【正文】 因而 得用下式來(lái)計(jì)算變頻器的頻定電流。②電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求。而 LS()倍的 額定電流，可持續(xù)眾 sn血。③ 額定視在功率。 在變頻電機(jī)選擇上，考慮第一水廠作為全城的輔助水廠，在每天夜 間會(huì)停機(jī)， 并在啟機(jī)后會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間采用較小流量補(bǔ)水，這時(shí)采用小功率電機(jī)變頻，電機(jī)功 率相對(duì)會(huì)低一些，因此，從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用角度，采用變頻一拖二，帶一臺(tái) Y315/160kw 電機(jī)和一臺(tái) Y2805刀 skw 電機(jī)，既可以滿足最大供水量要求，也可以解決小流量 時(shí)電耗問(wèn)題，是比較適宜的變頻機(jī)泵選擇方案。 第一水廠日常主供機(jī)組有三臺(tái)，備用電機(jī)有一臺(tái)，可以采用的變頻方式有一 拖二 (即一臺(tái)變頻器帶二臺(tái)電機(jī) )、一拖三、一拖四三種。 (1)供水環(huán)境的變化一直比較難以長(zhǎng)期掌握，第一水廠供水量在改造后有可 能發(fā)生變化導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行方式發(fā)生變化，從而影響變頻恒壓供水的使用效果。如果以第一水廠電價(jià)。 早期國(guó)內(nèi)變頻器價(jià)格偏高，隨著小容量低壓變頻器在國(guó)內(nèi)的量產(chǎn)，價(jià)格己逐步下降，目前 300kw 左右的國(guó)產(chǎn)低壓變頻器價(jià)格一般均在 10萬(wàn)元以下，進(jìn)口變 頻器價(jià)格一般要高 1一 2倍，考慮到第一水廠變頻恒壓供水改造為主力水廠進(jìn)行變 頻改造試驗(yàn)的性質(zhì)，采用性能成熟的國(guó)產(chǎn)低壓變頻器更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也是第一水 廠所能接受的 . 從第二章的分析可以看出，變頻供水具有良好的節(jié)能效果，按目前第一水廠 平均每日機(jī)泵切換次數(shù)為 3~4次，掩閥次數(shù)為 3~4次，所掩閥時(shí)間大約每日在 3碑 小時(shí)，掩閥水量約為額定流量的 80%。 供水行業(yè)作為特殊行業(yè)，在采用新技術(shù)的同時(shí)，對(duì)技術(shù)穩(wěn)定性、可靠性也有 較高要求，變頻恒壓供水技術(shù)雖然出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)，但 20 世紀(jì) 90年代，變頻器大規(guī) 模進(jìn)人中國(guó)后，發(fā)展迅速，技術(shù)上己逐步成熟 .目前國(guó)內(nèi)有 90多個(gè)品牌的變頻器， 產(chǎn)品主要為 :來(lái)自日本的廠家如三菱、富士、東芝、安川、日立和松 下等，歐洲的西 門子、 ABB、施耐德等。在實(shí)際操作中，由于操作中有時(shí)采用了人工機(jī)組切換方式對(duì)供水量和供 水壓力進(jìn)行控制，機(jī)組切換中，就會(huì)造成壓力值的短時(shí)損失，從而影響供水 . 經(jīng)實(shí)測(cè)，第一水廠 Y315電機(jī)啟動(dòng)電流在 1200A以上， Y280s 電機(jī)啟動(dòng)電流 在 500A 以上，對(duì)電機(jī)具有一定的沖擊作用。 3)在供水量超過(guò) 900立方米時(shí)，根據(jù)操作人員不同，采用兩種方式，一種是 一臺(tái) Y315LI一 4/160kw電機(jī)帶動(dòng) 300558水泵加上采用一臺(tái) Y280s一胡 skw電機(jī)帶 動(dòng) 250539水泵供水，另一種兩臺(tái) y315LI一 /160kw 電機(jī)帶動(dòng) 300555水泵供水， 在小時(shí)流量在 1100立方米以下時(shí)，操作人員采取了掩閥的運(yùn)行方式。但在白天供水高峰，通常供水量會(huì)達(dá)到 1000立方米以上。 4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4， 1樂(lè)山市第一水廠的現(xiàn)況 樂(lè)山市第一水廠為樂(lè)山城市北部的一個(gè)供水廠，設(shè)計(jì)供水能力 3萬(wàn)立方淞 日，是典型的中小供水廠，第一水廠曾是樂(lè)山老城區(qū)的供水主力水廠，隨著城市 的發(fā)展，第一水廠的供水地位有所下降，目前主要承擔(dān)輔助性供水任務(wù)，日供水 量在 1一 2萬(wàn)立方米，合理供水壓力在 ~04MPa之間 .小時(shí)供水量在 500、 1000 立方湘小 時(shí)，夜間 1一 2時(shí)會(huì)停機(jī)，重新啟動(dòng)后有 2一 3小時(shí)的小流量補(bǔ)水運(yùn)行，這 時(shí)的流量在 100一 400立方湘小時(shí)。如果切換條件不能夠維持延時(shí)時(shí)間的要求，說(shuō)明判別條件的 滿足只是暫時(shí)的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。 這兩種情況都可能使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)比較短的時(shí)間內(nèi)滿足，造成 判斷上的失誤，引起機(jī)組切換的誤操作。