【正文】 第二章 變頻恒壓 供水所用水泵主要是離心泵，而普通離心泵如圖 所示 :葉輪安裝在泵殼 2內(nèi)，并緊固在泵軸 3 上，泵軸由電機直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口 4 與吸入管 5 連接，液體經(jīng)底閥 6 和吸入管進入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口 8 排出管 9 連接。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。液體 由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中。 水泵的調速運行構建，是指水泵在運行中根據(jù)運行環(huán)境的 需要，人為的改變運行工作狀況點 (簡稱工況點 )的位置，使流量、揚程、軸功率等運行參數(shù)適應新的工作狀況的需要。因此，只要這兩條曲線之一的形狀或位置有了改變，工況點的位置也就隨之改變。 水泵的調節(jié)方式與節(jié)能的關系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度的節(jié)流調節(jié)方式，即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進行調節(jié)。大量的統(tǒng) 計調查表明，一些在運行中需要進行調節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，往往是由于采用不合適的調節(jié)方式。氣水泵的調節(jié)方式可分為恒速調節(jié)與變速調節(jié)系統(tǒng)。 節(jié)流調節(jié)優(yōu)點是調節(jié)簡單、可靠、方便，且調節(jié)裝置的初投資很少，故以前各種離心泵多采用這種調節(jié)方式。 (2)動葉調節(jié) 采用動葉調節(jié)的水泵，在泵的輪毅內(nèi)部安裝動葉調節(jié)機構，從而使動葉調節(jié)得以實現(xiàn)。動葉調節(jié)的優(yōu)點是 :在調節(jié)過程中其效率變化很小，能在較大范圍保持高效率。成本高，通常適用大容量水泵 ，對中小供水廠的水泵通常不適用。缺點是 :不能實現(xiàn)連續(xù)調節(jié)、需要大量的機泵進行合理搭配、隨著供水量的變化要不斷啟停電機 。因此，目前此種方法雖大量使用，但正逐步被新的流量調節(jié)方式取代。供水系統(tǒng)電機直接啟動與變頻啟動的對比表如表 所示。根據(jù)揚程特性曲線和管阻特性曲線可以看出 用水流量和供水流量處于平衡狀態(tài)時系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 水泵的基本參數(shù)和特性 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，供水壓力是通過對變頻器輸出頻率的控制來實現(xiàn)的。送水泵站所采用的水泵是離心泵，它是通過裝有葉片的葉輪高速旋轉來完 成對水流的輸送，也就是通過葉輪高速旋轉帶動水流高速旋轉，靠水流產(chǎn)生的離心力將水流甩出去。在給水排水工程中，從使用水泵的角度來看，水泵的工作必然要和管路系統(tǒng)以及許多外界條件聯(lián)系在一起 .在給水排水工程中，把水泵配上管路以及一切附件后的系統(tǒng)稱為 “裝置”，在控制系統(tǒng)的設計中，真正對系統(tǒng)的分析和設計有價值的也是這種成為系統(tǒng)的裝置，而不是單單的孤立水泵。常用單位是時 /m 訪。其常用單位是 m。 供水功率 (幾 ):供水系統(tǒng)向用戶供水時所消耗的功率幾你叨，供水功率與流量和揚程的乘積成正比 : 式中 Cp 一 比例常數(shù)。這里所說的水泵工作效率，實際上包含了水泵本身的效率和供水系統(tǒng)的效率。 其中有效功率是指單位時間內(nèi)通過水泵的液體從水泵那里得到的能量叫做有效功率。 根據(jù)水泵理論，如圖 所示 . 水泵調速運行的節(jié)能原理 由于水泵在送水過程中，清水池水位一般高于水泵的測量點，所以不存在進水口抽真空，所以在進水口的真空值為 ，位置差為 0?？紤]這些具體情況，上式可以改寫為 : 由于水 泵是由一臺交流感應電動機帶動運行的，電機的轉速與水泵的轉速相同。在電機理論中，感應電機的機械 功率 為 : 在變頻調速時，由于磁通中 m 不變，從電機公式 (212)可以看出，要使主磁 通中 m 保持不變，則 UI/fl 必須保持不變。所以， 從上式可以看出，當變頻器的輸出頻率一定的情 況下，當用戶用水量增大，從而 Q 增大時，壓力表的讀數(shù)將會變小，即管網(wǎng)供水壓力將會降低。當用戶的用水量減小時， Q 減小，在變頻器輸出頻率不變的情況下，管網(wǎng)的供水壓力將會增大，為了減小供水的壓力，就必須降低變頻器的輸出頻率 .由于用戶的用水量是始終在變化的，雖然在時段上具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，但對精度要求很高的恒壓控制來講，在每個時刻它都是一個隨機變化的值。 第三章 系統(tǒng)概述 供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。變頻調速技術是一種新型成熟的交流電機無極調速技術，它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應用于速度控制領域，特別是供水行業(yè)中。