【正文】 型電動(dòng)機(jī)四張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 22 臺(tái)。 參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)功率 15KW，額定容量 20KVA，額定電流 30A，電壓 0～ 380V， ～400HZ，過載能力 120％， 1 分鐘，輸入電源三相 380/60HZ。電機(jī)所選用的接觸器主觸頭在主電路中，所以主觸頭通斷負(fù)載額定電壓為被控制線路額定電壓 AC380V，線圈在控制回路中（注意： 在本系統(tǒng)中，控制回路電壓為 AC22V，但有時(shí)控制回路也有 AC380V 的電壓 ） ，線圈電壓取 AC220V。該時(shí)間繼電器額定電 壓為 AC220V，額定張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 26 電流為 5A，延時(shí) ～ 60S。其中 HL2， HL3， HL10， HL11 為紅色信號(hào)燈； HL1，HL4， HL5， HL6， HL7， HL8， HL9， HL12， HL13， HL14， HL15， HL16， HL17， HL18，HL19 選綠色信號(hào)燈。分析水泵工況點(diǎn)節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)能耗比較圖，可以看出利用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與恒速泵供水方式中用閘閥增加阻力的節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 30 參 考 文 獻(xiàn) [1] 張燕賓 . 變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐 . 第一版 . 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2022 [2] 姚錫祿 . 變頻器控制技術(shù)與應(yīng)用 . 第一版 . 福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社， 2022 [3] 核工業(yè)第二研究設(shè)計(jì)院 . 給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè) 特別要感謝電氣系 的各位老師尤其是我的指導(dǎo)老師張志榮老師，他勞心勞力，在他 的悉心指導(dǎo)下，我才得以完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 所有 器件選擇 都要遵循一定的規(guī)范，使我認(rèn)識(shí)到任何設(shè)計(jì)都要以現(xiàn)行器件為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)中出 現(xiàn)了現(xiàn)在沒有的器件，當(dāng)然在現(xiàn)行條件下是不能實(shí)現(xiàn)的，不能立即轉(zhuǎn)化為先進(jìn)的生產(chǎn)力。 A1～ A8電纜選擇 BBLX－ 3 50， Ic＝ 101A B0～ B2電纜選擇 BBLX－ 3 150， Ic＝ 208A C 電纜選擇 BBLX－ 3 95， Ic＝ 163A 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 27 元件選型后，按元件所在電控 柜分類制成元件明細(xì)表： 元器件目錄表 表 4－ 3 代號(hào) 名稱 數(shù)量 規(guī)格型號(hào) 備注 PLC 可編程控制器 1 FX2N48M 繼電器輸出型 MF 變頻器 1 SB60P+ 內(nèi)帶有輸出程序 HR1～ HR20 指示燈 15 AD1622 LED 顯示，220VAC,(其中 4個(gè)紅色，其余為綠色 ) KT 時(shí)間繼電器 1 JZ780 線圈電壓 220VAC KA 中間繼電器 1 JS714 線圈電壓 220VAC KM1,1～ 4KM2,1～ 4KM3, 1～ 4KM4,1～ 4KM5,1～4KM6, 1～ 4KM8,KM11 交流繼電器 26 CJ1040 線圈電壓 220VAC KM9,KM10 交流接觸器 2 CJ105 線圈電壓 220VAC KM12,KM16 交流接觸器 2 CJ10150 線圈電壓 220VAC KM13,KM14,KM15 交流接觸器 3 CJ1060 線圈電壓 220VAC SB5,SB6,SB7,SB9,SB11, SB13,SB15,SB17 啟動(dòng)按鈕 8 LAY37 綠色 SB1,SB4,SB8,SB10,SB12, SB14,SB16,SB18,SB19 停止按鈕 9 LAY37 紅色 SB2,SB3 停止按鈕 2 LA2511 紅色聯(lián)動(dòng)按鈕 QF 低壓斷路器 1 DZ10200/33 脫扣電流值為 170A 1～ 3FU1 熔斷器 3 RC1A200 熔體 150A 1～ 3FU2 熔斷器 3 RC1A150 熔體 100A FU3 熔斷器 1 RC1A5 熔體 2A（控制電路） 1～ 4FR1 熱繼電器 4 JR1630/3 根據(jù)電機(jī)額定電 流整定 FR2 熱繼電器 1 JR1645/3 根據(jù)電機(jī)額定電 流整定 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 28 續(xù)表 4－ 3 M1～ M4 電動(dòng)機(jī) 4 Y160M2 三相交流異步電動(dòng)機(jī)（生活泵用） M5 電動(dòng)機(jī) 1 Y360M— 2 三相交流異步電動(dòng)機(jī)（消防泵用） SL 液位繼電器 1 HHY11PG 適用于排水供 水， 220VAC SP 遠(yuǎn)傳壓力表 1 YST－ 150 型 A 電流表 1 42L6A HZ 頻率表 1 HB962 型 HBA 電鈴 1 AC220V,d=75mm A1～ A8 三相電線 24 BBLX3*50 IC=101A B0～ B2 三相電線 9 BBLX3*150 IC=208A C 三相電線 3 BBLX3*95 IC=163A 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 29 全 文 總 結(jié) 本文在分析和比較用于供水行業(yè)的控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)中小 城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水 自動(dòng)控制系統(tǒng) 。 