考慮到只有當(dāng)變頻器的輸 出頻率在上下限頻率時(shí)才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時(shí)不可能減泵，下限 頻率 時(shí)不可能增泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進(jìn)行判別如圖 3_7表示 即 :如果變頻器的輸出為上限頻率，則只有當(dāng)實(shí)際的供水壓力低于比設(shè)定壓 力小△ P 故 的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組增加 :如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當(dāng) 實(shí)際的供水壓力高于比設(shè)定壓力大△ P故 的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組的減少。 對(duì)于第二個(gè)判別條件，通過(guò)相同的討論方法也能夠得到類似的結(jié)論。假設(shè)這一 段時(shí)間內(nèi)用戶的用 水狀況保持不變 (其實(shí)在一個(gè)穩(wěn)定的供水時(shí)段可以看作這種情況 )，那么按照要求 停掉了一個(gè)工頻狀態(tài)下運(yùn)行的機(jī)組之后，機(jī)組的整體運(yùn)行情況與增加運(yùn)行機(jī)組之 前完全相同 .可以預(yù)見(jiàn)，如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動(dòng)投切的 機(jī)組將一直這樣投入一切出，再投入 ~再切出地循環(huán)下去。 首先把上面的判別 條件簡(jiǎn)寫(xiě)如下 : 對(duì)于第一個(gè)判別條件，可能出現(xiàn)這種情況 :輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，實(shí)際 供水壓力在設(shè)定壓力上下波動(dòng)。另外，變頻器的 輸出頻率不能 夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是 OHz。那么何時(shí)進(jìn)行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時(shí)使機(jī) 組不過(guò)于頻繁的切換 ? 盡管通用變頻器的 頻率都可以在 60Hz甚于上百 Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它 用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無(wú)限地增大和減小。 目前多數(shù)的 PLC一般都具有 PID模塊或 PID指令，能實(shí)現(xiàn) PID控制功能。 (3)PID算法的 P比實(shí)現(xiàn) PID控制是一種負(fù)反饋控制，具有一般閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)負(fù)反 饋?zhàn)饔檬贡豢叵到y(tǒng)趨于穩(wěn)定。為此，還可以將式 ()改寫(xiě)成另外一種形 式 : 總之，增量式算法只需要保留現(xiàn)時(shí)以前三個(gè)時(shí)刻的偏差值即可。 式 (3， 3)表示的控制算法是直接按定義計(jì)算的 .它直接給出了全部控制量的大 小，所以稱為直接全量式 (或稱位置式 )PID控制算法。自從微機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以 來(lái)，只要對(duì)式 ()所示模擬 PID控制 規(guī)律，作適當(dāng)?shù)慕谱儞Q，以適合微機(jī)運(yùn)算，就可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) PID調(diào)節(jié) .這 樣就提供了更大的靈活性，從而在微機(jī)控制中得到廣泛的應(yīng)用。因此微分作用的加入有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 TI必須根據(jù)控制的具體要求來(lái)選定。因此，即使不加上適當(dāng)?shù)目? 制常量 u。否則，單用比例調(diào)節(jié)器會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)誤差‘靜差 )一 y構(gòu)成控制偏差，為 PID控制器的輸入， u為 PID控制器的 輸出，也是被控對(duì)象的輸入。隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展， PID控制算法己能在微機(jī)上 簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。 PD 的 算法和實(shí)現(xiàn)將在 3一 ，電機(jī)的增減控制算法在將在 析。按照先啟動(dòng)先停 止，后啟動(dòng)后停止的原則運(yùn)行，使水泵能循環(huán)運(yùn)行，通過(guò)可編程序控制器的編程， 使各臺(tái)水泵的運(yùn)行概率相同，避免出現(xiàn)某臺(tái)水泵經(jīng)常工作，而其他水泵經(jīng)常停歇， 甚至受潮和生銹的情況 I32H3slo 1水壓控制流程 在變頻恒壓供水中，整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據(jù)檢測(cè)到的輸入信號(hào)的 狀態(tài)，按照系統(tǒng)的控制流程，通過(guò)變頻調(diào)速器和執(zhí)行元件對(duì)水泵組進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn) 恒壓供水的目的。 