变频调速系统在恒压供水中的应用

1、第37卷第7期2011年3月文章编号:1009 6825(2011 07 0101 02山西建筑 S HANXI ARCH I TECTUREl 37No . 7 Vo.M ar . 2011! 101!变频调速系统在恒压供水中的应用贾小磊 石岳波摘 要:分别介绍了变频调速的节能原理和恒压供水内部P ID 调节原理, 着重阐述了ATV 61变频器的多种特殊功能, 并结合实例介绍了变频调速系统在恒压供水中的具体应用, 指出变频调速系统在多方面具有无可比拟的优势, 并具有显著节能效果, 值得推广。关键词:变频调速系统, 恒压供水, 功能中图分类号:TU 991. 3随着不可再生的能源匮乏, 节能技

2、术在当今越来越被广泛利用。其中在城市管网供水方面, 恒压供水被广泛采用, 以替代过去的调节阀门, 来达到调节流量的目的。与此同时, 变频器技术的日益成熟和完善, 为恒压供水提供了更多可行性和灵活性。文献标识码:A图2为恒压供水系统图, 该供水系统变频器的作用是为电机提供可变频率的电源, 实现电机的无级调速, 从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压。传统方法是将压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后, 经可编程控制器内部P I D 控制程序的计算, 输出给变频器一个转速控制信号。现在, 随着变频器技术的快速发展, 很多厂家推出了水泵、风机专用变频器, 其变频器内拥有内置P I

3、 D 调节器。在变频器P I D 调节器内设定一个目标值, 目标值与用户要求的压力对应的值进行比较, 通过调节P ID 参数来调节变频器的输出频率, 从而调整水泵转速, 改变水泵流量, 使压力保持恒定。1 变频恒压供水介绍1. 1 变频调速的节能原理在采用变频调速之前, 调节流量一般都是通过调节阀门的开度来实现的, 这是改变管网特性(R Q 曲线 的方法(见图1 。假设使阀门开度变小, 流量从Q 1点到Q 2点时, 水泵的管网特性曲线也由R 1变到R 2, 系统的工作点从A 1点移到B 1点, 此时, 流量虽然减少了, 但管网的压力却增加了, 输入的功率由面积(P 1A 1Q 1O 变为面积(

4、P3B 1Q 2O , 变化不大。如果采用变频调速方案, 它改变的是水泵特性(P Q 曲线, 同样使流量从Q 1点到Q 2点, 工作点却沿着R 1曲线变化, 即由A 1点到A 2点, 功率减少部分为面积(P1A 1Q 1O 与面积(P 2A 2Q 2O 之差, 显然功率降低了很多。2 ATV 61变频器在恒压供水方面的应用1 ATV 61变频器标准内置P ID 调节器。可以直接接收过程控制中传感器的反馈信号, 从而实现过程量的自动控制。此P I D 调节功能可以对预设的给定量进行设置, 误差求反, 对反馈量进行监测, 并具有上下限报警功能。2 限制流量功能。本功能实现流体的流量限幅, 将变频器

5、的某一模拟输入设定为外部流量传感器的输出, 通过限制内部速度给定, 实现流量限制。如果本功能跟P ID 调节器一起使用, 限制的将是P I D 调节器的输出。3 检测过程欠负荷。a . 在空泵或没有灌满水的情况下避免泵的运行。b . 仅当稳态运行的情况下本功能才能有。c . 检测水平, 脱扣延时, 以及停车模式均可以编程设置。4 针对流量的信息具有休眠、唤醒功能。本功能与P ID 调节器结合使用。变频器在低速运行持续一段时间后, 可以以编程设定时间后, 变频器停止调节。当误差或反馈值超过某编程设定的水平后变频调节重新启动。5 监视能耗值功能。本功能可以显示:瞬时输入功率in (k W 、累积输

6、入能耗(k W ! h 、瞬时输出功率in(k W 、累积输出能耗i n(k W ! h 。通过在图形终端上客户定制, 可以计算电能成本。6 用传感器检测零流量。如果过程使用了流量传感器(有或水泵在改变转速时, 其内部几何尺寸并没有改变, 根据水泵的相似原理可知:当速度变化时流量与转速成正比(Q V , 扬程与转速的平方成正比(h V 2, 轴功率与转速的立方成正比(h V 3 。从这一比例定律关系可见:同一台泵在转速变化时, 泵的主要性能参数将按上述比例定律变化, 并且在变化过程中保持效率基本不变。由此可见, 采用调节转速的方法来调节流量, 电动机所取用的功率将大为减少, 因而是一种能够显著

7、节约能源的好方法。1. 2 多泵应用于恒压供水泵的组合方式一般采用最为常见的多泵并联的供水模式, 这样不但提高供水系统运行调度的灵活性, 而且供水的可靠性也会进一步得到保障。我们的设计原则应该是在保证可靠供水的前提下, 再谈节能问题, 所以水泵选择一定要设有备用泵, 同时考虑到日后维修方便, 尽量采用相同型号的水泵。在变频器的使用搭配上, 采用变频、工频混合的配置方式, 应该是较为经济和实用的。1. 3 恒压供水内部PI D 调节原理概述收稿日期:2010 11 16作者简介:贾小磊(1981 , 男, 工程师, 山西太钢工程技术公司, 山西太原 030009 ( , , , 030009!

