变频器在恒压供水中的应用和无负压变频恒压供水的技术探讨(1)

1、电工技师（二级）论文姓名 陈小川 准考证号 考评职业（工种） 维修电工 申报级别 二级 工作单位 中海物业成都商业 撰写时间 2016年10月27日 鉴定所（站） 四川锅炉高级技工学校省级高技能人才培训基地 答辩时间 2016.12.04 指导老师 罗 辉 李 杰 论文题目 变频器在恒压供水中的应用和无负压变频恒压供水的技术探讨内容摘要：本论文主要详细介绍了恒压供水的变频与cps-21b控制工作原理，程序设定，变频器参数的设定。并介绍了cps-21b的作用与特点，变频器的结构与原理，恒压供水要求及技术特点。并根据自来水供水现状及楼宇传统供水方式的弊端进行分析，结合我校供水系统改造后的情况，由原

2、有高低位水池供水改成无负压恒压供水系统。主要是利用了变频器的矢量控制及电压，频率（V/F）控制特点，配合智能供水控制器的PID功能，实现恒压供水。关键词：无负压恒压供水 变频器 智能供水控制器cps-21b 节能前言：恒压供水中用到PLC技术、变频技术、压力传感技术、模数/数模转换技术，程序中用到变频泵、工频泵的动态增减，变频器的复位等，因此深刻地掌握恒压供水系统的方方面面很有必要。掌握恒压供水系统各方面技术水平有利于提高技术。一般自来水市政管网水压只保证三楼及以下楼层的正常用水，上部楼层必须要经过二次加压设备将压力提升，传统的做法是通过高低位水池的方式（即地面或地下室设置低位水池，楼层天面配

3、备高位水池），将自来水放入低位储水池，然后通过水泵工频运行将水抽到高位水池，再靠重力分流到各楼层用户使用，这种方式明显的弊端是使自来水水质受二次污染，变坏，因此要经常洗水池以及靠楼顶的用户水压不足。而且当电机抽完水停机时产生“水锤效应”，这样对电机的损害很大，因此要经常修电机。在恒压供水系统中能解决以上问题，还可以避免建造水池带来的种种害处，还能完成水塔供水所不能实现的功能。无负压变频增压直供水设备无须使用低位水池和高位水池，直接串接在市政管网与用户管网之间，通过变频器无级调速的方式调节水泵的转速，并在市政压力的基础上接力供水，通过负压抑制及消除双重措施避免在市政管网上形成负压抢水，而且系统全

4、密封，使自来水避免二次污染。水泵是通过变频器软启动，减少对电网的冲击，使节能效果更显著。一、 恒压供水的特点 1 节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行； 2 节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象； 3 运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵的启动平缓，无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂，防水锤。 4 控制灵活：分时段分压力供水，及休眠功能，手动选择工作方式。5 保护功能完善：如某台泵出现故障，系统会发出报警信息，同时启动备用泵，故障泵退出运行；若自动系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，应急供水。通过微机控制变频调

5、速来实现恒压供水。首先根据实际情况设定用水点工作压力，并时刻监测用户管网压力，通过压力传感器检测水压并反馈给系统供水控制器，通过将模拟信号送给变频器，当压力低于用户所需压力时，微机自动控制子变频器启动，调节水泵转速提高，直到管网压力上升到用户所需压力，并控制水泵以一恒定转速运行进行恒压供水。通过变频器的调节，用水量增加时转速提高，用水量减少时转速降低，时刻保证用户的用水压力恒定。二、原供水系统的缺陷对比 1、高低位水池供水 高低水池供水系统主要是利用水位差压力实现供水，其电气控制系统如图1-1所示；从图中我们可以看出该供水系统的电气控制系统主要是由两个水泵进行供水，水泵的控制主要是由高低水池的

