變頻調速恒壓供水系統原理及構成

江蘇奇峰電氣制造有限公司專注生產變頻恒壓供水設備廠家，供水系統的基本特點是水泵在一定速度下揚程與流量的關系曲線，前提是供水系統管道中的閥門開度不變。揚程特性反映了揚程與用水流量的關系。揚程特性表明，流量越大，揚程越小。當閥門開度和泵速保持不變時，流量的大小主要取決于用戶的用水量。今天奇峰小編帶你了解變頻調速恒壓供水系統原理及構成。

變頻調速恒壓供水系統的原理：

1.電機調速原理

水泵電機多采用三相異步電機，轉速公式為：

式中：f表示電源頻率，p表示電機級對數，s表示轉差率。

從上述類型可以看出，三相異步電機的調速方法有：

(l) 改變電源頻率

(2) 改變電機級對數

(3) 改變轉差率

改變電機級對數調速的控制方法控制簡單，投資省，節能效果明顯，效率高，但需要專用變級電機，是級調速，級差大，即速度變化大，扭矩變化大，只適用于特定速度的生產機。為了保證其較大的調速范圍，較大的優點是可以回收轉差功率，節能效果好，調速性能好。但由于線路過于復雜，增加了中間環節的功耗，成本高，影響了其推廣價值。下面主要分析改變電源頻率調速的方法及特點。

根據公式，當轉差變化不大時，異步電機的轉速n基本上與電源頻率f成正比。連續調整電源頻率可以平穩地改變電機的轉速。然而，單一調整電源頻率將導致電機運行性能惡化。隨著電力電子技術的發展，各種性能良好、工作可靠的變頻調速電源裝置已經出現，促使了變頻調速的廣泛應用。

2.變頻恒壓控制系統節能原理

供水系統的揚程特性是在供水系統管道中閥門開度不變的前提下，如圖2.1所示，表明泵在一定速度下揚程H與流量Q的關系曲線。由于閥門開度和泵速不變，流量大小主要取決于用戶的用水情況，因此揚程特性反映了揚程H和用水流量Qu間的關系H=f(Qu)。管阻特性以水泵轉速不變為前提，表示閥門在一定開度下揚程H與流量Q的關系曲線，如圖2.1所示。管阻特性反映了水泵的力量，以克服水位和壓差，以及管道中液體流動阻力的變化。由于閥門開度的變化，供水系統對用戶的供水能力實際上發生了變化。因此，管阻特性反映了揚程和供水流量Qc之間的關系H=f(Qc)。揚程特性曲線與管阻特性曲線的交點稱為供水系統的工作點，如圖2.1所示A點。此時，用戶的水流Qu供水系統的供水流量Qc供水系統處于平衡狀態，既符合揚程特性，又符合管阻特性，系統運行穩定。

變頻恒壓供水系統的供水部分主要由水泵、電機、管道和閥門組成。通常由異步電動機驅動水泵旋轉來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調節異步電機的轉速，從而改變水泵的出水流量而實現恒壓供水的。因此，供水系統變頻的本質是異步電機的變頻調速。變頻調速是通過改變定子供電頻率來實現的。

變頻恒壓控制系統組成：

PLC變頻恒壓供水系統主要由變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現場水泵機組組組成。

系統可分為執行機構、信號檢測機構和控制機構三部分：

(1)執行機構:執行機構由一組水泵組成，用于向用戶管網供水，其中由一個變頻泵和兩個工頻泵組成。變頻泵由變頻調速器控制，可根據用水量變化改變電機轉速，保持管網水壓恒定。工頻泵只在啟停兩種工作狀態下運行，當用水量大(變頻泵達到工頻運行狀態，不能滿足用水要求)時，用于投入工作。

(2) 信號檢測機構程中，需要檢測的信號包括管網水壓信號、水池水位信號和報警信號。管網水壓信號反映用戶管網水壓值，是恒壓供水控制的主要反饋信號。這個信號是模擬信號，讀入PLC時，需進行A/D轉換。此外，為了加強系統的可靠性，還需要檢測供水的上下壓力，可以給出檢測結果PLC，水池水位信號反映了水泵的進水水源是否充足。當信號有效時，控制系統應保護和控制系統，防止泵空抽損壞電機和泵。該信號來自安裝在水池中的液位傳感器；報警信號反映系統是否正常運行，泵電機是否過載，變頻器是否異常，為開關量信號。

(3) 控制機構：供水控制系統一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統)、變頻器和電控設備。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統的核心。供水控制器直接收集系統中的壓力、液位和報警信號，分析和實施來自人機接口和通信接口的數據信息，執行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器控制執行機構（即水泵機組）；變頻器是控制水泵轉速的單元，跟蹤供水控制器發送的控制信號，改變調速泵的運行頻率，完成調速泵的轉速控制。

報警作為一個控制系統，是一個重要的組成部分。由于該系統可適用于不同的供水領域，為了確保系統的安全、可靠、平穩運行，防止電機過載、變頻器報警、電網波動過大、供水源中斷，系統需要監控各種報警量PLC判斷報警類別，控制顯示和保護動作，避免不必要的損失。

變頻恒壓供水系統以供水出口管網的水壓為控制目標，實現出口總管網的實際供水壓力。設定的供水壓力可以是常數，也可以是時間段函數，每個時間段都是常數。因此，在一定時間內，恒壓控制的目標是保持出口總管網的實際供水壓力。

恒壓供水系統通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實時測量參考點的水壓，檢測管網的出水壓力，并將其轉換為4-20mA該檢測信號是實現恒壓供水的關鍵參數。由于電信號是模擬量，需要通過PLC的A/D轉換模塊可以讀取并與設定值進行比較，比較后的偏差值PID運算后，通過運算后的數字信號D/A將模塊轉換為模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電機的轉速，然后控制水泵的供水流量，然后使用戶供水管道上的壓力恒定，實現變頻恒壓供水。

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