此時(shí)又需要啟動(dòng) 1臺(tái)定速泵，由 1臺(tái)變速泵與 1臺(tái)定速泵同時(shí)工作，循環(huán)往復(fù)。 2臺(tái)水泵中， 1臺(tái)是由變頻器供電的變速泵，另外 1臺(tái)為普通交流電壓供電 的定速泵。 當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則 2 號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有 1 臺(tái)水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此 時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)的控制， 2 號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng) 1號(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4. 當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4時(shí)，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有 1臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時(shí)，通過(guò)控制系 統(tǒng)的控制， 2號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng) 1號(hào) 泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4。該控制方案的控制原理見(jiàn)圖 。 值得一提的 是，在國(guó)外或國(guó)內(nèi)少數(shù)大企業(yè)，也有一種每臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵的運(yùn)行方式，但它的控制方式與上面是不同的，這些泵站往往是同時(shí)配備了多臺(tái)變頻器配多臺(tái)水泵，采用集中控制的辦法，這種變頻系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)水泵站常用的一臺(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵的工作方式是完全不一樣的。由于本系統(tǒng)能適用于 不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、 變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào) 警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由 P比 判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要 的損失。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn) 行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。 2)變頻固定式 :變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在 50Hz 時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái) 恒速水泵，變頻器不做切換，變 頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇。 (3)報(bào)警信號(hào) :它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是 否 有異常，該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。 (2)液位信號(hào) :它反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。 (2)恒速泵 :水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定，它們用以在用水量增大而 調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充 . 此外，通常一些變頻系統(tǒng)還會(huì)增設(shè)附屬小泵，它只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀 態(tài)，用以在用水量很小的情況下 (例如 :夜間 )對(duì)管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補(bǔ)充 . 在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括水壓信號(hào)、液位信號(hào)和報(bào)警信號(hào) : (l)水壓信號(hào) :它反映的是 用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反 饋信號(hào)。同時(shí)由于 P比 的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng) 的可靠性大大提高。 (3)通用變頻器 +PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制卜人機(jī)界面 +壓力傳感器 這種控制方式靈活方便。