【正文】 所以我要感謝所有的任課老師，是您們的教育和培養(yǎng)，才使我學(xué)有所獲。系統(tǒng)采用一 臺(tái)變頻器拖動(dòng) 4 臺(tái)電動(dòng)機(jī)的 啟動(dòng) 、運(yùn)行與調(diào)速， 四臺(tái)電機(jī) 采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。 其中： SB1， SB4 停止按鈕，選 LAY37 型紅色按鈕； SB5， SB6， SB7， SB11， SB13， SB15， SB17， SB9 啟動(dòng)按鈕，選用 LAY37綠色按鈕； SB2， SB3 為聯(lián)動(dòng)按鈕，選 LA25－ 11型綠色按鈕。一般情況下，可按電動(dòng)機(jī)額定電流選取若繼電器，熱繼電器的整定值為電動(dòng)機(jī)額定電流的 ～ 倍，則生活水泵電機(jī)額定電流為 29A，消防泵電機(jī)額定電流為 43A。 變頻器故障輸出電路中 KA選用 JZ7－ 80，其參數(shù)為吸引線圈額定電壓 AC220V，額定電流 。 其它 電氣元件的選擇： 熔斷器： 選擇熔斷器的條件： （ 1）熔斷器的額定電壓不低于線路的額定電壓； （ 2）熔斷器的額定電流應(yīng)不小于它所裝熔體的額定電流； （ 3）熔斷器類型應(yīng)符合安裝條件（戶內(nèi)或戶外）及被保護(hù)設(shè)備，對(duì)保護(hù)的要求根據(jù) INfe》＝ I30， INfe》 ，啟動(dòng) K＝ ～ 。 Y360M— 2 型三相異步電動(dòng)機(jī)額定功率為 22KW，額定電壓為 380V，滿載時(shí)，電流為43A，轉(zhuǎn)速為 2940r/min，效率為 88％，功率因數(shù)為 ，最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2 倍。 IS100— 80— 160 型水泵參數(shù)如下：流量為 120M3/h，揚(yáng)程為 30M，轉(zhuǎn)速為 2900r/min，效率為 78％，氣蝕余量 ，軸功率為 ，電動(dòng)機(jī)功率為 15KW，重量為 195Kg。 供水 的揚(yáng)程計(jì)算： 在供水系統(tǒng)中，一般把最遠(yuǎn)最高層作為計(jì)算依據(jù)。按下 SB11， 1KM4 閉合， 1KM5 閉合， 1＃ 電機(jī)星型啟動(dòng)， 10 秒后， 1KM5斷開， 1KM6 吸合， 1＃電機(jī)處于角型連接， 1＃泵啟動(dòng)完畢，在工頻下運(yùn) 行，在值班人員的監(jiān)視下，如果壓力不滿足要求，再按下 SB13， SB15， SB17 按鈕，把 2＃ ， 3＃ ，4＃ 水泵分別投入運(yùn)行，相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮。 Ⅲ 當(dāng)管網(wǎng)壓力仍不滿足設(shè)定要求而變頻器輸出已到達(dá)工頻 50Hz 以后，變頻器將 2＃ 泵投入工頻運(yùn)行，將 3＃ 泵投入變頻運(yùn)行：首先，管網(wǎng)反饋壓力送給變頻器后壓力仍不滿足要求而變頻器已輸出上限 頻率，變頻器 2K2 輸出高電平信號(hào) 2K1 輸出低電平，交流接觸器 2KM2 斷開， 2KM3 處于吸合狀態(tài)， 2＃ 泵在工頻運(yùn)行狀態(tài)，然后變頻器 3K1 輸出高電平， 3KM2 處于吸合狀態(tài)， 3＃泵投入變頻運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)， 1＃ ， 2＃張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 19 泵處于工頻運(yùn)行狀態(tài)， 3＃ 泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)。 系統(tǒng)的控制原理及組成 系統(tǒng)的控制 方式 圖 （附圖三） 系統(tǒng)控制原理 通過比較強(qiáng)將反饋壓力信號(hào)與給定壓力進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)壓差值，把壓差值傳給壓力調(diào)節(jié)器，由壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，當(dāng)壓力不能滿足要求時(shí)，通過控制切換裝置將原來運(yùn)行在變頻狀態(tài)下的水泵切換到工頻運(yùn)行，把另一臺(tái)水泵投入到變頻運(yùn)行，之后，重復(fù)上述操作，在變頻器發(fā)生故障時(shí)傳信號(hào)給可編程控制器PLC 報(bào)警，切除變頻器，由 PLC 控制手動(dòng) 泵水。 考察水泵的效率曲線 ?Q,，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。所以本章對(duì)啟動(dòng)頻率和頻率上下限做了簡單的闡述，從而為預(yù)置變頻器做了準(zhǔn)備。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定轉(zhuǎn)矩的，其最高頻率只能與額定頻率相等， fmax＝ fN＝ 50Hz。 由 (2－ 12)求出運(yùn)行在 B 點(diǎn)的泵的軸功率 ?11HkQNB ? ，運(yùn)行在 C 點(diǎn)時(shí)泵的軸功率 ?21HkQNC ? ， 兩者之差： ?121 )( kQHHNNN CB ????? (2－ 18) 也就是說，采用閥門控制流量時(shí)有 N?的功率被白白浪費(fèi)了，而且損耗隨著閥門的關(guān)小而增加。 水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析 水泵運(yùn)行工況點(diǎn) A 是水泵性能曲線 n1 和管路性能曲線 R1 的交點(diǎn)。 從上述比例律公式中消去 n1/n2 就得到下式 22121 ????????? HH(2－ 16) 即 kQHQH ?? 222211 或 2kQH? (2－ 17) 式 (2－ 17)是頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點(diǎn)具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。