【文章內(nèi)容簡介】 流罐、變頻器和傳感器等，根據(jù)網(wǎng)管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。這種變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣 壓罐供水裝置。不對(duì)市政供水管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓，適用于一切需要增高水壓、恒定流量的給水系統(tǒng)。結(jié)合使用可編程序控制器，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動(dòng)，具有短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了設(shè)備的使用壽命。采用西門子 PLC 作為主控單元。并充分利用變頻器的變頻作用，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的供給需要，達(dá)到恒壓供水的目的。改造提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果 。 恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 第二章 恒壓供水系統(tǒng)的原理 變頻器調(diào)速 變頻器的工作原理 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器 件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們公司現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 — 直 — 交方式（ VVVF 變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié) 4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。 從理論上可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速 N 與供電頻率 f 有以下關(guān)系： )1(60 spfn ?? ( P電機(jī)極數(shù) s轉(zhuǎn)差率 ) （ 21） 由上式可知，轉(zhuǎn)速 n與頻率 f成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)，只要改變頻率 f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在 0～ 50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 變頻器在工頻以下和工頻以上工作時(shí)的情況： （ 1）變頻器小于 50Hz 時(shí)，由于 I*R 很小，所以 U/F=E/F 不變時(shí)，磁通為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩和電流成正比，這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載（轉(zhuǎn) 矩）能力，并成為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 （ 2）變頻器 50Hz 以上時(shí)，通常的電機(jī)是按 50Hz 電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 (T=Te， P=Pe)變頻器輸出頻率大于 50Hz 頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于 50Hz 頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在 100Hz 時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到 50Hz 時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的 1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。 下面用公式來定性的分析 一下頻率在 50Hz 時(shí)的情況。眾所周知，對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來說， 其額定電壓和額定電流是不變的。如變頻器和電機(jī)額定值都是 : 15kW/380V/30A， 電機(jī)可以工作在 50Hz 以上。 當(dāng)轉(zhuǎn)速為 50Hz 時(shí)，變頻器的輸出電壓為 380V，電流為 30A。 這時(shí)如果增大輸出頻率到 60Hz，變頻器的最大輸出電壓電流還只能為 380V/30A。 很顯然輸出功率不變。所以我們稱之為恒功率調(diào)速。 恒壓 供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢？由于功率是角速度與轉(zhuǎn)矩的乘積。因?yàn)楣β什蛔?，角速度增加了，所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小。 [7]我們還可以再換一個(gè)角度來看：從 電機(jī)的定子電壓 (I 電流， R 電子電阻， E 感應(yīng)電勢(shì) ) （ 22） 可以看出， U、 I不變時(shí)， E 也不變。而 (k 常數(shù)， f 頻 率 ， X 磁通 ) （ 23） 所以當(dāng) f 由 5060Hz 時(shí)， X會(huì)相應(yīng)減小。對(duì)于電機(jī)來說， (K 常 數(shù) ， I 電 流 ， X 磁通 ) （ 24） 因此轉(zhuǎn)矩 T會(huì)跟著磁通 X減小而減小。 結(jié)論：當(dāng)變頻器輸出頻率從 50Hz 以上增加時(shí)，電機(jī) 的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。 （ 3）變頻器結(jié)構(gòu)電路 主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動(dòng)電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。 變頻器的功能設(shè)置 雖然水泵對(duì)系統(tǒng)調(diào)速的精度要求不高，但是要使供水系統(tǒng)運(yùn)行性能的穩(wěn)定，就需正確對(duì)待設(shè)置變頻器的各種性能。 變頻器的頻率功能的設(shè)置 （ 1） 最高頻率 水泵屬于平方率負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)矩將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重的過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等，即 Fmax=Fn=50Hz。 （ 2） 上限頻率 一般來說，上限頻率等于額定頻率值為宜。但是也可以預(yù)置得稍微低一些，原因有二：一是變頻器內(nèi)部有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，同時(shí)在 50Hz的情況下，水泵在變頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。從而增大了水泵和電機(jī)的負(fù)載，二是變頻調(diào)速系統(tǒng)在 50Hz 下運(yùn)行時(shí)，還不如直接在工頻下運(yùn)行，可以減少變頻器本身的損失。因此，將上限頻率預(yù)置為 49 或 時(shí)合適的。 （ 3） 下線頻率 在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過低，會(huì)出現(xiàn)水泵的全揚(yáng)程小于實(shí)際的，形成水泵“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，下限頻率應(yīng)定為 25— 30Hz。 （ 4） 啟動(dòng)頻率 水泵在啟動(dòng)時(shí)，如果從 0Hz 開始啟動(dòng)，水泵基本沒有壓力輸出，為減少調(diào)節(jié)時(shí)間和節(jié)約電能，應(yīng)預(yù)置啟動(dòng)頻率值為 15— 20Hz，即設(shè)置變頻器 PID 輸出值的下限為最大值的 30%— 40%。恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 （ 5）升速，降速時(shí)間控制、升速與降速時(shí)間 : 通常 , 決定升速時(shí)間的原則是 : 在啟動(dòng)過程中 ,其最大啟動(dòng)電流接近或略大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。降速時(shí)間只需和升速時(shí)間相等即可。 （ 6）暫停 ( 睡眠與蘇醒 ) 功能 : 在生活供水系統(tǒng)中 , 夜間的用水量常常是很少的 , 這時(shí) , 可使主水泵暫停運(yùn)行。當(dāng)變頻器的工作頻率已經(jīng)降至下 限頻率而壓力仍偏高時(shí) , 水泵應(yīng)暫停工作 ( 使變頻器處于睡眠狀態(tài) ) 以森蘭 RT12S 系列變頻器為例 , 當(dāng)壓力傳感器的量程為 1MPa, 而所要求的供水 壓力為 0. 2 MPa 時(shí) , 則目標(biāo)值為 20%,“睡眠值”可設(shè)定為 21%~25%( 相當(dāng)于 壓力的上限 ) , 而“蘇醒值”( 即中止暫停值 , 相當(dāng)于壓力的下限 ) 可設(shè)定為 15%— 19%。 系統(tǒng)控制方案 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖所示，它主要是由 PLC、變頻器、 PID 調(diào)節(jié)器、時(shí)間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路以及 4臺(tái)水泵等組成。通過控制柜面板 上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。 其中 PID 調(diào)節(jié)器的給定壓力應(yīng)為其最大的壓力，當(dāng)有用水情況出現(xiàn)的時(shí)候通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成 420mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入 PID 調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過 PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由 PLC 控制工作