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摘要：本文以猴子岩砂拌项目部清水池恒压变频的实施为例，从系统结构分析、控制原理、系统设计及变频调速后的使用效果等几个方面，介绍了变频调速技术在供水系统中的应用。
关键词：变频调速 恒压供水 水泵 压力传感器
安全、节能、环保是变频器的三大法宝，变频器正是由于具有优良的调节和节能效果，得以大量应用。四川猴子岩砂拌项目部从建设初期就充分考虑到这些，并将变频技术逐步应用于实践当中。
－、系统组成
清水池配置两台30Kw 水泵，扬程30米，距离PLC控制柜60米远（可由PLC控制其启停），将水抽入5000立方米（池高2米）的蓄水池。
蓄水池旁的两台132Kw加压泵供给整个砂石筛分系统，加压泵需变频，以控制泵的出口压力在3-4公斤，控制柜距离加压泵较近。蓄水池设有高低液位控制器，加压泵出口设有压力传感器。
二、控制方式及原理
清水泵控制柜具备手动/自动功能，采用星-三角降压启动，均须联锁蓄水池的高液位。加压泵采用一拖二变频控制，用一台变频器和四只接触器实现，须联锁蓄水池的低液位。系统原理如图1所示：
通过CPU226 CN +EM235 +压力传感器 完成PI闭环变频调速控制。水泵为两台，启动时该系统先运行1#水泵，通过安装在总管道上的压力变送器，将水压信号变为4-20mA（或1-5V）电信号，将此信号送入恒压控制器（可编程控制器PLC），经过与设定的压力值比较及计算，输出4-20mA（或1-5V）电信号用以控制变频器的频率值，从而控制水泵电机的转速，当压力检测值低于设定值，水泵增加转速；当压力检测值高于设定值时，水泵减速，直至稳定在压力设定值。电路图如下：
当用水量增大，1#水泵的转速达到额定值（变频器输出频率为50HZ）时，如果用水量进一步增大，此时系统将1#水泵自动切换到电网上，使1#水泵工频运行，同时用变频器启动并调节2#水泵，直至水压稳定在设定的压力值。
当用水量减小，2#水泵运行到下限频率时，表明仅用一台水泵就可以满足要求，此时自动将1#水泵停止，2#水泵继续通过变频器自动调节水压，如果此时用水量又变大，2#水泵运行在50HZ时，系统又将2#泵切入工频，由变频器调解1#水泵。如此循环往复，从而实现自动恒压供水。
三、设备性能与特点
变频器在水泵运行领域内有着其它控制方式无法比拟的优越性。在启动性能上，变频器调速范围大，启动力矩高，特别在低速大力矩的转矩功能，能使启动和低速运行性能得到很大的提高，使生产中遇到的需要精确作业的地方能轻而易举的实现。变频启动是通过改变电源的频率和电压这两个参数来实现的。它是一平滑的过程，在调节速度过程中是无级的，对振动不敏感。其本身具有控制接线简单，全过程可调整，调速精度高，启动力矩的大，本身过载能力强的优点。变频器能通过开环、死循环、编码器、总线、频率、向量、力矩等控制组合出多达十几种控制方法，这远远不是其它调速所能想象的了。
图中曲线1是阀门全部打开时供水系统的阻力特性，曲线2是额定转速时泵的扬程特性，此时供水系统的工作点为A ，流量为Qa， 扬程为Ha ，电动机的轴功率与面积O-Qa-A-Ha-O 成正比；如果要将流量减少为Qb，主要的调节方法有两种：
A、传统的方法是电动机(和水泵)的转速保持不变将阀门关小这时阻力特性如曲线3所示，工作点移至B点，流量为Qb， 扬程为Hb， 电动机的轴功率与面积O-Qb-B-Hb-O 成正比；
B、阀门的开度不变降低电动机(和水泵)的转速这时扬程特性曲线如曲线4所示；工作点移至C点，流量仍为Qb， 但扬程为Hc， 电动机的轴功率与面积O-Qb-C-Hc-O 成正比；
两种调节流量方法的比较：
水泵在改变转速时其内部几何尺寸并没有改变根据水泵的相似原理可知当速度变化时流量与转速成正比；扬程与转速的平方成正比；轴功率与转速的立方成正比；从这一比例定律关系可见同一台泵在转速变化时泵的主要性能参数将按上述比例定律变化，并且在变化过程中保持效率基本不变，由此可见采用调节转速的方法来调节流量电动机所取用的功率将大为减少，因而是一种能够显著节约能源的好方法。
传统控制方法是采用恒速交流电动机驱动同时用闸阀挡板放空回流等办法实现流量的调节这样的系统存在许多问题例如：
1.设备易于老化使用寿命短；
2.为了留有裕量通常都采用过容设计使装备在低负荷下运转设备的利用率低；
3.大多数应用场合都使用挡板和闸流阀调整流量运行效率低；
4.维护工作量大；
5.管理不方便难于实现系统的集成和自动化；
由于上述问题的存在造成电能损耗大等诸多问题；这是因为泵类负载在满负荷情况下运行的时间较少；大部分时间运行在总负荷的60%~80%之间(如下图所示) 因此采用电动机全速运行；同时调节阀门和挡板的方式来调节流量就会造成很大的能源浪费；而采用改变电动机转速的方法来实现流量的调节可以收到十分明显的节电效果。
节能的功率可用下式表示：
Δp=p(0.4+0.6x-x3)
其中x=Q/Q0＝N/N0；Q为实时水量；Q0为满负荷的水量；P为满负荷的功率；N0为额定功率；N为实时功率。通过运行观察，统计出两台泵一天之内的运行时间为：1#泵10小时；2#泵大致运行4小时。
如果按360天计算利用阀门来调节功率为：(132＋132）×10×360＝950400Kwh
利用停止泵运转方式为：［（132×10）＋（132×4）］×360＝665280Kw
利用变频工作时：2#泵始终处在状态为4小时；1#泵变频工作为6小时(2#泵不工作，1#泵工作时间)
如果水量调到80%时计算两个泵节电量为：
P×h＝132×（0.4+0.6×0.8-0.83）×（4＋6）×360＝23760Kwh
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：950400-665280+23760＝308880Kwh；按每度电0.5元计算，每年可节省电费：308880×0.5＝154440.00元。可见每年可节省电费约15万元左右。
由此可见，变频恒压给水设备，既可以很好的满足用水要求，又可以节约能源，同时还可以降低设备的运行故障，值得今后大力推广和提倡。
参考文献
[1]张广溢,郭前岗.电机学[M].重庆:重庆大学出版社,2009.
[2]何建平,陆治国.电气传动[M].重庆:重庆大学出版社,2007.
[3]周进兵.两台水泵变频调速恒压供水电路的应用[J].山西建筑,2010
论文作者:吴定华
论文发表刊物:《防护工程》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/13
标签：水泵论文; 转速论文; 变频器论文; 扬程论文; 电动机论文; 流量论文; 功率论文; 《防护工程》2017年第10期论文;