摘 要 闡述了變頻恒壓供水的原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析了變頻供水設(shè)備的性能特點，用實例證明了變頻恒壓供水的經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞 變頻調(diào)速；恒壓供水；節(jié)能

中圖分類號 TM92 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0186-01

隨著生活水平的提高和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，加之高層建筑越來越多的走入尋常百姓家，人們對供水的質(zhì)量提出了更高的要求。早期的水塔、氣壓罐、高位水箱等設(shè)備，容易形成二次污染，且自動化程度低，供水系統(tǒng)不能隨負荷變化改變運行狀態(tài)，遠遠不能滿足現(xiàn)代人對水質(zhì)、供水穩(wěn)定性的要求。變頻恒壓供水以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，在生活中得到很大的發(fā)展和推廣。

1 變頻調(diào)速的原理

根據(jù)電機原理，異步電動機的轉(zhuǎn)速公式n=ns（1-s）可見，它的調(diào)速方式實際上有兩類：一類是在電機中旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度ns恒定的情況下調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s，包括調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速和滑差離合器調(diào)速等，都屬于低效調(diào)速，另一類是調(diào)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度ns.，根據(jù)ns.=60f/p可知，通過改變磁極對數(shù)和頻率可以實現(xiàn)調(diào)速，即變極調(diào)速和變頻調(diào)速，都屬于高效率的調(diào)速方式。

當異步電機的磁極對數(shù)p不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率f成正比，因而連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

異步電機采用變頻調(diào)速時不但能無級調(diào)速，而且可根據(jù)負載特性的不同，通過適當調(diào)節(jié)電壓與頻率之間的關(guān)系，使電機始終運行在高效區(qū)，并保證良好的運行特性。異步電機采用變頻啟動更能改善啟動性能，降低啟動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。

2 變頻恒壓供水的系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)的硬件組成

圖1所示為本單位二幢11層建筑6樓以上變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖。

從圖中可以看出，系統(tǒng)硬件構(gòu)成主要包括變頻器VVVF、可編程控制器PLC（或PID調(diào)節(jié)器）、壓力控制器（或壓力變換器及遠程壓力表）及控制柜等組成。本例中，供水系統(tǒng)用一臺變頻器控制多臺水泵聯(lián)合協(xié)調(diào)工作。由于變頻器及PLC具有良好的通信接口，可以方便地與其他系統(tǒng)或設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，可以通過PC機來改變存貯器中的控制程序，可以靈活地滿足用戶各種數(shù)據(jù)處理的要求，且隨著PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，通用性強，可代替性高，因而得到了廣泛的推廣和使用。

2.2 系統(tǒng)的控制原理

系統(tǒng)是以供水管網(wǎng)的供水壓力作為控制對象而構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂茖ο笫且粋€時變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對象。設(shè)定的供水壓力可以是個常數(shù)或時間分段函數(shù)，控制的目標就是使管網(wǎng)的出水壓力在某一時間段上與設(shè)定值保持一致。

在系統(tǒng)運行過程中，如果實際運行壓力低于設(shè)定值，通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳂藴市盘査腿隤LC的模擬輸入口，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后發(fā)出調(diào)節(jié)參數(shù)送入變頻器，變頻器從而決定輸出頻率，控制電機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)出水量，實現(xiàn)供水管網(wǎng)壓力的恒定。

3 變頻恒壓供水的特點

采用變頻器－PLC恒壓供水，除了有效減少以往高位水箱等設(shè)備的二次污染、有效節(jié)約能源外，還有以下特點：

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。由于電子設(shè)備的集成化程度越來越高，各種配套方案靈活方便，自動化程度也顯著提高。

2）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。較之以往的繼電器、接觸器組合，變頻恒壓供水的器件數(shù)量大幅減少，大功率電子元器件的高穩(wěn)定性為系統(tǒng)的穩(wěn)定墊定了良好的基礎(chǔ)。