6、浮球开关进行。该供水系统设计简单，初始投资较小，但在使用过程中问题较多。如水质不能保证，供水压力不足，消耗电能较大，水泵电机容易损坏等问题。图1-1 高 低水池供水系统原理图2.高低位水池供水流程图 3、无负压变频增压直供水 当设备投入使用时，管网水进入稳流补偿罐，此罐既可作为进水储水装置，也可起到稳流补偿作用，通过真空抑制器将空气排出，待水充满后，真空抑制器自动关闭。当来水能够满足用水压力及用水量要求时，设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水管网的压力不能满足用水要求时，系统压力信号由泵出口的压力传感器反馈给变频控制器,水泵变频启动运行,并根据用水量的大小自动调节水泵转速,恒压供水。

7、若运转水泵达到工频转速时,压力还不够，则切换第一台泵工频运行，另一台水泵变频运转系统通过压力传感器给出启泵信号，使水泵变频启动运行。水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水，且充分利用了自来水管网的原有压力；用水高峰期时，若自来水管网水量小于水泵流量时，稳流补偿罐内的水作为补充水源仍能正常供水。此时，空气由真空抑制器进入稳流补偿罐，消除了管网的负压。用水高峰期过后，系统恢复正常的状态。若管网供水不足或停水，造成稳流罐液位不断下降,液位探测器将信号反馈给变频控制器,水泵自动停机,以保护水泵机组。在整套设备中，最关键的就是真空抑制器。现在来分析一下设备是如何消除负压的。当用水高

8、峰时，供水量不能满足用户用水时，稳流补偿罐内的水作为补充用水,由于罐内水量的减少水位下降，在罐体内形成真空,这时就出现负压。如果不采取措施，就会影响市政管网的压力，影响周边居民的用水，这时就要利用真空抑制器来消除负压。各个厂商在这个部件中下足了功夫，究其根本，就是要当负压产生时用气体填充，而方式有很多。最基本也是使用最多的是在罐内产生负压或水位下降时打开阀门补入大气, 该类装置跟复合排气阀如出一辙，靠稳流补偿罐内水位升降带动浮球上下移动控制阀门的开和关，从而达到罐的吸气和排气。在水罐注满水时此阀门闭紧,此时水罐为承压的密闭容器,当水位开始下降时，浮球的移动给出了控制信号，使阀门打开，大气进入罐

9、体，从而实现了真空的消除。也有些厂家则采取罐内补气的原理来消除真空,即将稳流补偿罐分为两个腔体：A 腔、B腔。A 腔和B 腔用挡板分隔开,其中A 腔在制造时先预留好气体，A 腔预留的气体可以起消除负压的作用。当自来水供水量不能满足用户用水量时,B 腔内水位下降出现真空,此时由于真空的负压作用形成虹吸现象，A 腔内的气体就会因压力差被导入到B 腔内,由此消除了负压。当供水量足够时,随着B 腔内液位不断上升,会把腔体上端浮球顶起, 于是B 腔体内空气又重新被压缩回A 腔体内进行贮存待用。A 腔内气体要选用不溶于水，无毒无害的气体，但完全不溶也是不可能的，所以必须在罐上设置可以补充气体的装置，以便在

10、使用一段时间后气体不足，可以进行补充。 从以上工作原理可以看出，无负压设备具有如下优点：节约能源，能够充分利用自来水管网的原有压力，这样可以选用功率、扬程相对较小的水泵及控制设备，而且在夜间及小流量用水时，可利用自来水水压直接供水而无需启动水泵；避免水质二次污染，自来水是直接加压供应到各用水点，减少或根除了因水在蓄水池中蓄留、暴露、或因管理不善而造成的二次污染，保障了水质安全；不需建水池、水箱，节省了建筑面积和水池、水箱的修建费用，节省了投资，增加了经济效益。 其系统原理图如图1-2所示4、无负压变频增压直供水工作流程三、无负压供水设备概述： 无负压无吸尘自动无负压供水设备直接以市政管网为水源