8、102!第37卷第7期2011年3月山西建筑无 , 其输出可以配置给变频器的模拟输入, 在没有流量的情况下, 变频器自由停车。故障消失后, 变频器重新启动。7 可以配置专用于恒压供水的多泵卡。最多可以用一台变频器拖动五台泵, 使用此卡可以使ATV 61的功能更加完善, 任何流量下系统中均保持恒定的压力。通过ATV 61对泵进行简单的设置和诊断, 更方便的实现恒压供水。所有泵的自动循环, 延长了泵的使用寿命。3 变频恒压供水应用方案举例一小高层住宅小区, 总人口4000人, 按常住用水人口3200人, 其住宅按最大用水量时平均秒流量为节点流量。3. 1 参数选取用水定额为200L /(人! d

9、, K b =2. 4, 则:v n 0. 232001 平均时用水量:Q h 1=26. 7m 3/h。h 242 最大时用水量:Q h 2=Q h 12. 4=64m 3/h 。3. 2 泵和变频器的选择按照用水量要求, 选泵方法为:按流量Q h 等于最大流量1/2Q h 2时, 选择3台泵, 其中1台备用, 1台恒速运行, 1台变速运行。选择DFG 50 200(I /2/7. 5型水泵, 最大流量为32. 5m 3/h, 最大扬程为52. 7m H 2O, 配用电动机功率为7. 5k W, 相应变频器配套功率为7. 5k W, 型号为ATV 61HU 75N 4, 同时, 配上普通多泵

10、卡, 型号为VVV3A 3502。本系统采用1台变频器拖动3台泵的方式。当用水量小于最大流量1/2Q h 2时, 投入1台泵, 由变频器调速运行(称为变速泵, 使流量在0m 3/h32. 5m 3/h之间变化; 当用水量大于最大流量1/2Q h 2时, 投入2台泵, 其中1台泵通过接触器旁路运行(称为恒速泵 , 1台泵由变频器调速运行(称为变速泵, 使流量在32. 5m 3/h65m 3/h之间变化。3. 3 主回路和控制回路图主回路和控制回路图见图3, 图4。3. 5 故障处理和维护方法当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、欠压等情况时, 系统皆能发出声响报警信号, 特别是当出现缺相、变频

11、器故障、液位下限、超压时系统还会自动停机, 并发出声响报警信号, 通知维修人员前来维修。此外, 变频器故障时, 系统自动停机, 此时, 可切换至手动方式, 在保证系统不间断供水的前提下进行检修。3. 4 运行方式该系统有手动和自动两种运行方式:1 手动运行。此时, 按下按钮启动或停止水泵, 可根据需要分别控制1号3号泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。2 自动运行。合上自动开关后, 1号泵电机通电, 变频器输出频率从0上升, 同时P I D 调节器接收到来自压力传感器的标准信号, 经运算与给定压力参数进行比较, 将调节参数送给变频器, 如压力不够, 则频率上升到50H z , 1号泵由

12、变频切换为工频, 延时一段时间后, 变频启动2号泵, 变频器逐渐上升频率至给定值; 如用水量减小, 根据P ID 调节器给的调节参数, 逐步变频停止泵, 使系统平稳运行。若有电源瞬时停电的情况, 则系统停机, 待电源恢复正常后, 系统自动恢复运行, 然后按自动运行方式变频启动1号泵, 直至在给定水压值上稳定运行。系统配有多泵卡, 可自动检测并存储每台泵的运行时间, 启动时, 运行时间最短的泵先运行; 停止时, 运行时间最长的泵先停止, 做到各台泵的负荷率基本一致, 达到了4 结语新型的变频调速系统在恒压供水方面, 不论在设备的投资, 运行的经济性, 还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都

13、具有无法比拟的优势, 而且具有显著的节能效果, 在实际中被证明是最优的系统设计, 越来越得到广泛的应用。参考文献:1 张广溢, 郭前岗. 电机学M .重庆:重庆大学出版社, 2009. 2 何建平, 陆治国. 电气传动M .重庆:重庆大学出版社, 2007.3 周进兵. 两台水泵变频调速恒压供水电路的应用J.山西建筑, 2010, 36(8:202 203.Applicati on of frequency converti ng speed regul ati ng syste m i n constant pressure water suppl yJI A X i ao le i SH

14、I Yue boAbstrac :t Th i s thesis respec tive l y describes the ene rgy sav i ng pri nc i p l e of frequency converting speed regu lati ng and i nternal P ID regu l ating pr i nciple of constant pressure w ater supply , m a i nly expounds m ulti p l e spec ial f unctions o f ATV 61conve rter . Comb i n i ng w it h prac tica l cases , it introduces the frequency converti ng speed regu l a ti ng syste m and the spec ific appli cation in constant press u re w ater supply , and po i nts out that :frequency concerti ng speed regu l ati