變頻器在水泵供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

范健超

(烏海市治沙站，內(nèi)蒙古 烏海 016000)

水泵供水系統(tǒng)是為了滿足城市居民用水的需要從而根據(jù)不同地區(qū)用水量的差異、通過水泵的變化來調(diào)節(jié)水壓及流量的供水系統(tǒng)。有兩種常用方式可以實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)。較為傳統(tǒng)的方式是通過控制水泵閥門的大小來控制流量，開大閥門，水流增加，關(guān)小閥門，水流減小。在工作時通過電機(jī)控制閥門可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象，有時會出現(xiàn)在水流量較小時壓力反而較大等問題。另一種調(diào)節(jié)水泵壓力和流量的方式是概念水泵的轉(zhuǎn)數(shù)，如果需要流量較大，可以調(diào)高水泵轉(zhuǎn)數(shù)。如果需要較小的流量，則可以降低水泵的轉(zhuǎn)數(shù)。實(shí)際工作中，水泵轉(zhuǎn)數(shù)的調(diào)節(jié)主要通過使用變頻器來實(shí)現(xiàn)。

1 變頻器的概念分析

變頻器也被稱為變頻調(diào)速器，它能夠調(diào)節(jié)三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以模擬正弦波為主要輸出波形。目前，變頻器主要以“交——直——交”的方式工作，變頻器先將工業(yè)用電傳輸?shù)慕涣麟娮兂芍绷麟?，然后再把直流電變成電壓和頻率可以控制的交流電，并最終傳輸給電機(jī)使用。變頻器在工作時，其工作電路由整流、中間直流、逆變和控制四個環(huán)節(jié)構(gòu)成，整流和逆變的過程分別是通過使用三相橋式不可控整流器和IGBT三項(xiàng)橋式逆變器實(shí)現(xiàn)的。

水泵供水系統(tǒng)也被稱為供水設(shè)備，主要由泵機(jī)、控制器、壓力傳感器和其他輔助部件組成。對于變頻供水系統(tǒng)，主要類型包括無負(fù)壓供水系統(tǒng)、無塔變頻系統(tǒng)、雙模變頻系統(tǒng)、一體式家用供水設(shè)備、數(shù)控氣壓系統(tǒng)等。對于變頻器供水系統(tǒng)而言，需要持續(xù)二十四小時運(yùn)行，并能夠根據(jù)水壓的大小實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整。為了保證供水質(zhì)量，還需要盡量避免水泵因啟動頻率過高而造成的突然停止等問題的發(fā)生。

2 變頻器的具體應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)構(gòu)造

一般而言，完整的變頻水泵供水系統(tǒng)中，除了水泵外，還應(yīng)包含以下控制設(shè)備：壓力變送器、PLC系統(tǒng)控制器、接觸器、其他電控設(shè)備。

部件名稱設(shè)備模塊壓力變送器位于總出水管處,在用水處的水池內(nèi)也可以安裝兩個壓力變送器PLC控制器主要由西門子S7-300模塊組成接觸器運(yùn)用MP277———10寸觸摸屏作為人機(jī)界面,CPU是315———2dp型號的電控輸入/出模塊Sm331和Sm332分別作為系統(tǒng)模擬量的輸入、輸出模塊,而Sm321和Sm322是數(shù)字量的輸入、輸出模塊

2.2 工作原理

從原理上看，變頻器是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而實(shí)現(xiàn)水壓和水量調(diào)節(jié)的。變頻器調(diào)節(jié)水的壓力和水量具有精度高的特點(diǎn)，從而使變頻器和水泵在最有效的范圍內(nèi)工作，并根據(jù)需要隨時變換水壓、調(diào)整水量的大小，起到節(jié)水節(jié)能的作用，這與國家提倡的綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的理念十分契合。根據(jù)物理學(xué)中流體力學(xué)的知識，處在高速旋轉(zhuǎn)中的物體，其軸功率與它的轉(zhuǎn)速的立方成正比例關(guān)系。因此，要想提高水泵的功率，只需要稍微提高水泵的轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到目的。從節(jié)能的角度看，通過調(diào)整轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)是十分必要可行的。

控制變頻器需要使用水位變送器電源和壓力變送器，具體的調(diào)節(jié)過程包括“粗調(diào)”和“微調(diào)”。在粗調(diào)時，如果水網(wǎng)所承受的實(shí)際壓力比預(yù)先設(shè)定的壓力小，變頻器的實(shí)際輸出功率就會上升，當(dāng)功率上升達(dá)到上限，水網(wǎng)的壓力仍然小于實(shí)際設(shè)定壓力，那么變頻器就會自動切換到正常電源頻率，并同時啟動另一臺水泵，使其在變頻狀態(tài)下工作。而微調(diào)則是通過PID控制器實(shí)現(xiàn)，主要實(shí)現(xiàn)途徑除了使用PLC編程，也可以使用控制器自帶的PID算法。

