摘要：本文主要論述了變頻器應(yīng)用于恒壓供水的場(chǎng)合的優(yōu)點(diǎn)，及其系統(tǒng)的架構(gòu)。! U#39; dN+ W% X
關(guān)鍵詞：變頻器 水泵 恒壓供水系統(tǒng)
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* c; o. f4 z（ ]: U7 C離心式風(fēng)力及水利機(jī)械，若負(fù)載上無(wú)固定阻力存在時(shí)，*，其速度、轉(zhuǎn)矩特性屬于二次方遞減轉(zhuǎn)矩特性，所需要的軸功率如下所述是與其速度的三次方成正比。
0 u. n\" p8 j# J! h0 {% `! [（ i, ~） }+ }
8 Z5 m+ t B& R, t$ Y8 wq:流量 h:總揚(yáng)程 p:軸功率 n:轉(zhuǎn)速
+ S（ f+ ]/ ^6 c（ 4 @6 R- M所以對(duì)水泵實(shí)施變頻調(diào)速后節(jié)能效果會(huì)十分可觀，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)（包括樓層恒壓供水和自來(lái)水廠的恒壓供水）已經(jīng)為廣大用戶所接受，應(yīng)用的非常普遍。對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對(duì)流量的需求，所以流量是供水系統(tǒng)的的控制對(duì)象。但流量控制比較復(fù)雜，因此考慮到在動(dòng)態(tài)情況下管道中水壓P的大小與供水能力（用QG表示）和用水量（Qu）之間的平衡情況有如下關(guān)系：% V/ J（ u5 ~: q. Q# I
供水能力QG＞用水量Qu 時(shí)，則壓力上升（P↑）
$ S/ w3 l, G#39; F6 `\" e! u! }供水能力QG＜用水量Qu 時(shí)，則壓力下降（P↓）6 y4 R8 Y- n; _9 V） {
供水能力QG =用水量Qu 時(shí)，則壓力下降（P=常數(shù)）
1 q- ^1 P0 i, {9 K0 B
2 I* t+ I6 j（ H1 Q
8 ~8 B1 j） |3 s9 t: l圖1.恒壓供水系統(tǒng)框圖
. c% U） ^, q: ?因此保持供水系統(tǒng)中某處的壓力恒定也就保持了該處的供水能力和用水量的平衡，滿足了客戶對(duì)用水流量的需求，這就是恒壓供水的目的。0 N2 R% [k（ g* N2 ^ r/ O. {- h3 I
1. 恒壓供水的系統(tǒng)框圖
#39; f1 V7 O! `' s2 G# }; w現(xiàn)在以東元7300PA系列風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載變頻器為例說(shuō)明恒壓供水系統(tǒng)框圖（如圖1所示）
#39; F9 O; X; {; ]1 g; S圖中SP為壓力傳感器用來(lái)檢測(cè)主管中的水壓，將檢測(cè)到的壓力值轉(zhuǎn)換成為0~10V或4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送給變頻器的VIN端子，作為PID控制的反饋信號(hào)。主管中水壓的給定量，是通過電位器給變頻器的AUX端子輸入0~10V電壓的模擬量信號(hào)來(lái)給定的（也可以通過頻率指令參數(shù)An-01來(lái)給定）。圖中的1為壓力儲(chǔ)水罐，起緩沖水壓的作用這樣可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
\" Z\" N#39; s7 f: _- u: g7 Y2. 變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn); @） m（ j7 }# E2 u
供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速后，主要有以下三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：
8 t: D% ~! j6 v! n2.1 具有非?？捎^的節(jié)能效果。供水系統(tǒng)如果不采用變頻控制時(shí)，水泵只能在工頻電源的驅(qū)動(dòng)下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)用水量下降管中壓力上升時(shí)只能通過泄壓閥將多余的壓力放掉，這樣造成了很大的能源浪費(fèi)。采用變頻控制后，可以通過調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制管中壓力，這樣就達(dá)到了節(jié)能的目的。3 R a9 }6 A$ x! X