一旦當(dāng)水泵或管路性能中的一個(gè)或同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，平衡就被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。 將式 (2－ 7)和 (2－ 8)代人 (2－ 6)可得 222222 22 SgALQgALQh jyjys ????????? ???? ?? ???? (2－ 9) 式中 S 被稱為管路阻力系數(shù)。此外，最不利點(diǎn)的控制壓力還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無論管路特性等因素發(fā)生變化，最不利點(diǎn)的水壓是恒定的。在水量到達(dá) Q1時(shí)，相應(yīng)的水泵特性曲線為 nx，面管路的特性曲線將向上平移到 A1，兩線交點(diǎn) e 即為此時(shí)的工況點(diǎn)。 變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 水泵機(jī)組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，即通過改變電動(dòng)機(jī)定子電源頻率來改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以相應(yīng)地改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最 不利點(diǎn)壓力恒定，達(dá)到節(jié)能效果。 無塔供水系統(tǒng)不需要水塔、高位水箱和氣罐，設(shè)備簡單，控制實(shí)時(shí)性好，且能滿足不斷增加的供水需求。 主要優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)電網(wǎng)沖擊小，保護(hù)功能完善。因此，電能消耗大，運(yùn)行費(fèi)用高。供水壓力比例恒定，且有貯水。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測以監(jiān)測等。 4． 編程簡單易學(xué) 。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， PLC 的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn) [5,6,7]： 1．可靠性高。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 5 70 年代以后，由于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促使晶體管變頻器的誕生。 ，供水的壓 力隨供水的流量的變化而變化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 1990 年到1998 年，我國人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有 升增加到 升，增長了 %，與此同時(shí)我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高 [1]。 論文對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理做了較詳細(xì)的分析和研究，運(yùn)用最新的變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)的生活泵主電路部分，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的控制電路，實(shí)現(xiàn)了變頻器通過自帶的 PLC 程序和 PID 控制器對(duì)建筑小區(qū)進(jìn)行恒壓 供水的目的。并在此基礎(chǔ)之上配備相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件，改變傳統(tǒng)的落后管理方式，使管理工作規(guī)范化，提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。使異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想?，F(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較為傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是可節(jié)電 40％～ 60％，節(jié)水 15％～ 30％ [2]。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強(qiáng)。 可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用 早期的可編程序控制器 (Programmable Logic Controller， PLC)，主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片 ，大大提高了 PLC 軟、硬件功能。 3．采用模塊化結(jié)構(gòu)。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使 系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 ：根據(jù)元器件的選取原則，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取合適的器件。 氣壓供水 ： 氣壓給水系統(tǒng)不在屋頂上設(shè)置 水箱，也不用單獨(dú)建筑水塔，僅在地下室或某些空曠之處加壓送到管網(wǎng)中去。 變頻調(diào)速恒壓供水： 變頻調(diào)速恒壓供水器由電動(dòng)機(jī)、泵組和變頻調(diào)速系統(tǒng)、壓力儀表、管路系統(tǒng)等組成。 