1、概述

恒壓供水是指在供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。供水網(wǎng)系的出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高水位箱、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。

      近年來，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，其顯著的節(jié)能效果和可靠穩(wěn)定的控制方式，在供水系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。變頻恒壓供水系統(tǒng)對水泵電機(jī)實(shí)行無級調(diào)速，依 據(jù)用水量及水壓變化通過微機(jī)檢測、運(yùn)算，自動改變水泵轉(zhuǎn)速保持水壓恒定以滿足用水要求，是目前*********，合理的節(jié)能供水系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓 罐等供水方式比較，不論是投資、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有優(yōu)勢。

2、變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

（1）高效節(jié)能。與傳統(tǒng)供水方式相比變頻恒壓供水能節(jié)能30%-60%。

（2）占地面積小，投入少，效率高。

（3）配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。

（4）運(yùn)行合理，由于一天內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速下降，軸上的平均扭矩和磨損減少，水泵的壽命將大為提高。

（5）由于能對水泵實(shí)現(xiàn)軟停和軟起，并可消除水錘效應(yīng)（水錘效應(yīng)：直接起動和停機(jī)時(shí)，液體動能的急劇變?nèi)?，?dǎo)致對管網(wǎng)的極大沖擊，有很大破壞力）。

（6）操作簡便，省時(shí)省力。

3、變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用場合

（1）高層建筑，城鄉(xiāng)居民小區(qū)，企事業(yè)等生活用水。

（2）各類工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補(bǔ)水等。

（3）中央空調(diào)系統(tǒng)。

（4）自來水廠增壓系統(tǒng)。

（5）農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉。

（6）用水量變化大，供水壓力要求穩(wěn)定及各種流體恒壓控制系統(tǒng)。

4、變頻恒壓供水的節(jié)能原理

    圖1

        圖1為水泵調(diào)速時(shí)的全揚(yáng)程特性（Ｈ－Ｑ）曲線。橫坐標(biāo)為水泵流量Q，縱坐標(biāo)為水泵揚(yáng)程H。泵的揚(yáng)程和出水壓力是線形關(guān)系，因此也可近似表示為出水壓力P。H1A是恒壓線，n₁、n₂、…n₀是不同轉(zhuǎn)速下的H-Q特性?？梢?，在n₁轉(zhuǎn)速下，如果通過控制閥門開度使流量從Qa減小到Qc時(shí)，壓力將沿n₁曲線升高到D點(diǎn)。很顯然，在減少流量同時(shí)，提高了壓力(DC段是壓力升高值)。如果將轉(zhuǎn)速由n₁減小到n_3，則流量沿著恒壓線從Qa減小到Qc時(shí)，而壓力沒變。

       據(jù)水泵的特性曲線公式：

P_L=QρH/η_b·η×10^-3-------------------------(1)

         式中： P_L─水泵使用工況軸功率（ｋＷ）；

　　　           Q─泵每秒排出的流量；

           ρ─液體的比重（N/m³），水的比重ρ=9810 N/m^3；

           H─泵的揚(yáng)程；

          η_b─泵的效率；

        η─傳動機(jī)構(gòu)的效率；

        可以求出運(yùn)行在D點(diǎn)和運(yùn)行在C點(diǎn)的水泵工況軸功率分別為：

    P_D= Q_CΡH₂/η_b·η×10^-3----------------(2)

    P_C= Q_CΡH₁/η_b·η×10^-3----------------(3)

         兩者之差為：

   ΔP= P_D－P_C= Q_CΡ(H₂－H₁)/η_b·η×10^-3------(4)

      也就是說，用閥門控制流量時(shí)，有ΔＰ功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，根據(jù)流量Ｑ、揚(yáng)程Ｈ、功率Ｐ和轉(zhuǎn)速Ｎ之間的關(guān)系，有：

Q₂ / Q₁=N₂ / N₁

H₂ / H₁=(N₂ /N₁ )² ----------------(5)

P₂ / P₁=( N₂ / N₁ )³

      由 （５）式可知，流量Ｑ與轉(zhuǎn)速Ｎ的一次方成正比；揚(yáng)程Ｈ與轉(zhuǎn)速Ｎ的平方成正比；軸功率Ｐ與轉(zhuǎn)速Ｎ的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速成３次方的關(guān)系下降。如果不是用 關(guān)小閥門的方法，而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來，那么在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況下，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，從而獲得圖１中H2-H1-C-D矩形區(qū)域大小的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)能原理。  

      變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系：

          N=60f(1-s)/p  ----------------(6)

       由（６）式可知，均勻改變電動機(jī)定子繞組的電源頻率ｆ，就可以平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。

5、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

目前水泵控制系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術(shù)，大部分是采用閉環(huán)調(diào)速控制，即自動采集外界條件的變化如壓力等信號通過PID調(diào)節(jié)來改變變頻器的頻率值，以達(dá)到調(diào)速目的。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖如圖２所示。

 圖 2

通過采集供水點(diǎn)水壓,反饋至控制器，與水壓設(shè)定值比較,產(chǎn)生的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)后輸出信號至變頻器,實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的變頻變速運(yùn)行,從而獲得穩(wěn)定的出水水壓。

系統(tǒng)主要由四部分組成：

（１）水泵電機(jī);

（２）變頻調(diào)速器;

（３）壓力傳感器

（４）控制器（PID調(diào)節(jié)）

系統(tǒng)的控制過程為：由壓力傳感器將出水口壓力測出，并轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的0—5V（或4～20mA等）標(biāo)準(zhǔn)電信號，送到控制器與工藝所需的設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差。其偏差值由調(diào)節(jié)器按預(yù)先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算得出調(diào)節(jié)信號，該信號經(jīng)過處理送到變頻器，從而使變頻器將輸入為380V／50Hz的工頻交流電變成輸出為0～380V／0～50—60Hz連續(xù)可調(diào)電壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機(jī)。

水泵電機(jī)裝上變頻調(diào)速器后，節(jié)能效果非常顯著，經(jīng)過實(shí)測，比未裝變頻器節(jié)約43%左右的電能，而且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。
       （1）節(jié)能效果非常顯著，采用變頻調(diào)速技術(shù)后，提高了電機(jī)的功率因數(shù)，減少了無功功率消耗，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）采用變頻調(diào)速技術(shù)后，電機(jī)定子電流下降，電源頻率下降，水泵出水壓力恒定。由于電機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速普遍下降，電機(jī)水泵運(yùn)行狀況明顯改善，延長了設(shè)備的使用壽命，降低了設(shè)備的維修費(fèi)用。同時(shí)，由于變頻器啟動和調(diào)速平穩(wěn)，減少了對電網(wǎng)的沖擊。

（3）系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，參數(shù)超調(diào)波動范圍小，偏差能及時(shí)進(jìn)行控制。變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動調(diào)節(jié)，控制精度高。

（4）由于變頻調(diào)速器具有十分靈敏的故障檢測、診斷、數(shù)字顯示功能，提高了電機(jī)水泵運(yùn)行的可靠性。