(即219—215點(diǎn))延時(shí)閉合,使時(shí)間繼電器KT4得電,KT4延時(shí)斷開的常開觸頭瞬時(shí)閉合,接通211—207點(diǎn),于是接觸器KM2線圈得電動(dòng)作,其主觸頭閉合,M2啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),以滿足系統(tǒng)用水量大增的需要。

5.4 用水量減小M2停轉(zhuǎn)

當(dāng)系統(tǒng)用水量減小到使變頻器的輸出頻率低于某一設(shè)定值時(shí),KGS使2號(hào)泵控制回路中的211號(hào)與217號(hào)線斷開,時(shí)間繼電器KT2線圈失電釋放,隨后KT4線圈也失電,KT4斷電延時(shí)的常開觸頭延時(shí)斷開,即211—207點(diǎn)斷開,使KM2線圈失電,其主觸頭斷開,M2停止運(yùn)轉(zhuǎn),使供水量與用水量匹配。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際中可能遇到的幾種情況,總結(jié)了在不同電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流下變頻器容量的選擇方法,從而為變頻器容量的合理選擇提供了一些有益的參考。

[1] JGJ 16-2008,民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[3] 宋序彤.我國(guó)城市供水發(fā)展有關(guān)問(wèn)題分析[J].城鎮(zhèn)供水,2001(2):22-26.

[4] 高新陵,宋曉平.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)研制[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),2001,29(1):115-118.

[5] 陳 虹,史旺旺,唐鴻儒,等.中小型水廠自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法[J].給水排水,2001,27(11):86-90.