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1、變頻恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用 變頻恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用 2015/04/13 《自動(dòng)化應(yīng)用雜志》2015年第三期 1電路結(jié)構(gòu) 變頻恒壓供水系統(tǒng)一般由數(shù)臺(tái)水泵驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)供水。這些水泵并不是同時(shí)工作的，而是根據(jù)用戶用水量的多少和當(dāng)前管網(wǎng)的水壓由PLC自動(dòng)地控制哪臺(tái)水泵工作，哪臺(tái)水泵暫時(shí)停止的。以3臺(tái)水泵為例，控制水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主電路如圖2所示。水泵1、水泵2、水泵3的工頻運(yùn)行分別由接觸器KM1、KM3、KM5控制，其變頻運(yùn)行分別由接觸器KM2、KM4、KM6來(lái)控制。控制同一臺(tái)水泵電機(jī)的

2、工頻接觸器和變頻接觸器（如控制水泵1的KM1和KM2）如果同時(shí)接通，將導(dǎo)致工頻電源和變頻器的輸出端相連接，使變頻器的逆變橋迅速損壞。所以，控制同一臺(tái)水泵電機(jī)的工頻與變頻的接觸器必須有可靠的互鎖環(huán)節(jié)。另外，變頻器的價(jià)格比一般的電氣設(shè)備高，從節(jié)省投資的角度考慮，一般選擇只用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)的方式。工頻運(yùn)行的水泵對(duì)水壓起到“粗調(diào)”的作用，而精確控制壓力的“細(xì)調(diào)”是由變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。工頻運(yùn)行的水泵電機(jī)其能量消耗是確定的。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主要途徑：系統(tǒng)能夠根據(jù)用水情況，停掉一些工頻運(yùn)行的水泵，既避免了壓力過(guò)高，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能；可以使某臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，變頻降低轉(zhuǎn)速具有很大的節(jié)能效果。 2控制原理與流程 供水

3、壓力是通過(guò)PLC控制各水泵的輪流工作實(shí)現(xiàn)“粗調(diào)”和變頻器對(duì)單臺(tái)水泵的“細(xì)調(diào)”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 2.1“粗調(diào)”的實(shí)現(xiàn)（1）加泵：當(dāng)反饋的實(shí)際出水管網(wǎng)壓力小于設(shè)定壓力導(dǎo)致變頻器的輸出頻率上升至上限頻率時(shí)，如果實(shí)際出水管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定壓力一定范圍一定時(shí)間，則當(dāng)前泵切換為工頻運(yùn)行，重新啟動(dòng)另一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。（2）減泵：當(dāng)反饋的實(shí)際出水管網(wǎng)壓力大于設(shè)定壓力導(dǎo)致變頻器的輸出頻率下降至下限頻率時(shí)，如果實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力一定范圍一定時(shí)間，則停止變頻泵的運(yùn)行，并將正在工頻運(yùn)行的一臺(tái)水泵變?yōu)樽冾l運(yùn)行。 2.2“細(xì)調(diào)”的實(shí)現(xiàn)水壓閉環(huán)控制原理如圖3所示。PID控制器既可以用PLC編程實(shí)現(xiàn)，也可以用變頻器的內(nèi)置P

4、ID算法實(shí)現(xiàn)。 2.3工-變頻切換的控制流程以實(shí)際壓力小于給定壓力為例，PLC對(duì)某兩臺(tái)水泵之間工頻和變頻進(jìn)行切換的邏輯關(guān)系（多臺(tái)水泵可類推）如圖4所示。 2.4休眠狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)處于單泵變頻運(yùn)行時(shí)，如果用水量急劇減小甚至為0時(shí)，變頻器頻率會(huì)降至頻率下限以下，當(dāng)這種情況持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)停掉所有運(yùn)行的水泵，僅由儲(chǔ)氣罐來(lái)保壓。比如，在夜晚休息基本無(wú)用水需求時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，將極大地節(jié)省電能消耗。處于休眠狀態(tài)的控制系統(tǒng)當(dāng)檢測(cè)到管網(wǎng)壓力降低一定范圍時(shí)，退出休眠狀態(tài)，恢復(fù)供水。 3不同供水方式的功耗對(duì)比 水泵的揚(yáng)程特性與功率消耗關(guān)系如圖5所示。水泵供水流量的調(diào)節(jié)可以通過(guò)兩種途徑實(shí)現(xiàn)：（1）水泵

5、電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，改變出口閥門開(kāi)度的閥門調(diào)節(jié)法(不用變頻器使所有水泵均工頻運(yùn)行，用戶閥門開(kāi)度改變時(shí)流量改變即屬于此法），如圖5中的曲線①和②。關(guān)小閥門減小供水流量（流量Q1減小為Q2，水泵實(shí)際工作點(diǎn)由B點(diǎn)移動(dòng)到E點(diǎn)），所需供水功率由矩形OABC的面積變?yōu)镺DEF的面積，面積有減小，但減小量很小。（2）出口閥門開(kāi)度不變或全開(kāi)，改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法，如圖5中的曲線③和④。當(dāng)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)念~定轉(zhuǎn)速下降，同樣使供水流量從Q1減小為Q2，水泵的實(shí)際工作點(diǎn)由B點(diǎn)移動(dòng)到H點(diǎn)，其所需供水功率由矩形OABC的面積變?yōu)镺DHG的面積，面積減小量非常顯著。相比與高層建筑而言，生產(chǎn)車間一般高度較低，需要的空載功率較小，可以提供較寬的電機(jī)調(diào)速范圍，所以節(jié)電效果更為顯著。某軋鋼車間高壓除鱗水泵應(yīng)用變頻改造前后的電能消耗對(duì)比如表1所示，可以看出變頻改造后節(jié)省的電能和費(fèi)用都相當(dāng)可觀。 4結(jié)語(yǔ) 隨著資源和環(huán)境矛盾的日益突出，變頻與計(jì)算機(jī)等高效和智能化技術(shù)在未來(lái)建設(shè)中必將獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 作者：?jiǎn)讨緞傂苻鞭眴挝唬何錆h理工大學(xué)華夏學(xué)院信息工程系 上一個(gè)文章： UPS電源在石化實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用下一個(gè)文章： 船舶同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)