2.2 *消除水錘效應(yīng)。異步電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)時(shí)，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速，所用的時(shí)間≦0.5S。這意味著在不足0.5S的時(shí)間里，水的流量從零猛增到額定流量。由于流體具有一定的動(dòng)量和一定程度的可壓縮性，因此，在極短的時(shí)間內(nèi)，流量的巨大變化將引起對(duì)管道的壓強(qiáng)過高或過低的沖擊。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，由如用錘子敲管子一樣，這樣的現(xiàn)象稱為水錘效應(yīng)。9 W1 ~, P7 G4 X; n, Y. m: C6 d
水錘效應(yīng)具有極大的破壞性：壓力過高，將引起管子破裂；壓力過低又會(huì)導(dǎo)致管子癟塌。此外，水錘效應(yīng)也可能損壞閥門和固定件。在直接停機(jī)時(shí)，供水系統(tǒng)的水頭將克服電動(dòng)機(jī)的慣性而使系統(tǒng)急劇停止。這也同樣會(huì)引起壓力沖擊和水錘效應(yīng)。3 y） j6 y; b# i: Y
采用了變頻調(diào)速后，可以通過對(duì)加減速時(shí)間的控制來(lái)延長(zhǎng)起動(dòng)和停止過程從而*消除了水錘效應(yīng)。
* w o; x0 [/ `/ D# e+ `2.3 延長(zhǎng)水泵的壽命。水錘效應(yīng)的消除無(wú)疑可以大大延長(zhǎng)了水泵和管道系統(tǒng) 的壽命。采用了變頻調(diào)速后由于水泵平均轉(zhuǎn)速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因，使軸承的磨損和葉片所受的應(yīng)力都大為減小，故水泵的壽命將大大延長(zhǎng)。此外，由于很多公司的風(fēng)機(jī)、水泵變頻器都推出了PID控制下的睡眠（SLEEP）和喚醒（WAKE-UP）功能，該功能大大減小了水泵在低頻時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，從而也提高了水泵的壽命。# q- ]9 }& z（ kh
3. 變頻器的選擇與功能設(shè)置
8 v\" o（ d9 j* wS1 E7 J; D#39; b選擇變頻器時(shí)要注意與水泵容量的配合，即變頻器的容量要大于或者等于水泵的容量。要選擇風(fēng)機(jī)水泵的變頻器。變頻器功能的設(shè)置如下：# w5 M% V0 E（ W; o
3.1頻率上限
$ Z# n$ t; u! t8 E\" ]R2 }$ G水泵的機(jī)械特性是二次方率遞減的機(jī)械特性，所以上限頻率fH不能超過額定頻率fN
- D\" R6 w9 x5 }0 |fH≤fN
v1 V. @$ Z/ a; Z. T4 D3.2下限頻率
[# k, H, L% ?. u' s在決定下限頻率時(shí)，有兩種情況應(yīng)予以考慮：$ C# SL% O; X6 u0 i
一是水泵的揚(yáng)程必須滿足供水所需的基本揚(yáng)程；; {0 ^; Y2 f4 a ^9 V; f
二是供水系統(tǒng)常常是多臺(tái)水泵共同供水，如果其它水泵在高速下運(yùn)行，一臺(tái)水泵轉(zhuǎn)速過低實(shí)際上將無(wú)法供水。故下限頻率一般設(shè)置為：% {） k3 |; x0 p9 y5 L5 ^
30HZ≤fL≤35HZ 6 O4 q） v- j6 N; @% g
3.3加、減速時(shí)間
3 _9 |7 }* {. O- Y4 i水泵由于水管中有一定的壓力的緣故，在一次轉(zhuǎn)速上升和下降的過程中，慣性的作用極微。但過快的升、降速，會(huì)在管道中引起水錘效應(yīng)。所以，應(yīng)將加減速時(shí)間適當(dāng)?shù)睦L(zhǎng)一些。7 l3 G+ m+ ]5 Y） b
3.4睡眠（SLEEP）、喚醒（WAKE UP）功能
U# _7 D1 ]7 v\" z1 V以東元7300PA系列變頻器為例介紹該功能（如圖2所示）：3 w） ~# p' [~2 r. i