恒壓供水方式技術先進、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高 ，在泵站供水中可完成以下功能： （ 1）維持水壓恒定 ； （ 2）控制系統(tǒng)可手動 /自動運行 ； （ 3）多臺泵自動切換運行 ； （ 4）系統(tǒng)睡眠與喚醒，當外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒 ； （ 5）在線調整 PID 參數(shù) ； （ 6） 泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等 ； 控制系統(tǒng)的組成 供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器 (P 比統(tǒng) )、變頻器和電控設備三個部分 ,如圖 a、在恒壓供水節(jié)電智能控制系統(tǒng)中 ,通過三菱變頻器實現(xiàn)調整水泵的轉速來調整水泵的壓力和流 量，在一天當中除了供水高峰時段外，其它時間都是運行在很低的頻率狀態(tài)下，即使在用水高峰時段也未必是運行在 50Hz，因此可以大幅度的節(jié)能。 圖 恒壓供水控制系統(tǒng)的組成 恒壓供水系統(tǒng)的機理及調速泵的調速原理 恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有 1 臺變頻器控制 1 臺水泵的簡單控 制方案，也有 1 臺變頻器控制幾臺水泵的方案，下面將分別加以敘述： . 單臺變頻器控制單臺水泵 : 單臺變頻器控制單臺水泵的控制方案在國內(nèi)通常是指是一臺變頻器控制一臺水泵。該控制方案的控制原理框圖見圖 ，電路見圖 。在這種系統(tǒng)中，由于有多臺變頻器，各水泵既可以同時變頻運行，也可以分別工頻運行，使其可靠性、安全性、可調節(jié)性大大優(yōu)于國內(nèi)常見的各種控制方式，不過 在成本上，也遠遠高于目前國內(nèi)的常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)。下面以單臺變頻器控制 2 臺水泵的方案來說明。 系統(tǒng)功能說明 控制系統(tǒng)的工作原理如下 :根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制 2 臺水泵按 1 一2 一 3 一 4 一 1 的順序運行，以保證正常供水。當用 水量增加，變頻器輸出頻率增加，則 1 號泵電機的轉速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有 1臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)， 1 號泵從變頻器電源轉換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動 變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動兩臺大功率電動機，可在變頻和工頻兩種方式下運行；一臺低功率的電機，作為輔助泵電機，啟動方式：為避免啟動時的沖擊電流，電機采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。 變頻調速：根據(jù)供水 管網(wǎng)流量、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調節(jié)電動機和水泵的轉速，實現(xiàn)恒壓供水。 多泵切換：根據(jù)恒壓的需求，采用無主次切換，即“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。當工頻泵臺數(shù)為零，有一臺運行于變頻狀態(tài)時，啟動計時器，當達到 3小時時，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。 故障處理：能對水位下限，變頻器、 PLC 故障等報警。 系統(tǒng)由變頻器、 PLC和兩臺水泵構成。具有自動 /手動切換功能。 控制過程：水路 管網(wǎng)壓力低時，變頻器啟動 1泵，至全速運行一段時間后，由遠傳壓力表來的壓力信號仍未到達設定值時， PLC 控制 1泵由變頻切換到工運行，然后變頻啟動2泵運行，據(jù)管網(wǎng)壓力情況隨機調整 2泵的轉速，來達到恒壓供水的目的。至管網(wǎng)壓力又低時，將 2泵由變頻切為工頻運行，變頻器啟動 1泵，調整1泵的轉速，維修恒壓供水。 圖 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的特點 恒壓供水是指用戶段不管用水量大小總保持管網(wǎng)水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位的用戶對水的需求，又不使電動機空轉，造成電能的浪費。 同樣，如水壓在上限值，若３臺泵（假設為 1＃、 2＃和 3＃）運行時， 3＃泵變頻運行降到 ，此時水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使 1＃泵停止， 3＃泵變頻器頻率從 迅速上升，若此后水壓仍處于上限值 ，則延時一段時間后使 2＃泵停止。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調節(jié)。而我們這次的設計的系統(tǒng)中，要求直接停工頻泵，同時由變頻器迅速調節(jié)，只要參數(shù)設置合適，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止水壓的大范圍波動及 水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象，提高供水品質。 ACS 600 系列變頻器是 ABB公司采用直接轉矩控制（ DTC）技術，結合諸多先進的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。 主要技術數(shù)據(jù)： 功率范圍： 電源電壓：