11、、形成连续密闭的接力增压供水方式，彻底避免了传统2次增压供水系统造成的水质标准降低和各种水源污染问题，完全保持了市政水源的水质标准充分利用市政水源本身压力热能，差多少补多少，切实有效地、最大限度地发挥了变频调速的节能效果。 设计中很好地解决了接力增压供水方式带来的2大问题： （1）水泵大幅变工况运行问题。 （2）对市政水源的缓冲与削峰补偿问题。该系统设计了全变频控制系统，可更好的适应于水泵大幅变工况运行。采用部分（单台）水泵变频调速的技术方案时，专门选配了无过载水泵。特别配套设计了各种缓冲罐、水源罐、对市政水源具有良好的缓冲作用和削峰补偿作用可避免对市政水源的过度抽吸。该系统设计充分考虑了应用

12、的灵活性，可满足不同地区不同户具体工程应用要求的差异。 1、无负压供水设备的运行原理： 无负压（无吸尘）给水设备的应用，是以市政管网为水源，形成密闭的连续接力增压供水方式，其应用与通常的经水池（水箱）中转二次增压无负压供水设备相比大为不同。 为了减小直接抽吸对市政供水的影响，一般应在设备入口管道上串接一个承压贮水容器。主要起缓冲作用（动态补偿作用）的水罐称为缓冲罐；平时无动态缓冲作用仅在市政管无水压时才起备用水源作用的水罐称为水源罐。大容积的承压水池也是水源罐的一种形式（一般采用钢筋混凝土现场施工建造）。2、 配套设备说明   成套设备一般由缓冲罐、水源

13、罐、水泵机组、气压罐控制柜、自动隔离阀及控制仪表组成，各部分说明如下：a、缓冲罐：是接在设备入口处的气压罐，简称缓冲罐，给水运行时罐内部分容积为压缩空气，靠压缩空气的贮能，对各种突变冲击具有很好的减缓消除作用，同时对市政供水具有一定动态补偿作用。   有2种不同结构的缓冲罐，隔膜缓冲罐采用天然橡胶隔膜材料，因完全密闭更有利于保持水质标准，普通钢制缓冲罐内壁涂有符合卫生标准的防腐涂料，但补气时会与外界空气接触。   b、水源罐：给水运行时罐内全部容积充满了水，由于无压缩空气贮能，对各种冲击的缓冲作用和对市政水源的动态补偿效果不如缓冲罐。

14、但当市政水源压力太低，水源罐出水（供水）大于进水量时，罐内贮水容积可全部用来补偿市政水源的不足。   水源罐提供补偿水量期间，靠真空抑制器使空气自动进入罐体，可避免对高下管网造成负压抽吸作用（即所谓无负压无吸程）。 水源罐只能串接在进水管路中使用。c、承压水池：一般为钢筋混凝土结构，与水源罐工作原理相同，因其容积大，对市政供水具有很好的削峰填谷作用，适用于全国各地各种市政水源情况。当市政供水管网因故停水期间可由承压水池提供一定时间的供水水源，适用于客户要求高可靠供水的场合。    d、水泵机组：选用具有非过载特性的水泵，其工

15、作特性可以适应水源的较大范围内的压力变化，不会产生过载现象。    e、气压罐：其作用与通常2次增压无负压供水设备中的气压罐相同，本系列标准产品采用的隔膜式微型气压罐，主要利用其保压功能，有利于设备的智能化自动节能控制。    f、变频控制柜：可采用全变频控制系统，即所有水泵均采用变频调速拖动，也可采用部分变频控制系统（样本标准产品只有1台泵为变频调速拖动）。    g、旁通管路：如果市政供水平时能够满足水压要求，仅在供水高 峰时压力不足，可加载旁通管路，可使市政下拉供水与增压供水实现自动切换运行。