信號(hào)燈的選擇： 在電控系統(tǒng)中，經(jīng)常通過信號(hào)燈閃亮，告知操作者某種信息。 消防泵電機(jī)得星角啟動(dòng)控制電路中時(shí)間繼電器 KT得電，需用到 1 個(gè)常閉觸點(diǎn)，1 個(gè)常開觸點(diǎn)。 1～ 3FU1 選 RC1A－ 200型； 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 25 1～ 3FU2 選 RC1A－ 15； FU3 控制電路 RT16－ 32X 低壓斷路器的選擇： 低壓斷路器 QF 是保護(hù)消防電動(dòng)機(jī)過電流，短路和欠壓電壓的保護(hù)設(shè)備， QF 在電機(jī)主回路中，額定電壓 U 應(yīng)為 AC380V，因電動(dòng)機(jī)功率 Pe為 22KW， 電機(jī)額定電流為 ： I＝ Pe 1000/U=22*1000/380= QF 的額定電流只要大于 就可正確動(dòng)作，故選用 DZ10－ 10－ 200/33 型低壓斷路器，其額定電壓為 380V，額定電流為 60A，符合要求。 變頻器選擇： 森蘭 SBG+/P+系列變頻器由高性能數(shù)字處理器 DSP 控制，功能齊全 ，操作簡(jiǎn)單，并嚴(yán)格按 照 GB/— 2022 標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)。 XFZ100— 50型水泵適用工廠，礦山，城市生活給排水，消防水，農(nóng)用排灌，加熱冷卻，增壓系統(tǒng)等，自吸水泵性能穩(wěn)定，允許調(diào)速，斷水自負(fù)水壓穩(wěn)定。 泵的選擇： 在水泵并聯(lián)時(shí)，多臺(tái)水泵的流量并不等于多臺(tái)水泵每臺(tái)水泵出水量之和。 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 20 第四章器 件選擇 水 泵的選擇： 用戶 供 水量的確定： 設(shè)計(jì)流量應(yīng)按生活用水的設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算。當(dāng)變頻器運(yùn)行到切換頻率下限時(shí)，如果壓力高于設(shè)定壓力，降運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工頻電機(jī)停止（ 1K2 斷開），變頻器變頻運(yùn)行一段時(shí)間后，檢測(cè)壓力后，如果壓力高于設(shè)定壓力，變頻器降頻運(yùn)行，直至全都工頻電機(jī)停止， 4＃ 電機(jī)變頻運(yùn)行。 分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)組（ 1＃ ， 2， 3＃ ， 4＃ 水泵電機(jī)）工作過程 ,可分為以下四個(gè)工作狀態(tài)： 1) 1電機(jī)變頻啟動(dòng)； 2)1電機(jī)工頻運(yùn)行， 2電機(jī)變頻運(yùn)行； 3) 1電機(jī)，2＃ 電機(jī)工頻運(yùn)行， 3＃ 電機(jī)變頻運(yùn)行； 4） 1＃ 電機(jī)， 2＃ 電機(jī)， 3＃ 電機(jī)工頻運(yùn)行， 4＃ 電機(jī)變頻運(yùn)行。如采用繼電器控制，則只能接成固定線路，靈活性太差，液不能很好的滿足泵水要求，故采用本身自帶 PLC程序控制為核心的電氣控制方案。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。所以，在多數(shù)情況下，下 限頻率應(yīng)定為 30Hz～ 35Hz。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在 40Hz 以上，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在 50%～ 100%范圍內(nèi)變化， 0Q 1n 0AH sjBR 2R 1H 0H 10n 1CH 2H 圖 24 水泵節(jié)能分析圖 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 15 電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從 A 點(diǎn)移到 D 點(diǎn)，揚(yáng)程從 H0 上升到 H1，流量從 Q0 減少 到 Q1。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力傳感 器將檢測(cè)到升高壓力轉(zhuǎn)換成 4～ 20?A電流信號(hào)送往 PID 調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較處理后，輸出一個(gè)信號(hào)令變頻器頻率降低，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速至 n2。