使用睡眠（PID SLEEP）功能時(shí)，首先要設(shè)定PID SLEEP功能的開始頻率（Bn-18），當(dāng)變頻器輸出頻率≦參數(shù)Bn-18設(shè)定值時(shí)，PID SLEEP及PID WAKE-UP功能動(dòng)作延遲時(shí)間（Bn-19）開始計(jì)時(shí)，此時(shí)變頻器輸出頻率（fout）仍跟隨頻率指令（fCMD）變化。經(jīng)過（Bn-19）所設(shè)定的時(shí)間后變頻器開始減速停止。當(dāng)變頻器停在SLEEP模式時(shí)，PID控制機(jī)能仍一直在動(dòng)作中，只要頻率指令（fCMD）≧Bn-20 （PID WAKE-UP功能動(dòng)作頻率）時(shí)，開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間（Bn-19）一到，變頻器開始依加速時(shí)間加速。在PID SLEEP／WAKE-UP動(dòng)作延遲時(shí)間計(jì)0 `$ |\" L5 5 R#39; b, P
3 |） F% ]5 o4 V! n! @6 B
圖2 PID Sleep／Wake-up動(dòng)作示意圖
, n v1 $ Q8 t\" q時(shí)中，若變頻器輸出頻率（fout）又大于Bn-18或頻率指令（fCMD）小于Bn-20設(shè)定值時(shí)，此延遲時(shí)間會(huì)被Reset，重新再計(jì)時(shí)。9 W$ D3 b! K/ e% A% e! f7 U8 @* K6 _4 ?
＊ 1. 當(dāng)PID控制無(wú)效時(shí)，PID sleep及Wake-up功能也跟著無(wú)效。
3 B: U7 _2 U1 t- u2 o#39; ]＊ 2. 當(dāng)sleep延遲時(shí)間到時(shí)，變頻器會(huì)依參數(shù)Sn-04所設(shè)定的停止方式停止。, O4 }+ L+ e. V: q4 g
但是其它廠家產(chǎn)品的睡眠功能設(shè)定會(huì)有所不同，例如森蘭的SB12系列變頻器的睡眠及喚醒功能的動(dòng)作準(zhǔn)為是與反饋值作比較的，因此睡眠值設(shè)定的要高于喚醒值。在使用時(shí)要參考不同廠家的使用說(shuō)明書來(lái)設(shè)定。
% N\" + M7 q8 m2 sX$ d4 C }4. 1拖4（或更多）的恒壓供水系統(tǒng)! T7 O1 z8 f; C, z# q（ q
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圖3變頻水泵固定模式, ~0 W3 b$ @ z（ C% M
所謂1拖4（或更多）的恒壓供水系統(tǒng)是指由一臺(tái)變頻器帶動(dòng)4臺(tái)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的供水系統(tǒng)，這種系統(tǒng)目前應(yīng)用的非常廣泛。1拖4并不是一臺(tái)變頻器同時(shí)帶動(dòng)多臺(tái)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，而是一臺(tái)變頻器分時(shí)控制其中的一臺(tái)水泵，其余水泵是由工頻電源直接拖動(dòng)的。這樣做的目的是減少設(shè)備費(fèi)用。但是就總體節(jié)能效果來(lái)說(shuō)，與多臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)水泵的系統(tǒng)相比，節(jié)能效果是大為遜色的。下面就以東元7300PA系列風(fēng)機(jī)、水泵變頻器為例來(lái)說(shuō)明1拖4（或更多）恒壓供水系統(tǒng)的架構(gòu)以及工作方式。2 U$ [B3 e6 @- c, v\" Q
東元的7300PA系列風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載變頻器（加PA-PID卡）可提供兩種基本運(yùn)行模式：變頻水泵固定模式與變頻水泵循環(huán)模式。
_6 C0 n5 R% ?% g$ B4.1變頻水泵固定模式：即以變頻器只固定驅(qū)動(dòng)1臺(tái)水泵,其余水泵都是由工頻電源直接驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行模式，zui多可以控制8臺(tái)水泵。如圖3所示。由圖3可以看出只有*臺(tái)水泵（M1）是由變頻器驅(qū)動(dòng)的，其余7臺(tái)水泵都是由工頻電源驅(qū)動(dòng)的。該模式又有三種停止方式：
+ Z}/ [. l） `h, Y- N（ i#39; i4.1.1先開后關(guān)順序，全部停止。' n' ?/ [& J! |7 P6 {6 j3 v
即在水管中壓力過大需減少運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵數(shù)量時(shí)，是采取關(guān)閉zui后打開的水泵的順序，此種方式適用于馬達(dá)容量大小不同的情況下。
! i: V（ C; T2 i4.1.2僅變頻水泵停止。