16、60; （1）当市政管网高压时，设备处于停机状态，市政水源过缓冲罐、旁通管路直接向用户管网供水。（2）当市政管网欠压时，设备自动启动，在原不水压基础上变频调速增压（恒压）供水，由于是按“差多少，补多少”的原则增压，所以在全流量范围即满足了用户恒压供水的需求，同时又实现了高效节能运行。运行过程中密闭的缓冲罐相当一段管路，新鲜卫生的自来淼不断流过水源罐，不会遭受外界污染。   （3）设备运行中，缓冲罐部分容积为压缩空气（其压力与市政水压相同），因而贮存了一定压力势能，靠此贮能可大大减缓各种冲击对市政水源的影响，同时对市政供水具有动态的削峰补偿作用。当市政服务压力从P2

17、降至P1时，缓冲罐提供的最大补偿水量与缓冲罐总容积关系为：   V（1-P1/P2） V总KV总   V供水高峰市政压力从P2降至P1期间水源罐给出的补偿水量（m3）   P1市政供水高峰期最低压力（绝对压力）   P2市政供水高峰期前的压力（绝对压力）   V总水源罐的总容积（m3）    例：供水高峰期，市政水源压力从20mH2O降至mH2O，则在该期间水源罐给出的补偿水量为  &#

18、160; V（1-15/30） V总0.5V总（m3），占总容积的50。显然这是一种切实有效的动态补偿作用，如果所有用户的增压设备均具有这种补偿作用，则总体上对市政供水可起到一定削峰填谷的效果，高峰期间管网服务压力不至于下降得太低。（4）为进一步减小直接抽吸对市政水源的影响，可选购一只水源隔离阀及控制仪表，从而可任意设定允许抽吸的最低压力，当市政水源入口压力降到允许抽吸的最低压力时，水源隔离装轩会自动启动，设备将切换到以补偿罐为水源自动供水。也可考虑选购廉价的节流装置代替隔离阀，限制自来水进水流量，供水不足部分靠水源罐补偿。   （5）市政水源因故停水且

19、水源罐贮水也己消耗完，设备会自动停机（禁止运行）。水源正常后自动恢复运行。 h、自动隔离阀或节流装置（选购件）：用于隔离市政水源，可任意设定动作压力，当市政水源压力低于该值时，隔离装置动作，切换到水源罐或承压水池供水。也可考虑使用廉价的节流装置代替隔离阀，限制最大进水流量，供水不足部分靠水源罐补偿。   随着社会经济技术的发展进步，市政供水系统水质标准逐步提高，供水能力不断增强。为适应社会发展要求，自动给水设备必然朝着一定的目标发展，这个目标就是高效节能、无水源污染、低噪音、操作方便、运行可靠。  3、 无负压无负压供水设备

20、适用范围: 1、高层建筑、城镇居民小区、企事业单位生活供水。 2、原有生产供水系统如气压式供水、水塔式供水、高位水箱式供水的改造。 3、新建需要分质供水如生活饮用水、消防水、中水加压供水系统。 4、现在医院、医药、食品等对水质要求较高的供水系统。4无负压无负压供水设备特点: 1、设备采用一体化设计，节约了建筑空间。 2、替代水池、水箱供水方式，节约投资。 3、充分利用市政管网原有压力，节能效果更加突出。 4、全封闭运行，无泄漏，无溢水现象，水质不受二次污染，大大提高了供水质量。 5、节电、节水、节约维护费

21、用。效果好。 6、采用无负压稳流技术对市政自来水管网不产生任何负面影响。    3.2.3 无负压无负压供水设备应用范围： 1、高层建筑、城镇居民小区、企事业单位生活供水。 2、原有生产供水系统如气压式供水、水塔式供水、高位水箱式供水的改造。 3、新建需要分质供水如生活饮用水、消防水、中水加压供水系统。变频器在恒压供水中的应用 - 8 - 4无负压无负压供水设备特点: 1、设备采用一体化设计，节约了建筑空间。 2、替代水池、水箱供水方式，节约投资