2.3 工作方式

變頻器供水系統(tǒng)主要有兩種工作方式：一是現(xiàn)場操作，二是遠(yuǎn)程操控?，F(xiàn)場操作主要是通過手動完成的，同時具有信號反饋的功能，適用于當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障需要維修或者對其進(jìn)行定期檢查時，可以根據(jù)現(xiàn)場情況和水泵的實(shí)際情況進(jìn)行操作，控制系統(tǒng)的停止或者開始。在遠(yuǎn)程操控變頻器的過程中，主水泵和備用水泵通過循環(huán)投切的方式開啟切換，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，軟啟動器自動按下轉(zhuǎn)換按鈕，從而代替變頻器工作。當(dāng)合上自動開關(guān)后，主水泵的電機(jī)就進(jìn)入工作狀態(tài)，變頻控制器就開始上升，同時可以對傳感器的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。如果水壓較小，變頻輸出功率就會不斷升高，達(dá)到50赫茲時，主水泵就會以工業(yè)電壓頻率工作，啟動備用水泵并不斷加大水壓，這樣就可以使壓力達(dá)到水泵可以正常工作的狀態(tài)。如果水泵系統(tǒng)在工作的時候遇到突發(fā)狀況，如停電或其他故障造成停機(jī)，系統(tǒng)會自動重啟，然后按照預(yù)先設(shè)置好的順序啟動變頻器和水泵。要使供水系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)調(diào)頻設(shè)置非常關(guān)鍵，操作人員應(yīng)將供水管路總壓力作為變頻水泵的最高工作水壓，然后科學(xué)設(shè)定變頻器壓力，這樣可以有效提高系統(tǒng)的壓力曲線。通過這樣的設(shè)定，就可以使供水系統(tǒng)中的主、備用泵之間總有一臺處于正常工作狀態(tài)，同時使另一臺停止工作或以工業(yè)電壓頻率工作。

3 變頻器供水系統(tǒng)操作注意事項(xiàng)

3.1 系統(tǒng)工作時因壓力問題導(dǎo)致的震蕩現(xiàn)象

目前，我國多數(shù)水泵供水系統(tǒng)都是以壓力罐的辦法收集壓力點(diǎn)。但在收集過程中，壓力罐往往會發(fā)生震蕩，這一方面是因?yàn)榭諝饩哂锌梢詨嚎s的特殊性質(zhì)，另一方面是由于隨著壓力的增加空氣的溶解度也隨著增大。如果壓力收集點(diǎn)的位置與水泵出水口的距離較近，也會出現(xiàn)震蕩的現(xiàn)象。壓力傳感器一般安裝在采集點(diǎn)的上方，它受到水流的影響比較顯著，如果傳感器在出水口附近，那么測量出的數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。要有效解決供水系統(tǒng)使用時出現(xiàn)的震蕩問題，除了科學(xué)設(shè)置壓力罐位置，還需要科學(xué)合理地設(shè)置控制器和變頻器的變化時間，使二者的加速、減速時間相匹配，保持系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作。

3.2 防止水泵供水系統(tǒng)頻繁啟動

對整個供水系統(tǒng)而言，如果水壓正常，水泵供水設(shè)備是處于停止?fàn)顟B(tài)的；只有當(dāng)供水系統(tǒng)的壓力值小于設(shè)備設(shè)定值時，變頻水泵系統(tǒng)才會啟動。但是，系統(tǒng)如果頻繁地在啟動——停止?fàn)顟B(tài)中切換，會影響到整個設(shè)備的使用壽命。為了避免出現(xiàn)這種情況，可以根據(jù)供水系統(tǒng)的實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)高各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定值，減少水泵供水系統(tǒng)啟停的頻率。

3.3 注意設(shè)備泵的模擬輸出值

如果水泵供水系統(tǒng)模擬輸出值設(shè)置不合理，設(shè)備就不能正常穩(wěn)定地工作。因此，一定要根據(jù)供水系統(tǒng)的實(shí)際情況科學(xué)設(shè)置水泵的模擬輸出值。如果水泵經(jīng)常出現(xiàn)故障，就需要考慮是否是系統(tǒng)設(shè)定的問題，并進(jìn)行改進(jìn)。檢測的方式是先將控制器設(shè)定在“手動”狀態(tài)，然后使用萬用表測量不同頻率下控制器的輸出狀態(tài)，如果控制器輸出頻率與系統(tǒng)工作的頻率不一致，那就需要調(diào)整控制器的模擬輸出值。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)供水系統(tǒng)相比，水泵變頻設(shè)備自動化程度高，具有安全、高效、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)，在我國的使用也越來越普遍。一方面應(yīng)該努力在供水系統(tǒng)中推廣使用變頻設(shè)備，另一方面也應(yīng)該認(rèn)真總結(jié)使用中存在的問題，進(jìn)一步提高水泵供水系統(tǒng)的效率。