【正文】 機控制，電動機調(diào)速方式最常見的有調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速。在此范圍內(nèi)，電動機的負載率在 50%~100%范圍內(nèi)變化，電動機的效率基本上都在高效區(qū)。 考察水泵的效率曲線，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效率降得過低，避免水泵在低效率段運行。 CCC HQP k? 式（ ） 兩者之差： 22j 2 QgAjP ?? 式（ ） 也就是說，采用閥門控制流量時有Δ V的功率被白白浪費了，而且損耗閥門的關(guān)小而增加。采用變頻調(diào)速控制時，管路性能曲線 R1 保持不變，水泵的特性取決于轉(zhuǎn)速，如果水泵轉(zhuǎn)速從 n0降到 n1，水泵性能曲線從 n0 平移到 n1，運行工況點沿著水泵性能曲線從 A點移到 C點，揚程從 H0下降到 H1，流量從 Q0減少到 25中水泵運行在 B點時消耗的軸功率與 H1BQ1O 的面積成正比，運行在 C 點時消耗的軸功率與 H2CQ1O 的面積成正比，從圖 23上可以看出，在流量相同的情況下，采用變頻調(diào)速控制比恒速泵控制節(jié) 能效果明顯。當(dāng)上下水位確定后，管路所需要的水損失就等于上下水位差（即實際揚程 H）加上管路損失： ssj H?? HHX 式（ ） 由式（ ）可以得到如圖所示的 HsQ管路性能曲線 圖 22 水泵工作點的確定 水泵運行工況點 A 是水泵性能曲線 n1 和管道性能曲線 R1 的交點。當(dāng)水泵管路系統(tǒng)去掉后，相應(yīng)的 y， j， L， A等參數(shù)都能去頂， S 也就確定了。 222 1h SgALQs ??? ? 錯誤 !未找到引用源。 由流體力學(xué)知：管網(wǎng)壓力 P、流量 Q 和功率 N的關(guān)系為： N=PQ 由功率與水泵 電機轉(zhuǎn)速成三次方正比關(guān)系，基于轉(zhuǎn)速控制比，基于流量控制可以大幅度降低軸頻率。 目前水泵電機絕大部分是三相交流異步電動機，根據(jù)交流電機的轉(zhuǎn)速特性，電機的轉(zhuǎn)速 n 為： n=120(1s)/p 式（ ） 式中 s為電機的轉(zhuǎn)差率（ s=）， p 為電機極對數(shù)， f為定子供電頻率。 采用變頻恒壓供水系統(tǒng)除可節(jié)能外，還可以使水泵組啟動，降低了起動電流，避免了對供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊負荷，提高了供水供電的安全可靠性。根據(jù)以上分析表明，選擇供水管網(wǎng)最不利 點允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過壓力傳感器以獲得壓力信號，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)相結(jié)合，達到最佳節(jié)能效果。 根據(jù)水泵相似原理 ： Q1/Q2=n1/n2 H1/H2=(n1/n2)*2 P1/P2=(n1/n2)*3 式 （ ） 式中， Q、 H、 P、 n 分別為泵流量、壓力、軸功率和轉(zhuǎn)速。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 (3)水泵變速運轉(zhuǎn)，靠管網(wǎng)取不利點壓力恒定來控制；此時，當(dāng)用水量由 Qmax下降到 Q1 時，水泵降低轉(zhuǎn)速，水泵的特性曲線 n1，其工況點為 d點，正好落在管網(wǎng)特性曲線 A0上，這樣可以使水泵 的工作點式中沿著 A0 滑動，管網(wǎng)的服務(wù)壓力 H0 恒定不變，其揚程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒有能量的浪費。在水量到達 Q1 時，相應(yīng)的水泵特性趨向為nx。但由于采用泵出口壓力恒量方式工作。 圖 21 節(jié)能分析曲線圖 (1)水泵全速運轉(zhuǎn)，靠關(guān)小泵出口閥門來控制；此時，管路阻力特性曲線變陡（ A2），水泵的工況點由 b 點上滑到 c 點，而管路所需的揚程將由 b 點滑到 d點，這樣 c點和 d 點揚程的差值即為全速水泵的能量浪費。當(dāng)用水量達到最大 Qmax 時，水泵全速運轉(zhuǎn)，出口閥門全開，達到了滿負荷運行，水泵的特性 n0 和用水管特性曲線 A0匯交于 b點，此時，水泵輸出口壓力為 H，末端服務(wù)壓力剛好為 H0。 由水泵的工作原理可知：水泵的揚程與水泵電機的轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的流量與水泵電機的轉(zhuǎn)速成正比，水泵的軸功率等于水泵流量與揚程的乘積，所以水泵的軸功率與水泵（電機）的轉(zhuǎn)速的三次方成正比（即水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比）。 11KW，電動機 3 臺。 。 。 。