浅谈变频器在恒压供水系统中的应用

浅谈变频器在恒压供水系统中的应用

摘要：在“高产、高能、高效”的三高社会中，如何有效的提高经济效益成为企业的重中之重。其中，提高设备技术含量，加强技术革新是重要手段之一。本文主要阐述变频器在工厂恒压供水系统中的应用，分析了恒压供水系统的工作原理及其系统功能。

关键词：变频器 恒压供水系统 工作原理

l 引言

恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。

随着电力电子技术的发展，电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PI 控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。

2 组成及工作原理

一般供水系统三台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵为一台小泵两台大泵组成，小泵为1 5kW大泵为30kw，三台泵的协调工作以满足供水需要。系统组成如图1所示。

图1 供水系统组成框图

该系统由一台PI_CfD两台变频器、两个压力传感器、控制柜及相关设备组

成。利用一台变频器可以控制两台30kWTJtn时变频器将进入休眠状态。“唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。经测试“休眠值”为l 0 H Z； “休眠确认时间”td：20 S： “唤醒值”7O％ 。

3．4通讯功能

该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS232或485接口PLC可选用西门子的S7—200计算机可以与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。此外该系统还具有手动／自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。

4 系统的节能分析

节能的功率可用下式表示：△p=p(0．4+0．6x—x3)其中x=Q／QO=N／N0：Q为实时水量：QO为满负荷的水量；P为满负荷的功率：NO为额定功率；N为实时功率。这里通过运行观察，统计出三台泵一天之内的运行时间为：1#泵24小时；2#泵大致运行19／J＼时：3#泵仅运行13／J＼时。如果按360天计算利用阀门来调节功率为：(30×2+15)×24×360=8000kWh；利用停止泵运转方式为：[(1 5×24)+(30×1 0)+(3 0×1 3)】×3 60=378000kW：利用变频工作时：3样泵始终处在状态为13d＼时：2#泵变频工作为7小时(3群泵不工作，2#泵工作时间)；如果水量调N8o％时计算两个泵节电量为：P×h=30X(0．4+0．6×0．8—0．83)×(13+7)X360=10800kWh：这样与第二项计算与变频节能计算时比用阀的调节节能为：8000—475200+79488=280800kWh；按每度电0．4元计算，每年可节省电费：280800×O．4=1 12320元。可见每年可节省电费约10万元左右。

5 结束语

(1)恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。

(2)由于变量泵工作在变频工况， 在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。

(3)因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。

(4)水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。

(5)由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量

决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。