22、。 3、充分利用市政管网原有压力，节能效果更加突出。 4、全封闭运行，无泄漏，无溢水现象，水质不受二次污染，大大提高了供水质量。 5、节电、节水、节约维护费用。效果好。 6、采用无负压稳流技术对市政自来水管网不产生任何负面影响。    3.2.3 无负压无负压供水设备应用范围： 1、高层建筑、城镇居民小区、企事业单位生活供水。 2、原有生产供水系统如气压式供水、水塔式供水、高位水箱式供水的改造。 3、新建需要分质供水如生活饮用水、消防水、中水加压供水系统。 4、现在

23、医院、医药、食品等对水质要求较高的供水系统。  3.3 应用无负压设备的注意事项  虽然无负压设备具有很多优点，但在选用无负压给水设备时应考虑以下因素：  选用设备时,不但要考虑用户的用水流量、压力情况,还必须考虑进水的流量、压力情况。在市政管网可利用水量长期低于用户用水量、水压很低的地方不应使用。  为了确保管网的水质卫生条件,设备进水管上应设管道倒流防止器,或选用设备自身带有防倒流装置的设备。  水泵出水管及旁通管上的止回阀应采用可消除水锤的缓闭式止回阀等,尤其是无负压给水设备用于

24、高层建筑等高扬程供水的场所时必须采用。水锤不但会损坏水泵出水管上的止回阀及水泵,也会损坏旁通管上的止回阀,给进水管网造成巨大的压力波动。由于变频泵在低频率下运行效率较低,在供水流量变化较大的工程中,应尽可能要求设备配置相应的小流量泵,满足系统在较小流量运行时设备仍能在高效区内运行,以真正达到节能的效果。  虽然无负压设备有节能环保等的优点，但无负压给水设备的选用应结合每个工程的具体情况及当地市政给水管网的流量、压力状况综合考虑,以确定其是否适用及是否能在具体的工程中做到真正节能,不适用时就应采用其他的供水方式。在工程设计和无负压设备的产品选用中,应采取措施尽量避免对进水管网

25、造成回流污染、瞬间负压、压力振荡等不利影响,使设备做到既节能又能保证供水安全。3.4  控制器的产品规格及选型 3.4.1产品规格型号 21B控制器适用于工业和生活供水生活和消防共用供水消防专用供水控制系统。根据系统工况的不同要求，21B控制器提供以下规格型号的产品供设计时选用3.4.2 选型说明：  21B控制器可以设计成整个或部分泵组变频循环软起动工作方式，或配置成1台变量泵+多台定量泵的工作方式。各型号均最多可控制3台主泵和一台附属小泵。 1.5.2.1  CPS-21B-S型控制器

26、60;CPS-21B-S控制器的显示部分为数码管和LED的方式。 1.5.2.2  CPS-21B-H型控制器 CPS-21B-H控制器的显示部分为数码管和LED加液晶显示的方式。人机界面主要采用汉字信息显示的方式，方便用户使用。3.5 控制器的工作条件 1 温度：-5+55 2 相对湿度：95%（无凝露3 电源：AC 185V265V  50Hz 4 海拔高度不超过2000米 5 外壳防护等级：IP20  

27、;6 产品的执行标准：Q/HD  LLK001-2004  3.6控制器示意图及说明 3.6.1  CPS-21B-S型控制器面板图说明： 1：系统自动运行指示灯 2：系统报警指示灯 3、4、5：数码管显示信息窗口，3窗可根据设定显示压力和频率，4、5窗除显示参数设定（代码14）的信息外，还可显示报警故障信息和泵的设定类型信息 6：指示灯，可显示对应泵的设定状态和工作状态 7：功能键，用于调出设定泵运行类型或修改参数功能或者在功能菜单的任何项中退出 8：设

28、定键，用于设定参数时的确定和手动运行的执行 9：上下键作为系统参数调整时用的加减键，下键还兼做调出手动调试的功能      注：详细操作请参见第九部分“显示面板操作” 3.6.2 整机示意图3.7 端子说明 3.8 功能代码一览表 说明： 1. 在调整各参数项时，数值参数调到最大或最小值后参数不发生循环变化，其余值可循环变化。 2. 底色为深颜色的参数项为系统中常用的参数项。3.9 设备安装 整机尺寸