* g/ U j7 Q$ I9 UK9 A& K即當(dāng)時(shí)變頻器發(fā)出停止指令時(shí)，僅讓以變頻器驅(qū)動(dòng)的水泵停止。這種方式適用于用水量比較大且持續(xù)用水的情況下。
- K. Z! c! l8 n#39; T- s2 ]7 s4.1.3 依先開先關(guān)順序，全部停止。
# q6 p9 ^1 |; G即在水管中壓力過大需減少運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵數(shù)量時(shí)，是采取關(guān)閉zui先打開的水泵（運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)的水泵）的順序，以便使水泵的使用頻度均等，此方式主要用于水泵容量相等情況下。% ~3 F9 G4 s\" ]0 JT
這三種停止方式是由變頻其系統(tǒng)參數(shù)Sn-30的設(shè)定值來(lái)選擇的。
+ N\" i） eY- x; v（ E變頻水泵固定的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)種可同時(shí)驅(qū)動(dòng)的水泵數(shù)量較多，可用在容量較大的供水系統(tǒng)中。缺點(diǎn)是：不能消除水錘效應(yīng)，控制精度不高。
7 C! {$ c}1 A4.2變頻水泵循環(huán)模式：以變頻器驅(qū)動(dòng)的水泵不是固定的某1臺(tái)，而是每臺(tái)水泵都可由變頻器來(lái)控制起動(dòng)，當(dāng)該水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到zui高轉(zhuǎn)速（上限頻率）并經(jīng)過上限頻率延遲時(shí)間（參數(shù)Bn-23）后，就會(huì)將該水泵切換至工頻電源驅(qū)動(dòng)。zui多可以控制4臺(tái)水泵。如圖4所示 。在圖中可以明顯的看出，每一臺(tái)水泵都可以通過切換與之相連的兩個(gè)繼電器來(lái)改變其驅(qū)動(dòng)方式（工頻還是變頻）。這種運(yùn)轉(zhuǎn)模式也有兩種停止方式：/ d（ N4 Z） o9 H） U: |% I
4.2.1依先開先關(guān)順序，全部停止。* U8 r（ L0 z: H2 Z; N
即所有的水泵均以變頻器來(lái)起動(dòng)后，而在水管中壓力過大需減少運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵數(shù)量時(shí)，采取關(guān)閉zui先打開的水泵的順序。以便使水泵的使用頻度均等。- R7 {1 J% r$ N, U2 Q
4.2.2 停機(jī)時(shí)只停止變頻運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵。
） Y$ r7 H3 C\" e9 I V） `即當(dāng)變頻器發(fā)出停止指令時(shí)，僅讓以變頻器驅(qū)動(dòng)的水泵停止。這種方式適用于用水量比較大且持續(xù)用水的情況下。
2 #39; C' s） ~1 Q; E+ m這兩種停止方式也是由變頻其系統(tǒng)參數(shù)Sn-30的設(shè)定值來(lái)選擇的。
- F+ c* R1 R（ {+ ]/ G這種運(yùn)轉(zhuǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)是：由于每臺(tái)水泵都是由變頻器來(lái)控制起動(dòng)的，所以可以*消除系統(tǒng)的水錘效應(yīng)；控制精度高。缺點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜，同時(shí)驅(qū)動(dòng)的水泵數(shù)量較少。5 bD0 S\" k9 v

E7 a5 h3 d（ s6 p8 `1 N圖4. 變頻水泵循環(huán)模式
# @2 P! Y7 r$ T. d/ m在選擇這兩種運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)，要綜合考慮系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，根據(jù)兩種運(yùn)轉(zhuǎn)模式的特點(diǎn)，選擇一種系統(tǒng)要求的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。在變頻器具體參數(shù)設(shè)置時(shí)請(qǐng)參考東元7300PA系列變頻器操作說(shuō)明書。
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