3）消除了水錘效應(yīng)。異步電動機在直接啟動初期由于流量的巨大變化引起對管道的壓強過高，甚至使管壁受力而產(chǎn)生噪音，像是一把錘子在敲擊水管，人們稱之為水錘現(xiàn)象。水錘效應(yīng)對管網(wǎng)產(chǎn)生巨大的破壞性，甚至使管子破裂。采用變頻恒壓供水系統(tǒng)后，對過軟啟動延長啟動時間，減少壓力急驟變化而對管網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，從而有效避免了水錘效應(yīng)，延長了水泵的使用壽用。

4）系統(tǒng)的靈活適用。由于變頻器及PLC的輸入輸出靈活，可方便寫入各種數(shù)據(jù)及程序，對供水管網(wǎng)的壓力設(shè)置可實現(xiàn)多時段，亦可將各時段的數(shù)據(jù)進行有效的輸出便于分析，所以在民用、工業(yè)生產(chǎn)等各領(lǐng)域得到了廣泛使用。

4 恒壓供水系統(tǒng)的循環(huán)運行

本系統(tǒng)采用多臺水泵供水，變頻器可控制其順序循環(huán)運行，并使每臺水泵都實現(xiàn)變頻軟啟動。

1）假設(shè)在運行始，用水量較小，僅M1處于變頻運行中。當用水量開始增加，變頻器的輸出頻率達到最高值50 Hz時，變頻器控制M1切換到工頻電網(wǎng)中，處于工頻運行，變頻啟動M2，M2變頻運行中，直到水壓達到設(shè)定值為止。

2）同理，如在夜間，當用水量開始減少時，此時水壓開始升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定值，并且滿足減少水泵的其他條件時，系統(tǒng)將停止原本處于工頻運行的那臺水泵，實行單臺水泵變頻運行，直到水壓達到給定值。

3）從以上的用水高峰及低谷期間，水泵的加泵和減泵中，可以發(fā)現(xiàn)，所有水泵沒有工頻泵行變頻泵之分，保證每臺泵均能實行變頻啟動，整個系統(tǒng)處于變頻運行中。

4）系統(tǒng)運行在手動模式下時，自動模式無效。手動模式通常在自動模式出現(xiàn)故障時作為應(yīng)急使用，用戶可根據(jù)需要，通過PLC的輸入開關(guān)輸入信號，從而實現(xiàn)手動模式和自動模式的

切換。

5 變頻恒壓供水系統(tǒng)的其他功能

本系統(tǒng)采用ABB的變頻器，PLC為的，水泵為，電機為，通過對數(shù)據(jù)的設(shè)定，還實現(xiàn)了以下功能：

1）對電氣故障的監(jiān)測和診斷功能。對電機的過流、欠壓、過載、缺相等故障均能進行保護、顯示并聲光報警。設(shè)備具有完善的電氣安全性能和電機故障自跨越功能。

2）低水位報警功能。由于水泵不能缺水運行，將低水位報警信號引入到控制中，在低水位狀態(tài)中，無論是自動還是手動狀態(tài)，都能實現(xiàn)水泵的無條件停止，從而保障水泵的安全運行。

3）實現(xiàn)定時切換泵功能。除了能根據(jù)負荷變化實現(xiàn)加減泵的功能外，還可以通過設(shè)置，當一臺泵長期運行達到設(shè)定時長后，系統(tǒng)能自動按順序?qū)⒑笠慌_處于休息的泵實現(xiàn)激活，使之投入變頻工作狀態(tài)，并停止原變頻泵的工作。

6 結(jié)束語

本文首先分析了變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用，提高了供水質(zhì)量，減少了對管網(wǎng)和電網(wǎng)的沖擊，具有節(jié)約能源、結(jié)構(gòu)簡單、可編程、穩(wěn)定可靠等特點，延長了電機、水泵的使用壽命，可根據(jù)要求，靈活設(shè)置供水壓力和時間段，可自動監(jiān)測故障并診斷報警，實現(xiàn)無人值守?？蓮V泛運用于生活用水、生產(chǎn)用水，無論在熱水還是噴淋、灌溉等各行業(yè)領(lǐng)域都具有廣泛的市場應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]范洪艷，陳鳳，李壯.小區(qū)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)[J].電機技術(shù)，2011，2.