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恒压供水的变频控制
恒压供水的变频控制
1,恒压供水系统
采用变频器对水泵进行控制的目的:减轻水泵启停及水量调节时对管网造成
的冲击;保持水泵出口阀门最大,通过改变变频器的输出频率(电机速度)调节
供水量,以节约原来通过改变阀门开度调剂供水量时浪费在阀门上的能源;通过
变频器实现水压闭环控制,保持管网水压的恒定。
变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点,使供水
行业的技术装备水平从 90 年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现
水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量的变
化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要
求,是当今最先进、合理的节能型供水系统。
2、恒压供水原理
通过管网中压力传感器将信号送入变频控制装置中,恒压控制器(由 PLC
和软件组成),恒压控制器将信号送人变频控制器,当管网中压力增大时,恒压
控制器输出的值增大,即变频器输入端值增大,使得速度电压下降,同时控制电
机速度下降,水泵轴功率减小,水泵的流量减少,当到达所需恒定压力值时,此
时系统处于动态平衡。当管网中压力减小时,这时恒压控制器中的输出值减小,
即变频器输入端值减小,从而使得变频器速度电压下降,直到动态平衡。当夜晚
不用水时,由于管网压力已达恒定,此时电机不转,水泵停止工作。因为N=KHQ,
Q=0 时,N=0。系统处于等待状态。当白天用水量增大,或日、夜有用水量变化
时,Q 跟随变化,N 也跟随变化,因而造成压力也跟随变化,从而达到恒压动态
调节水的流量。
3、概述
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革
命。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 PLC 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。
4、控制方案
在住宅小区水厂的管网系统中,由于管网是封闭的,泵站供水的流量是由用
户用水量决定的,泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压力损失 ΔP 和
流量 Q 之间存在着如下关系:
ΔP=KQ2;
式中 K—为系数
设 PL 为压力最不利点所需的最低压力,则泵站出口总管压力 P 应按下式关
系供水,则可满足用户用水的要求压力值,又有最佳的节能效果。
P=PL+ΔP=PL+ KQ2;
因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值,这种恒压
供水技术称为变量恒压供水,即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口
总管压力连续可调。
5、运行特征
以三台水泵的恒压供水系统为例,系统在自动运行方式下,可编程控制器控
制变频器软启动 1#泵,此时 1#泵进入变频运行状态,其转速逐渐升高,当供水
量 Q1/3Qmax 时(Qmax 为三台水泵全部工频运行时的最大流量),可编程控
制器 CPU 根据根据供水量的变化自动调节 1#泵的运行转速,以保证所需的供水
压力。当用水量 Q 在 1/3Qmax
当外供水量减少至 1/3Qmax 5.系统经济效益分析及系统优点。
6、经济效益分析
变量泵的功率 N1、供水量 Q1 与泵转速 n 1 三者的关系如下式:
N1/Q1= (n 1/n)3
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