變頻恒壓供水特點及原理

李慶會

摘 要：為提高供水系統(tǒng)的自動化水平，減少設備的維護和人員的投入，降低成本，本文主要闡述了變頻恒壓供水的應用特點、組成及功用，重點剖析了變頻恒壓供水的工作原理。

關(guān)鍵詞：變頻器;恒壓供水;工作原理。

1變頻恒壓供水的應用特點

變頻恒壓供水是樓宇給水系統(tǒng)的重要組成，可以實現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)的調(diào)速，無需人員在現(xiàn)場值守，和傳統(tǒng)的高位水池給水、氣壓給水相比，它耗費能源低，安全性高，資源節(jié)約，可以實現(xiàn)自動控制，無需現(xiàn)場手動操作。主要存在以下特點：

1.1節(jié)約能源

通過用水量的大小決定了變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，這樣系統(tǒng)在運行過程中能夠節(jié)約電能，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。

1.2消除水錘

所謂水錘效應是由于電動機在全壓下起動時，在短時內(nèi)管道里的流量迅速從零增大到額定值，液體流量急劇變化在管道內(nèi)產(chǎn)生沖擊力，沖擊管道和設備。使用變頻調(diào)速后，可以根據(jù)升、降速時間，將管道系統(tǒng)內(nèi)的流量變化減小到允許范圍，從而達到徹底消除水錘的目的。

1.3起動平穩(wěn)

由變頻器實現(xiàn)了對水泵的變頻啟動，啟動電流可以從“0”到電機額定電流，實現(xiàn)了對水泵的軟啟動，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，也減少了啟動時設備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設備的使用壽命。

1.4聯(lián)網(wǎng)功能

能夠采用網(wǎng)絡連接，具有遠程和本地控制的功能和數(shù)據(jù)傳輸接口，能與控制信號或電腦控制軟件相連，實時監(jiān)控各個管網(wǎng)，對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時傳送，以便顯示和控制等。

1.5控制靈活

可以采用電腦遠程控制在需要供水時間供水，或通過智能儀表控制對管網(wǎng)定時變頻供水，不需人員在現(xiàn)場手動啟動。也可以手動選擇變頻供水或工頻供水。

2變頻恒壓供水的主要組成

實現(xiàn)變頻恒壓供水主要有信號檢測設備、控制器、變頻器、執(zhí)行機構(gòu)、電控設備和報警裝置等組成。

2.1信號檢測設備

信號檢測設備主要包括水壓信號檢測設備和液位信號檢測設備。水壓檢測設備主要檢測反饋供水管網(wǎng)內(nèi)的水壓力值，根據(jù)用水點的實時變化來改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而達到管網(wǎng)恒壓的目的。液位信號檢測設備主要檢測進水水源是否充足，如進水水源不充足或無水時，液位信號傳送給控制器發(fā)出報警信號，控制器對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵的抽空而損壞水泵和電機發(fā)生事故。

2.2控制器

控制器是整個供水系統(tǒng)的核心部件，主要由傳感器、智能儀表或微型電腦等組成?？刂破鲿鶕?jù)變送器檢測到的壓力信號和液位信號進行分析，然后通過執(zhí)行機構(gòu)進行控制。

2.3變頻器

變頻器是應用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制電動機的電力控制設備。

2.4執(zhí)行機構(gòu)

執(zhí)行機構(gòu)由一組水泵組成，它主要用來將水送入管道中。

水泵有3臺增壓泵，增壓泵由變頻調(diào)速控制，根據(jù)管網(wǎng)中用水量的實時變化改變水泵的轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)中用水量增大時，變頻器增加水泵運行頻率增大供水量，管網(wǎng)中用水量恢復正常后，變頻器減少水泵運行頻率到正常供水，以維持管網(wǎng)內(nèi)的水壓恒定值不低于使用下限壓力。

2.5電控設備

電控設備由PLC、繼電器、接觸器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成，在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中主要用于對水泵轉(zhuǎn)速進行控制運行、電路系統(tǒng)的保護，手動和自動的切換等。