29、60;21B整机外形尺寸为96×96×162（mm）。 如图7：CPS-21B控制器嵌装于控制柜面板上，显示面板外形符合国际标准，尺寸为96×96mm，安装时仅需在控制面板上开一个方孔，方孔的尺寸为92×92mm(公差为+0.7,-0.0)，周围应留出20cm左右的空间。 3.9.1 显示面板操作 如图3-9-1：注： 1、以上各键在按下同时蜂鸣器会发出长短不同的声音。短音表示当前按键操作有效，长音表示无效。 2、显示面板上运行RUN灯（绿色）亮则表示系统自动运行，报警ALM（红色）闪烁则表示系

30、统有报警发生，而且在下排数码管上会显示具体的报警信息。 3、界面在最后一次操作30秒后会自动返回正常显示模式显示面板共有3种显示模式（模式的设定请参见第3.8部分参数的“14显示模式”）（表3-8-1）。 模式0：上排数码管显示反馈压力或变频器运行频率，下排数码管显示系统时间。 模式1：上排数码管显示变频器运行频率，下排数码管显示切换泵的倒计时时间和反馈压力。 模式2：上排数码管显示反馈压力，下排数码管显示变频器运行频率和设定压力。3.9.2 设定泵运行类型 步骤按顺序如下：表4  显示泵工作类型信息含义3.9.3

31、 设定系统参数 步骤按顺序如下：注： 当修改系统参数时，如果参数项“15修改参数允许”中不允许修改，系统会给出提示信息。  特殊说明： 当系统参数选择到“05传感器调零”“06反馈增益调节”时，无论在哪种显示模式下，数码管均显示根据反馈压力值计算后的数值，直到退出这些参数项，显示模式恢复。 3.9.4手动调试 手动调试步骤如下： 1、断开主机“RUN/STOP”端子，使系统处于停止运行状态。 2、先按下键并保持10秒钟，系统进入手动调试状态。如果系统正在自动运行则不会进入手动调试状态。此时显示1

32、号泵，按键选择要手动调试的泵号。再按键，使相应的泵的输出闭合。 3、按键控制变频器输出频率。 4、调试完毕后按键停止此台泵，按14步骤循环调试其它泵。 5、按键退出手动调试过程。3.9.5自动运行 (1) 设定自动运行的各参数   操作者可先熟悉显示面板的功能第3.9.1部分 1) 首先，根据所使用的压力传感器，将其量程设定好。 2) 需要设定好第一及第二压力，如果需要多段定时控制，请将相应的参数项设定好。请参见第3.8部分（表3-8-1）。设定好变频器加减速时间（与控制器参

33、数一致），根据变频器的型号设定好频率给定信号是05V还是010V。 3) 接好压力表，在系统压力为零时，调传感器定标值，使数码管上反馈压力显示为零。 4) 根据系统是否需要附属小泵，是否需要定时换泵，是否需要定时开关机等要求将相关参数设置好。 5) 根据使用的水泵台数及其运行状态，将各泵设定好。 注意：每设定完一个参数须按 键使其生效。若未按键,直接按键，则退出参数设定过程，调整后的设定值无效。 (2) 控制器自动运行状态 1) 主机主板端子中的“RUN/STOP”与COM闭

34、合后控制器自动运行，显示面板左上角的运行RUN指示灯（绿色）亮。2) 故障及代码显示：当发生故障时，显示面板左上角的故障ALM指示灯（红色）闪烁，下排数码管显示故障代码及故障名称，详见“附录1”。如果系统中同时发生多个故障，则显示编号最小的故障信息。  3.9.6 系统调试及维护     (1) 调试 （调试前请仔细检查控制柜及控制器的配线，确认无误后，进行以下步骤）将变频器设定为端子控制，将变频器的“RUN/STOP”开关置于“STOP”,V-F图形选择适当，变频器加减速时间根据不同