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來(lái)改變電源的頻率 f 來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 從而改變水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)上下水位確定后，管路所需要的水頭損失就等于上下水位差（即實(shí)際揚(yáng)程 sjH ）加上管路損失 [11]。 目前水泵電機(jī)絕大部分是三相交流異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 為 : n =60 f(1s)/p （ 2— 4） 式 2— 5 中 s 為電機(jī)的 轉(zhuǎn)差率 (s=)， p 為電機(jī)極對(duì)數(shù)， f 為定子供電頻率。管網(wǎng)的服務(wù)壓力H0 恒定不變，其揚(yáng)程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒有能量的浪費(fèi)。當(dāng)用水量從 Qmax 減少到 Q1 的過程中 ,采用不同的控制方案 ,其水泵的能耗也不同。反映水泵運(yùn)行工況的水泵工作點(diǎn)也稱為水泵工況點(diǎn)，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。突然停電后再來(lái)電，設(shè)備能夠自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。利用變頻器、PID 調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、 PLC 等器件的有 機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，取代了水塔、水箱、氣壓罐等實(shí)現(xiàn)了恒壓供水。同時(shí)由于在屋頂上形成很大的負(fù)重，增加了結(jié)構(gòu)面積，也妨礙了美觀。 ：工程設(shè)計(jì)離 不開圖紙，繪制各種圖是設(shè)計(jì)工程的基本要求。 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)， 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接連接。在軟件方面， PLC采用極易為電氣人員掌 握的梯形圖編程語(yǔ)言， 除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。 在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(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)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。到 80 年代末，交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，它將供給交流電機(jī)的工頻交流電源經(jīng)過二極管整流變成直流，再由 IGBT或 GTR 模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行，并自動(dòng)適應(yīng)變負(fù)荷的條件。 變頻調(diào)速及 PLC 在供水行業(yè)中的應(yīng)用 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用 作為高性能的調(diào)速傳動(dòng)，直流發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法長(zhǎng)期以來(lái)一直 應(yīng)用廣泛。這種情況造成用水高峰期時(shí)供水壓力不足，用水低峰期時(shí)供水壓力過高，不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 1 目 錄 第一章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展 ???????????? 1 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義 ????????????????? 1 變頻調(diào)速及 PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用 ??????????????? 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 ?????????????????????? 11 第二章變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 ????????????????? 13 供水系統(tǒng)概述 ????????????????????????? 14 變頻 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)分析 ??????????????????? 16 變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 ??????????????????? 19 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 ???????????? 20 調(diào)速范圍的確定 ???????????????????????? 21 本章小結(jié) ??????????????????????????? 24 第三章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ??????????????? 26 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ???????????????????????? 27 工 作流程與工作過程 ?????????????????????? 29 系統(tǒng)的控