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺 乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的 小容量場(chǎng)合。 3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理 從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、 變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成 .系 統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利 用恒壓控制單元使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒 定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù) 進(jìn)行傳輸。供水系統(tǒng)電機(jī)直接啟動(dòng)與變頻啟動(dòng)的對(duì)比表如表 。 水錘效應(yīng)的消除 .無(wú)疑可大大延長(zhǎng)水泵及管道系統(tǒng)的壽命。圖中，曲線 1是異步電動(dòng) 機(jī)的機(jī)械特性，曲線 2是水泵的機(jī)械特性，陰影部分是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 T (即兩者之差 ). 由圖 “可知，水泵在直接啟動(dòng)過(guò)程中，拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩寫(xiě)的大小如陰影 部分所示，是很大的。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞閥門和固定件 。這意味著在 ，水的流量從零猛增到額定流量。 這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的另外一個(gè)方面 1川 4311. 圖 “兩種常見(jiàn)調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和常見(jiàn)變頻器的 效率一轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低 (例 如 :額定轉(zhuǎn)速時(shí)效率 ， 75%轉(zhuǎn)速時(shí)效率約 ， 20%轉(zhuǎn) 速時(shí)效率約 019)，而 變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時(shí)效率仍然較高 (例如 :額定轉(zhuǎn)速時(shí)效率住 97，了 5%以上 轉(zhuǎn)速時(shí)效率大于 ， 20%以上轉(zhuǎn)速時(shí)效率大于 )。因此，在決定額定揚(yáng)程和 額定流量時(shí)，通常裕量較大。 據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對(duì)值 (1)水泵工作效率的近似計(jì)算公式 丫的近似計(jì)算公式如 (): 流量和轉(zhuǎn)速的相對(duì)值 : (2)不同控制方式時(shí)的工作效率 由式 (，當(dāng)通過(guò)關(guān)小閥門來(lái)減小流 量時(shí)，由于轉(zhuǎn)速不變， n’ =1，比值 ，可見(jiàn)，隨著流量的減小，水泵 工作的效率降低十分明顯。 。 閥門控制法的實(shí)質(zhì)是 :水泵本身的供水能力不變，而是通過(guò)改變水路中的阻 力大小來(lái)強(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。供水系 統(tǒng)中對(duì)水壓流量的控制，傳統(tǒng)上采用閥門調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。這就要求變頻器的輸出頻率也要在一 個(gè)動(dòng)態(tài)的變化之中，依靠對(duì)頻率的調(diào)節(jié)來(lái)動(dòng)態(tài)地控制管網(wǎng)的供水壓力，從而使管 網(wǎng)中的壓 力恒定。 因此在變頻調(diào)速過(guò)程中 .電壓應(yīng)該與頻率成正比例變化，設(shè) 代入式 ()得 根據(jù)能量守恒定律，有 水泵裝置在變頻調(diào)速的工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，有 : 其中杯為電機(jī)的效率。水泵在正常工作時(shí)，動(dòng)能的變化相對(duì)較小。其 根據(jù) 實(shí)際供水的揚(yáng)程和流量算得的功率，是供水系統(tǒng)的輸出功率。 軸功率 (幾 ):水泵軸上的輸入功率 (電動(dòng)機(jī)的輸出功率 )，或者說(shuō)是水泵取用的 功率。 在水泵結(jié)構(gòu)和理論中，有一些評(píng)價(jià)水泵性能的參數(shù)，供水系統(tǒng)的主要參數(shù)如 下 : 流量 (Q):單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道內(nèi)某一截面的水流量，在管道截面不變的情況 下，其大小決定于水流的速度。 確定供水壓力和輸出頻率的關(guān)系是設(shè)計(jì)控制環(huán)節(jié)控制策略的基礎(chǔ)，是確定控制算 法的依據(jù)。基于這個(gè)原理， 變頻調(diào)速就是用晶閘管等變流元件組成的變頻器作為變頻電源，通過(guò)改變電源頻 率的辦法，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。此外，變極電