35、功率有所变化。 将泵房出水总阀门置于小流量。 合上控制柜电源，使系统处于运行状态（要确保每台泵在变频及工频状态下旋转方向都正确，可先用手动调试功能调整好）。设好压力设定值，对比控制器显示压力值和压力表显示值，观察压力稳定情况，选择合适的加减速时间（变频器的加减速时间和控制器设置的加减速时间要一致），使系统稳定在设定的压力。若显示值与实际值有偏差，可先通过参数“传感器调零”功能调零，再微调“反馈增益调节”，使显示值与实际值相符。 逐渐打开阀门，观察不同供水量时各泵的启停逻辑是否符合要求。 根据现场供水状况调整流量补偿值或附属小泵的启停阀值。 试验

36、水位信号的控制是否正常。 (2) 系统维护   当系统全部调试好后，请将参数项中的第15项设定为“LOCK”，这样可以避免参数被意外更改。系统调试好后请锁好控制柜门。定期检查接触器的触点情况及水泵电机是否工作正常，以及接线端子有无松动。检修时，应切断电源10分钟左右，待到变频器“CHARGE”灯熄灭后再进行，防止高压伤人。测试电机绝缘时，先断开变频器输出端UVW,再用摇表测试；否则会损坏变频器。   四、变频器的结构及工作原理 交流变频器是微计算机及现代电力电子技术高度发展的结果。微计算机是变频器的核心，

37、电力电子器件构成了变频器的主电路。大家都知道，从发电厂送出的交流电的频率是恒定不变的，在我国是50周/秒。而交流电动机的同步转速为  式中      N1  同步转速，r/min；           1f 定子频率，Hz            p 

38、电动机的磁极对数。及异步电动机转速式中S-导步电动机转差率，S =（N1 N）/N1 ，一般小于3%。 均与送入电动机的电流频率f成正比例或近于正比例，也就是说，改变频率可以方便的改变电动机的运行速度，也就是说变频对于交流电动机的调速来说是十分合适的。 4.1变频器的基本结构 从频率变换的形式来说，变频器分为交交和交直交两种形式。交交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可控制的交流电，称为直接式变频器。而交直交变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，又称间接式变频器。市售通用变

39、频器多是交直交变频器，其基本结构图如下图所示，由主回路，包括整流器、中间直流环节、逆变器和控制回路组成，现将各部分的功能分述如下： (1) 整流器。电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是单相)交流整流成直流。(2) 直流中间电路。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑处理，以保证逆变电路及控制电源得到质量较高的直流电源。由于逆变器的负载多为异步电动机，属于感性负载。无论是电动机处于电动或发电制动状态其功率因数总不会为1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件(电容器或电抗)来缓冲。所以又常称直

40、流中间环节为中间直流储能环节。 (3) 逆变器。负载侧的变流器为逆变器。逆变器的主要作用是在控制电路的控制下将直流平滑输出电路的直流电源转换为频率及电压都可以任意调节的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出。 (4) 控制电路。变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路及保护电路等几个部分，其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制及完成各种保护功能。控制电路是变频器的核心部分，性能的优劣决定了变频器的性能。 一般三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成，直流中间电路的储能元件在整流电路是电压源时是大

41、容量的电解电容，在整流电路是电流源时是大容量的电感。为了电动机制动的需要，中间电路中有时还包括制动电阻及一些辅助电路。逆变电路最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三桥式逆变电路。有规律的控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。现代变频器控制电路的核心器件是微型计算机，全数字化控制为变频器的优良性能提供了硬件保障。  4.2 变频器的选型 考虑运行的可靠和稳定性，选用了日本三菱变频器，型号：F740-5.5K风机水泵专用型变频器， 变频器额定值：额定输入     &

42、#160;          三相400V          交流电压容许波动范围    325528V  50/60HZ        适用电机容量         &

