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【概述】 本文以恒壓供水系統(tǒng)的工作特性為例，對比了傳統(tǒng)供水與變頻恒壓供水系統(tǒng)之間的差異，詳細(xì)介紹了華遠(yuǎn)電氣G1變頻器在恒壓供水系統(tǒng)上的應(yīng)用。該系統(tǒng)自帶工、變頻切換功能，能根據(jù)水壓的變化自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使整個系統(tǒng)自動保持高效穩(wěn)定運行,且能有效的消除管道中“水錘效應(yīng)”的影響。系統(tǒng)安裝維護(hù)方便，調(diào)試簡單，可靠穩(wěn)定。

一、恒壓供水系統(tǒng)介紹

1.供水系統(tǒng)的基本構(gòu)造和原理 

       以上是一套簡單的供水系統(tǒng)基本組成，它主要由水泵將低處水通過加壓抽到高處或其它遠(yuǎn)處的水池中，通過壓力表來顯示供水壓力，當(dāng)系統(tǒng)供水壓力超過或低于設(shè)定壓力時，再通過手動調(diào)節(jié)出水閥門來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，以適應(yīng)用戶要求。在通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)水壓的過程中，水泵電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速保持不變。

2.供水系統(tǒng)的主要參數(shù)

   （1）流量（Q）：單位時間內(nèi)通過管道截面的水流量，在管道截面不變的情況下，其大小與水泵轉(zhuǎn)速成正比。Q∝N

   （2）揚程（H）：水泵能夠揚水的高度，其大小與水泵轉(zhuǎn)速平方成變比。H∝N2

   （3）實際揚程：在供水系統(tǒng)中，實際的最高水位與最低水位之間的水位差，即為實際提升的水位。

   （4）全揚程：水泵額定的供水能力。

   （5）損失揚程：全揚程與實際揚程之差。

   （6）閥門和管道系統(tǒng)對水流的阻力。

3.傳統(tǒng)供水控制系統(tǒng)缺點分析

   （1）水泵最初的設(shè)計都是按照系統(tǒng)的最大需求量考慮并留有一定裕量，而實際的供水量則比較小。傳統(tǒng)的通過調(diào)節(jié)出水閥門來調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量和壓力的方法，無論閥門處于“開大”還是“關(guān)小”的位置，系統(tǒng)中水泵電機(jī)始終處于全速運行，此時電能損耗很大；

   （2）用戶的供水需求是隨時變化的，這就要求隨時都要有工作人員來進(jìn)行調(diào)節(jié)，尤其當(dāng)夜間供水時，更是極為不便；

   （3）工頻啟動時，水泵電機(jī)在極短的時間內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速，會產(chǎn)生很大的沖擊電流。另外在極短的時間內(nèi)流量的巨大變化將引起管道的壓強(qiáng)過高或過低的沖擊，壓力的沖擊將對管道造成極大的破壞力，即所謂的“水錘效應(yīng)”。壓強(qiáng)過高，將引起管道的破裂 ；壓強(qiáng)過低又會導(dǎo)致管道癟塌，另外水錘效應(yīng)也會損壞閥門和其他固定件。

   （4）工頻運行的電機(jī)直接啟動、停止將使整個系統(tǒng)的供水量急劇上升、下降，造成供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性差。

二、變頻恒壓供水系統(tǒng)

   變頻恒壓供水系統(tǒng)通過對水泵電機(jī)實行無級變速，依據(jù)用水量及水壓的變化，通過變頻器內(nèi)部的PID運行，自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速來保持水壓恒定，以滿足用戶用水的要求。

1.  恒壓供水系統(tǒng)的組成及工作原理 

       由上圖可知，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、PID控制器、壓力傳感器所組成，隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的集成功能越來越多，絕大多數(shù)品牌變頻器都內(nèi)置有PID控制功能。

        系統(tǒng)工作時，通過PID設(shè)定值與壓力傳感器反饋值的不斷比較，來自動調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)用水量大時，水壓下降，水泵轉(zhuǎn)速上升；當(dāng)用水量小時，水壓上升，水泵轉(zhuǎn)速下降；當(dāng)水壓保持恒定不變時，水泵維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

       睡眠喚醒功能：當(dāng)某一時段，完全不用水時，隨著水壓越來越高，變頻器頻率越來越低，當(dāng)?shù)陀凇八哳l率”且持續(xù)一段時間后，變頻器停止運行，系統(tǒng)處于“睡眠”狀態(tài)；隨著用戶開始用水，處于“睡眠”狀態(tài)的供水系統(tǒng)管道壓力持續(xù)下降，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值后，變頻器設(shè)定頻率會逐漸增加，當(dāng)頻率高于“喚醒頻率”且持續(xù)一段時間后，變頻器重新投入運行，系統(tǒng)“喚醒”。

   變頻恒壓供水的優(yōu)點：

   （1）變頻恒壓供水系統(tǒng)工作時，水泵轉(zhuǎn)速隨管道壓力變化而變化，工作效率高，避免了多余的能量損耗。

   （2）變頻恒壓供水系統(tǒng)，啟停平緩，沖擊電流小，還能最大程度消除“水錘效應(yīng)”的影響。

   （3）調(diào)試簡單，維護(hù)方便。

2.  變頻恒壓供水應(yīng)用實例

   天津某建筑工地，客戶使用一臺4.0kW深井水泵對樓層供水，隨著樓層越建越高，就需要工作人員頻繁的對出水閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于出水閥門離水泵電控室較遠(yuǎn)，一旦停止用水，工作人員往往只會將閥門關(guān)閉，而讓電機(jī)一直處于全速運行狀態(tài)。水泵電機(jī)由于長時間空載運行，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重，已造成電機(jī)燒壞過兩次。針對客戶現(xiàn)場反映出來的問題，我們?yōu)榭蛻糁贫艘韵路桨福?

    （1）  根據(jù)系統(tǒng)供水的控制要求，選用我司G1-4T0055矢量型通用變頻器，獨特的PID算法和“睡眠喚醒”功能，快速穩(wěn)定的滿足用戶對恒壓的要求；

   （2）  為保證整個系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運行，主回路設(shè)計有工、變頻切換電路，方便客戶維護(hù)和檢修；

   （3）  選用電阻式壓力表，通過變頻器AI2（0-10V）輸入端子作為壓力反饋通道。

   參數(shù)設(shè)置：

    運行效果

   （1）節(jié)電效果明顯：現(xiàn)場壓力恒定4kg，頻率45Hz左右，初步計算節(jié)電率20%以上；

   （2）壓力調(diào)節(jié)迅速，系統(tǒng)穩(wěn)定性好；

   （3）沖擊電流小，保護(hù)功能齊全，：全面的保護(hù)功能，針對深井泵的應(yīng)用特點，對地保護(hù)和相間短路保護(hù)功能強(qiáng)大；啟動過程中最大電流才8A，對設(shè)備沖擊小，提升設(shè)備使用年限；

   （4）獨特的“睡眠喚醒”功能，保證無人用水時自動休眠，避免水泵過熱損壞。

三、小結(jié)

   相對傳統(tǒng)供水控制系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、效率高、節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應(yīng)快，且自動恒壓控制方式，不需要工作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了供水品質(zhì)，正得到廣泛的應(yīng)用。