/人日） 450 500 600 700 800 1000 本系統(tǒng)的技術(shù)指標以下所示： ，在保證最高樓層（ 38 米）供水條件下，使供水壓力維持在 左右，最大供水壓力為 MPa，最小供水壓力為，壓力允許波動范圍為177。根據(jù)表 21 和表 22 分別確定用水量標準為 ，最大用水量為 175m3/h,根 據(jù)供水壓力公式 P=（ +*樓層數(shù)） MPa 得 11層樓的供水壓力應(yīng)該為 ，取 。變頻調(diào)速技術(shù)在給水泵站上的應(yīng)用，成功的解決了能耗和污染兩大難題。在供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利水電的水壓要求來確定相應(yīng)的揚程設(shè)計，然后泵組根據(jù)流量變化情況來選配，并確定水泵的運行 方式。 目前交流電機變頻調(diào)速技術(shù)是一項業(yè)已廣泛應(yīng)用的技能技術(shù)，由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的性能有了極大的提高，它可以實現(xiàn)控制設(shè)備軟啟停，不僅可以降低設(shè)備故障率，還可以大幅縮減電耗，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運行。 用湊試法確定 PID參數(shù)不需要知道系統(tǒng)模型。 控制算法的設(shè)計：由于供水系統(tǒng)難于確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型且具有非線性、高階次、大滯后、參數(shù)易變等特點。單片機獲得測量值后通過算法計算出頻率值。 恒壓供水的實現(xiàn) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計：系統(tǒng)為壓力反饋的單閉環(huán)控制。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。 (2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍 變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類： (1)小區(qū)供水 (加壓泵站 )變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小 區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在 135kw 以下，控制系統(tǒng)簡單。通過 在供水水泵加裝變頻調(diào)速器裝置，則可以一勞永逸的解決好上述問題，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制，使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，并可通過變頻節(jié)能收回投資。 90 年代隨著電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了單片機控制變頻調(diào)速供水設(shè)備，通過自動調(diào)壓調(diào)頻，自動控制水泵轉(zhuǎn)速達到水壓保持恒定。其工作原理是由壓力表測氣壓罐壓強，由水位控制器保證水位，由壓力和水位兩參數(shù)控制電機，進行補氣補水。其缺點是： （ 1）投資大，蓄水量有限； （ 2）是不利于維護和抗震； （ 3）容易造成二次污染，對當(dāng)今用水量增大，用地緊張情況更顯出了不足。因而各種供水設(shè)備應(yīng)運而生。但是受到輸水管線和供水設(shè)備的限制，供水壓力和高峰流量都滿足不了用戶的要求。 供水系統(tǒng)在設(shè)計時是按現(xiàn)場最大供水需求（及最大工況）來考慮的，供水水泵的運行工況也相同，即按單機的最大供水需求量來考慮的；在實際使用中有很多時間水泵都需要根據(jù)實際工況進行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是用開停補（減）泵及開關(guān)閥門的方式進行調(diào)節(jié)，用開停補（減）泵會有啟動沖動電流，開關(guān)閥門進行調(diào)節(jié)增大了系統(tǒng)的節(jié)流損失，且對系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)也是階段性的，調(diào)節(jié)速度緩 慢，減少損失的能力很有限也使整個系統(tǒng)工作在波動狀態(tài)，對于供水系統(tǒng)超壓爆管這類故障幾乎無能為力。單片機控制高樓供水主要有調(diào)壓調(diào)速和變頻控制。高樓供水技術(shù)的發(fā)展對于水資源的節(jié)約和合理利用有著極其重要的意義。 目前的高樓供水系統(tǒng)中，有許多種供水方式：組合泵供水、調(diào)節(jié)閥門供水、高位水塔供水等。