43、#160; 5.5KW             额定电流               12A              过载能力   

44、60;           120% 60S 4.3  变频器参数设计 变频器的功能参数设定：Pr1  上限频率          50Hz         Pr7  加速时间   

45、0;     8S            Pr8   减速时间         8S              Pr72  PWM频率选择 

46、   15KHz       Pr73  模拟电压选择      010V        Pr77  参数写入禁止选择  1              Pr79 

47、0;操作模式选择      2              Pr250 停止选择          0 其他功能参数为变频器的出厂值五、改造应用方案 针对原供水方式的诸多问题及隐患，对比后决定采用无负压变频供水设备进行供水改造，首先进水侧加装一台流量平衡器，稳定流量，在水泵出水口端

48、安装压力传感器，实时检测用户管网压力，并将信号送给智能供水控制器进行PID调节，把一模拟直流电压信号（010VDC）送去变频器，再通过变频器控制水泵的转速，始终使实际压力恒定在设定压力范围内；系统器件选型配置如下： 5.1智能供水控制器选用 智能供水控制器采集到出水端压力信号后与设定值进行比较，通过内部PID调节功能输出一个模拟直流电压信号（0-10V）给变频器，调节水泵的转速，保证出水压力恒定，控制器带缺水，故障输出，分时段等多种功能。 厂家配置型号：CPS-21B，可控制三台主泵及一台辅泵；每台水泵的运行状态可按须调整为变频运行或工频运行； 5.2&

49、#160;压力传感器  型号：YZT150，01Mpa,输出 05VDC；  5.3 水泵配置：（两用一备）       三台杭州南方立式不锈钢多级离心泵，型号：CDLF16-4，(Q=16m3/h   H=46m  N=4KW) 5.4 系统主回路接线图：（两用一备）其中：STFSD为变频启动信号，在变频器上电待运行状态下，当给出STFSD闭合信号时，变频器启动；25为模拟电压（010V）输入端

50、，对应频率为050HZ。  六、节能效果计算：  6.1 恒压供水控制水泵设计及控制方法：       恒压供水系统主要组成是变频器、压力传感器和循环水泵，而风机水  泵类机械性能曲线如图6-1，其流量与转速成正比，转速-力矩特性为二次方递减力矩，所需要的轴功率与转速的三次方成正比。即：  qn, hn2 ， pn3  q:流量， h:扬程， p:轴功率， 

51、n：转速  数学关系式为：p=0.163·q·h/p（kW）  其中：p：轴功率，q：流量，h：扬程，p： 泵效率 传统的方法是电机转速恒定不变，使用阀门的开启度（增大或减小管阻）实现流量控制（俗称憋泵），其扬程-流量特性见图2，例如需要额定流量的100%、80%、40%流量时，使用阀门调节的方法其工作点对应图中A、B、C点。这样造成供水管网压力不稳，工作效率低、启动电流大、工作噪声大、电能耗量大等特点。  6.2  采用变频调速控制方法：   

52、    采用变频调速控制时，设定供水压力，根据用水量的大小，变频器改   变输出频率，使电机的运转速度保证供水量，从而使供水系统工作压力维持动态平衡，见图6-2，其工作点对应A、D、E。而对应的阀门控制和速度控制对应的数学关系如下：     Pm=q·h/（/0） 工作点的轴功率     PIN（V）=Pm/m 阀门控制时消耗的电功率     PI

53、N（I）=Pm/（1m·INV ） 速度控制时消耗的电功率     P0=0.163·Q0·H0/0 额定工作点的轴功率    这里：INV：变频器效率，1m：变频器拖动对应工作点电机效率，m：工频拖动对应工作点电机效率     例如：电机功率P=15KW，效率0=0.9，电压U=380V,电流I=29.4A,转速N=1440rpm,极数pole=4；Y132S2-2型水泵，流量Q=107m3/h=1.87m3/min,扬程H=32m,泵效率pump=0.65，泵性能曲线如图1，泵的扬程-流量特性曲线如图2，可计算得表6-