摘要：近年来，变频调速技术在供水系统中发展很快，但实际应用中仍然存在误区，导致节能效果不尽人意。本文针对水泵变频调速技术的特点，对其在供水系统中的应用简单谈一下看法和经验，以供参考。
关键词：变频技术；水泵；供水系统；应用
1水泵变频调速技术的节能作用
水泵节能离不开工况点的合理调节。调节方式一般有两种：一种是管路特性曲线的调节，如关阀调节；另一种是水泵特性曲线的调节，如水泵调速、叶轮切削等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多。因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：
n=60f（1－s）／p
式中：f——水泵电机的电源频率（Hz）；
p——电机的极对数；
由上式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。在实际生产中，工频运行的水泵比采用调频的水泵大概多耗能30﹪左右。
2水泵变频调速技术的影响因素
水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额定转速50％，最好处于75％～100％，并应结合实际经计算确定。
2.1水泵性能对调速范围的影响
对于同一台水泵来说，当输送介质不变仅转速改变时，其性能参数变化遵循比例定律。即流量与转速的一次方成正比，扬程与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。但是在实际使用中，水泵比例定律的运用是有条件的，当管路阻力曲线静扬程等于零时，水泵变频前后工况基本符合比例定律的规律。当管路阻力曲线静扬程不等于零时，转速前后变化的运行工况点不是相似工况点，其流量、扬程及功率与转速的关系不符合比例定律，不能用比例定律计算。特别是静扬程很大的时候，流量比大于转速比，静扬程越高，水泵特性曲线和管路阻力曲线的夹角越小，改变相同流量时转速变化越小，其轴功率减小值越小，甚至可能引起管路水锤现象，因此这种情形下水泵调速范围较窄，节能效果较差。
2.2定速泵对调速范围的影响
实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况：
（1）同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。
（2）不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。
2.3电机效率对调速范围的影响
在工况相似的情况下，随着转速的下降，轴功率会急剧下降，但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终都影响到整个水泵机组的效率。而且自冷电机连续低速运转时，也会因风量不足影响散热，威胁电机安全运行。
3水泵变频调速供水方式
在供水系统中，变频调速可采用以下2种供水方式：变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水。其中，前者应用得更广泛，而后者技术上更为合理，虽然实施难度更大，但代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.1变频恒压（变流量）供水
所谓恒压供水方式，就是针对离心泵“流量大时扬程低，流量小时扬程高”的特性，通过自控变频系统，无论流量如何变化，都使水泵运行扬程保持不变，即等于设计扬程。
3.2变频变压（交流量）供水
变压供水方式控制原理和恒压供水相同，只是压力设置不同。它使水泵扬程不确定，而是沿管路特性曲线移动。变压供水理论上避免了流量减少时扬程的浪费，显然优于恒压供水。但变压供水本质上也是一种恒压，不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定。一般有2种形式：
（1）由流量Q确定水泵扬程
流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器，控制器根据H=H0+S•Q2确定水泵扬程H，通过调速使H沿设计管路特性曲线移动。
但在生产实践中情况比较复杂。对于单条管路输水系统，是可以得到与之对应的一条管路特性曲线的。而在市政供水管网中，则很难得到一条确定的管路特性曲线。在实践中，只能根据管网实际运行情况，通过尽时能接近实际的假设，计算出近似的管路特性曲线。
（2）由最不利点压力Hm确定水泵扬程
即需在管网最不利点设置压力远传设备，并向控制室传回信号，控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远，远传信号显得不太方便，而且，在市政供水系统中，由于管网的调整，用水状况的变化等随机因素的影响，都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差，给变压供水的实施带来困难。
4水泵变频对控制系统的要求
4.1变频技术的控制原理
压力变送器和水位变送器电源都是运用PLC式电源模块提供的通用DC24V型号的电源，输出信号则采用4～20mA电流环信号，当检测到压力和水位信号与预设值经过PID运算后，通过控制变频器的输出频率来调整变频器电动机的转速，在水位限制内来保持供水的压力、流量处于恒定状态。在这种运行原理下，就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统。通过自动监测水池里水位的低限信号，输出水位低限信号或直接停机来做到无人值守式的远程控制。
4.2变频器技术主要工作流程
变频控制系统一般都有两种主要的工作方式：现地控制和远程遥控。
（1）现地控制
现地控制一般具有手动操作及其信号显示等基本功能，工作人员在检查和维修变频器故障时，可以根据工作的具体需求来控制水泵的启动、停止状态。
（2）远程遥控
变频器在运作过程中，主要是通过循环投切的方式来启动主、备两种水泵，软启动器在变频器故障的状态下能够通过转换按钮的操作来代替变频器。当自动开关合上之后，主泵电机开始通电，变频器控制输出从OHz开始上升并监控压力传感器的数据压力。当压力不强时，输出频率会持续上升，直到可以达到50Hz之后，主泵切换到工频状态，变频器切入到备用泵使变频器能够顺利启动，启动变频器后，继续加大水量，使压力达到一定标准之后，水泵能以正常的频率进行工作并保持输出时的压力状态。假如水泵在运行过程中突然出现停电或者停机等故障时，需要等待电源恢复或者系统自动恢复之后才能继续按照预先设置好的工作流程实现多台水泵的顺序变频启动、停止和循环变频等环节。
5结论
水泵变频技术在供水系统中的大量应用，原因在于其拥有显著的节能效果、安全可靠的工艺和性能良好的调速效果等优点。现如今的社会，正在向资源节约型、环境友好型的社会转变，能源的节约是世界广泛关注的一个问题。节能高科技装置势必会得以推广，而且这对把劳动的生存率升高以及节能减排有着十分重要的意义。
参考文献：
[1]王占奎，变频调速应用百例[M].北京：科学出版社.1999.
[2]杨林军.变频技术在低加疏水系统中的应用与节能分析[J].电力科学与工程，2006（1）.
论文作者:张楠楠,朴春君
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：水泵论文; 扬程论文; 管路论文; 转速论文; 曲线论文; 流量论文; 变频器论文; 《基层建设》2019年第19期论文;