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 9 由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過程中，其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。如果水泵工況點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)較遠(yuǎn)，不僅會(huì)引起水泵運(yùn)行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。 （ 2）水泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠泵的出口壓力恒定來控制：此時(shí)，當(dāng)用水量由 Qmax 下降時(shí)，控制系統(tǒng)降低水泵轉(zhuǎn)速來改變其特性。 根據(jù)水泵的相似原理： Q1/Q2=n1/n2 （ 2— 1） H1/H2=(n1/n2)*2 （ 2— 2） P1/P2 =(n1/n2)*3 （ 2— 3） 式中， Q、 H、 P、 n 分別為泵流量、壓力、軸的功率和轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速是根據(jù)這一公式來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的。 水泵工作點(diǎn)的確定和調(diào)節(jié) 1．水泵工作點(diǎn)的確定 如果把某一水泵的性能曲線（即 H～ Q 曲線）和管路性能曲線畫在同一坐標(biāo)系中，如圖 22 所示，則這兩條曲線的交點(diǎn) A 就是水泵的工作點(diǎn)。 當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，通過 VVVF 降低交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從 n1降低到n2。恒壓供水系統(tǒng)中壓力值恒定在 H0,因此水泵工作點(diǎn)又沿著轉(zhuǎn)速 n2所對(duì)應(yīng)的水泵性能曲線從點(diǎn) B移至 C 點(diǎn)，在此階段水泵輸出壓力升高，流量減少，水泵運(yùn)行在新的工作點(diǎn) C 點(diǎn)，在圖 23 中可以找出 C 點(diǎn)的揚(yáng)程 HC、流量 QC 以及水泵運(yùn)行效率 C? 。如果水泵轉(zhuǎn)速從 n0 降到 n1，水泵性能曲線從 n0 平移到 n1，運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從 A 點(diǎn)移到 C 點(diǎn)，揚(yáng)程從 H0 下降到 H2，流量從 Q0 減少到 Q1。所以，在變頻啟動(dòng)無過流的前提下，運(yùn)轉(zhuǎn)開始頻率可預(yù)置的高一些，一般設(shè)定范圍為 0～ 20Hz（也可以通過預(yù)置下限頻率來達(dá)到目的） 。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)有兩種調(diào)節(jié)方法，一是調(diào)節(jié)泵的閥門來調(diào)節(jié)泵水的壓力與流量，另一是調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來達(dá)到調(diào)節(jié)供水的壓力和流量。水泵工作點(diǎn)是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定不變的。 工作流程與工作過程 系統(tǒng)流程圖 (附圖一 ) 系統(tǒng)框圖 （附圖二） 系統(tǒng)工作過程 ： 首先開機(jī)，液位繼電器自動(dòng)輸出信號(hào)，如果液位比較低，不能滿足崩誰要求，則整個(gè)泵水系統(tǒng)不能工作。 Ⅰ 當(dāng)液位滿足要求時(shí)交流接觸器 KM16 的常閉觸點(diǎn)不動(dòng)作，主電源被接入系統(tǒng)，這時(shí)按下 SB3 系統(tǒng) 處于自動(dòng)狀態(tài)，交流繼電器 KM11 的常開觸 點(diǎn)吸合，電源接入變頻器，只要變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)交流繼電器 KM1 處于閉合狀態(tài)，變頻器就正常工作。 當(dāng)電機(jī)發(fā)熱超標(biāo)時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，從而切除電機(jī)的電源。 本設(shè)計(jì)小區(qū)人數(shù)： m＝ 150000/12＝ 12500 人 小區(qū)戶數(shù)： f＝ 12500/＝ 3571 戶 （每戶平均 人） 最高日生活用水量 QD＝ mqd/1000=rfqd/1000 其中： qd— 用水定額（Ⅲ類住宅， qd＝ 190L/人） M— 設(shè)計(jì)小區(qū)內(nèi)的人數(shù) r— 平均居住人數(shù)（通常 r= 人 /戶） f— 居民區(qū)的戶數(shù) QD＝ 3571 190/1000=2375m3/d 則最大小時(shí)流量 QH＝ KH QD/T =*2375/24 = m3/h = 其中： T＝ 24h為每日用水時(shí)間 KH— 時(shí)間常數(shù)（Ⅲ類住宅， KH＝ ） 秒流量計(jì)算公式： Ⅲ類： Qq＝ Nq ＋ 其中 Nq為用水當(dāng)量 Nq＝ n f＝ 4 3571＝ 14284 （ nⅢ類＝ 4，每戶平均用水量） Qq＝ Nq ＋ ＝ 14284 ＋ 14284 ＝ ＋ ＝ 由于 f＝ 3571 戶》 3000 戶，所以取 QH與 Qq 中較大者作為供水標(biāo)準(zhǔn)，流量取 Qq。 本設(shè)計(jì)流量為 Qq ＝ ＝ 。 電動(dòng)機(jī)的選擇： 電動(dòng)機(jī)容量的選擇： 電動(dòng)機(jī)的容量 可以根據(jù)水泵的軸功率和電動(dòng)機(jī)與水泵轉(zhuǎn)速一致來選擇 電動(dòng)機(jī)的選擇： 生活供水水泵電動(dòng)機(jī)選 Y 系列（ IP23）三相異步電動(dòng)機(jī)， Y160M— 2