恒壓供水系統(tǒng)目前 在國內(nèi)外 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究中，大容量恒壓供水系統(tǒng)存的水壓閉環(huán)控制和變頻電源 與工頻電源的無擾動平穩(wěn)切換問題沒有得到根本性的解決。本文根據(jù)目前單片機控制的恒壓控制系統(tǒng)的 研究現(xiàn)狀 ，充分利用現(xiàn)代化新型、先進的元器件和最新的智能控制理論與算法，將變頻調(diào)速技術(shù)和單片機技術(shù)融合到一起。 目前，國內(nèi)外許多 電力 拖動場合已將矢量控制的變頻器廣泛應(yīng)用于通用 機械、紡織、印染、造紙、軋鋼、化工等行業(yè)中交流電動機的無級調(diào)速，已明顯取得節(jié)能效果并滿足工藝和自動調(diào)速要求。但是，過去由于各種原因，如變頻器的價格、質(zhì)量、容量等因素的約束，沒有得到廣泛應(yīng)用。 本文采用了交流變頻調(diào)速裝置和壓力傳感器構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，由單片機控制實現(xiàn)高樓全自動恒壓供水。據(jù)粗略 的 統(tǒng)計，電機消耗了美國一半 以上的能量。 全球溫度正呈現(xiàn)上升的趨勢，更加有效地利用能源成為當(dāng)務(wù)之急。研究高樓供水技術(shù)對于水資源的合理利用和電能的節(jié)約有著極其重要的意義。高 樓供水技術(shù)的發(fā)展對于水資源的節(jié)約和電能的合理利用有著極其重要的意義。 建筑給水排水是給水排水工程三大支柱之一 ，它是與人民生活、 社會生產(chǎn)、 衛(wèi)生安全息息相關(guān)的一門學(xué)科。 隨著人們生活水平的提高、高層建筑的快速發(fā)展，高樓供水系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多；水資源卻在不斷減少，能源的需求不斷提高，水資源、能源的節(jié)約和合理利用就擺在重要位置。隨著變頻器的日益廣泛應(yīng)用，恒壓變頻供水成套設(shè)備也日益完善、增多，小區(qū)或大樓供水系統(tǒng)中采用定壓變頻供水的方案也逐漸增多。以前是用供水水塔或高位水箱來保證供水系統(tǒng) 的 壓力恒定。通常還包括抽升設(shè)施（如排水泵站）。 排除人 類生活污水和生產(chǎn)中的各種廢水、多余的地面水的工程。 ② 取水 建 筑物。有地表水、地下水和再用水。由給水水源、 給 水構(gòu)筑物、輸水 管 道、給水處理廠和 給水管網(wǎng)等 組成，具有取水 集 水 和輸送原水、改善水質(zhì)的作用。這種由單片機來控制的變頻調(diào)速恒壓供水電路 ,不但使水壓恒定 ,節(jié)電節(jié)水 ,系統(tǒng)維修工作量小，而且占地面積小 ,成本低 , 投資省 ,操作方便 ,運行可靠，非常適合于高層建筑和生活小區(qū)供水。文中對系統(tǒng)的工作原理進行了闡述，并對算法流程進行了設(shè)計。 本文介紹了一種基于單片機控制的高樓變頻恒壓供水系統(tǒng)。 I 摘要 隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水量急劇增 加，水資源的節(jié)約和合理利用顯的及其重要。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 無塔變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計 TOWERLESS FREQUENCY CONVERSION CONSTANT PRESSURE WATER SUPPLY SYSTEM DESIGN 學(xué)生姓名 班 級 學(xué)院名稱 機電工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機 械 設(shè)計制造 及 其 自 動 化 指導(dǎo)教師 2021 年 5 月 22 日 圖 書 分類號： 密 級： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究 工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機 構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 恒壓供水技術(shù)的發(fā)展對于水資源的節(jié)約和電能的合理利用有著非常重要的意義。系統(tǒng)以單片機為核心，通過對變頻器和交流接觸器的控制，實現(xiàn)高樓全自動恒壓供水。 系統(tǒng)根據(jù)用水量的多少由單片機來控制運行的水泵數(shù)目 ,變頻調(diào)節(jié)水泵機組的轉(zhuǎn)速 ,保證供水系統(tǒng)的水壓恒定 ,可以避免管網(wǎng)的壓力超出設(shè)定壓力從而引起設(shè)備的損壞；變頻調(diào)速可以使水泵機組實現(xiàn)循環(huán)軟啟動防止頻繁啟動時 ,啟動電流對供電 系統(tǒng)和配電設(shè)備產(chǎn)生沖擊 ,使電氣設(shè)備、水泵機組和管道的使用壽命得到了延長。 關(guān)鍵詞 恒壓變頻供水；單片機；變頻器；自動控制 徐