2.6報警裝置

為了保證供水系統(tǒng)的正常運行，在水庫（水箱）底部安裝水位計，當水位低于設定水位時，控制器檢測到報警信息后，停止水泵對系統(tǒng)進行供水，以起到對設備的保護作用。

3變頻恒壓供水的工作原理

在給水系統(tǒng)中，管網(wǎng)用水量的變化反映在水壓上，表現(xiàn)為管網(wǎng)水壓的波動。因此，調(diào)節(jié)水泵工況，保證管網(wǎng)用水水壓的穩(wěn)定，就可以保證管網(wǎng)用水。變頻恒壓供水系統(tǒng)以水壓為控制參數(shù)自動控制實現(xiàn)。

水泵啟動后，壓力傳感器向控制器反饋管網(wǎng)的壓力。當管網(wǎng)壓力低于控制器設定的壓力，應該提高水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻器發(fā)送提高電源頻率從而增加水泵的轉(zhuǎn)速;當某臺水泵的轉(zhuǎn)速達到規(guī)定的上限時，自動啟動新的水泵投入運行。當管網(wǎng)壓力高于設定壓力時，應該降低水泵轉(zhuǎn)速，控制器向變頻器發(fā)送降低頻率從而降低水泵的轉(zhuǎn)速，直至給水管網(wǎng)內(nèi)的壓力在控制器設定的壓力范圍內(nèi)。通過調(diào)節(jié)電機工作電源頻率的方式，改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變了水泵的工況，構(gòu)成閉環(huán)反饋控制，實現(xiàn)變頻恒壓供水。

假設變頻控制供水系統(tǒng)共有三臺水泵，分別為1號、2號、3號，如圖1所示。系統(tǒng)用水量最小時1號水泵投入正常運行，由變頻器控制開始變頻運行，調(diào)節(jié)電機頻率增加。如此時為用水高峰期，用水量很大，電機頻率達到上限后，此時系統(tǒng)自動將1號水泵由變頻運行狀態(tài)切換為工頻運行，變頻啟動2號水泵，若管網(wǎng)壓力達到設定壓力范圍，則變頻器根據(jù)壓力變送器反饋的值輸出頻率，使水泵的轉(zhuǎn)速隨供水壓力的變化而改變，保持管網(wǎng)壓力的恒定。如果2號電機頻率達到上限后，管網(wǎng)壓力仍低于設定范圍，將變頻運行的2號水泵切換成工頻運行，變頻啟動3號水泵，并根據(jù)水壓反饋信號進行有效的調(diào)節(jié)，直至水壓穩(wěn)定在設定范圍內(nèi)。

3臺水泵都在投入運行中，其中1號和2號水泵為工頻運行，3號水泵為變頻運行。用水低峰期，用水量減少，由于供水管網(wǎng)積水蓄壓，如果不做出有效調(diào)節(jié)，管網(wǎng)壓力會逐漸升高，超出壓力的設定范圍，此時遵循“先投先停”的控制原則，將工頻運行的1號水泵切除運行，若3號水泵頻率調(diào)整到下限頻率后，管網(wǎng)壓力仍高于設定范圍值，則將工頻運行的2號水泵也切除，此時，僅保留3號水泵變頻運行，繼續(xù)通過變頻器調(diào)節(jié)頻率使其穩(wěn)定運行在設定范圍內(nèi)。變頻系統(tǒng)一般和穩(wěn)壓管聯(lián)合使用如圖2所示。

4結(jié)束語

變頻恒壓供水系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果，管理方便故障少，因此廣泛用于智能樓宇供水系統(tǒng)中。隨著自動控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器和控制系統(tǒng)功能也會越來越強大完善，性價比也越來越高，變頻恒壓供水系統(tǒng)也會將越來越普遍，也會給樓宇供水系統(tǒng)帶來更進一步的發(fā)展。