一、 概述

　　交流電（diàn）機（jī）變頻調速技術是一項（xiàng）業已廣泛應用的節（jiē）能技術。由於我國（guó）的電子技術（shù）飛速發展，也帶動了康卓（zhuó）變頻器在性能上有了一個較大提高，康卓KZ100係列變頻器可以實現控製（zhì）設備軟啟軟停，不僅可以降低設備故障率，還可以大幅減少電耗，確保係統（tǒng）安全、穩定、長周期運行。長期以來區域的（de）供水係統都（dōu）是由市政管網經過二次加壓（yā）和水塔或天麵（miàn）水池來滿足用戶（hù）對（duì）供水壓力的要求。在小區供水係統中加（jiā）壓泵通常是用較不利用（yòng）水點的水（shuǐ）壓要求來確定相應的（de）揚程設計，然後泵組根據流量變化情況來選配，並確（què）定水泵的運行方式。由於小（xiǎo）區用水有著季節和時段的明顯變化，日常供水運（yùn）行控製就常采用水泵的運行方式調（diào）整加（jiā）上出口（kǒu）閥開度調節供水的水（shuǐ）量水壓，大量能量因消耗在出口閥（fá）而浪費，而且存在著水（shuǐ）池“二次汙染”的問題。我公（gōng）司生產的變頻器在水泵站上應用，成功地解決了能耗和汙染的兩大難（nán）題。用（yòng）水的多（duō）少是經常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發生。而用水和供（gòng）水之間的不平衡集中反映在供（gòng）水的壓力上，即用（yòng）水多（duō）而供水少，則壓力低；用水少而供（gòng）水多，則（zé）壓力大。保持（chí）供水壓（yā）力的恒定，可使供水和用水之間（jiān）保（bǎo）持平確保（bǎo）係（xì）統安全、穩定、長周期運行。即（jí）用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水（shuǐ）的質量。 

　　恒（héng）壓供水係統對於某些工業或（huò）特殊用戶是非常（cháng）重要的。例（lì）如（rú），南京康卓環境（jìng）科技有（yǒu）限（xiàn）公司所接觸到的某些用戶在生產過程中，若（ruò）自（zì）來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產品質量，嚴重（chóng）時使產品報廢（fèi）和設（shè）備損壞。又如發生火災時，若供水壓力（lì）不足或或（huò）無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經濟損失和人員傷（shāng）亡。所以，康卓工程師仍為（wéi）在某些水區（qū）采用（yòng）恒壓供水係統，具有較（jiào）大的（de）經（jīng）濟和社會意義。 

　　近幾年，隨著我公司變頻調速技術的日臻完善，以變頻調速為核心的智能供水控製係（xì）統取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設備，起動平（píng）穩，起動電流可限製在額（é）定電流以內，從而避免了起動時對電網的衝（chōng）擊；由（yóu）於（yú）泵的平均轉速降低了，從而可延長泵（bèng）和（hé）閥門（mén）等東西的使（shǐ）用壽命；可以消除起動和停機時的水錘效應。其穩定安（ān）全（quán）的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能（néng），將使供水實現節水（shuǐ）、節電（diàn）、節省人力（lì），較終達到高效率的運行目的。 

　　

　　二、恒壓供水的（de）變頻（pín）應用方式

　　1、變頻恒壓供水係統組成

　　我公司的變（biàn）頻恒壓供水係統通常是（shì）由水源、離心泵（主泵+休眠泵）、壓力傳感器、PID調節器、變頻器（主泵（bèng）+休眠泵）、管網組成。工作流程是利用（yòng）設置在管（guǎn）網上的壓力傳感器將管（guǎn）網係（xì）統內（nèi）因用水量的變化引起的（de）水壓變化（huà），及時將（jiāng）信（xìn）號（4-20mA或（huò）0-10V）反饋PID調節器，PID調（diào）節器對比（bǐ）設定控製壓力進行（háng）運算後給出相應的變頻（pín）指令，改變（biàn）水泵的運行或轉（zhuǎn）速，使（shǐ）得（dé）管網的水壓（yā）與控製壓力一致。

　　

　　2、變頻恒壓供水（shuǐ）係（xì）統的參數選取

　　（1）、合理選取壓力控（kòng）製參數，實現係統低能耗恒壓供水（shuǐ）。這個目的的實現關鍵就在於壓力控製參數的（de）選取，通常管網壓力控製點的選擇有（yǒu）兩個：一個就是管網較不（bú）利點壓力恒壓（yā）控製，另一個就是（shì）泵出口壓力恒壓控製。選擇管網較不利點的較小（xiǎo）水（shuǐ）頭為壓力控製參數，形成閉環壓力自控係統，使得（dé）水泵的轉速與PID調節器設定壓力相匹配，可以達到較大節能效果（guǒ），而且實現了恒壓供水（shuǐ）的目的。

　　（2）、康卓變頻器在投入運行後的調試是（shì）保證係統達到較佳運行狀（zhuàng）態的必要手段（duàn）。康卓變頻器（qì）根據負載的轉動慣量的（de）大小，在啟動和停（tíng）止電機時所需的時間不相同，設定（dìng）時間過短會（huì）導致變頻器在（zài）加速（sù）時過電流、在減速時過電壓保護；設定時間過長會導（dǎo）致變頻器在調速運行時使係統（tǒng）變得調節緩慢，反應遲滯，應（yīng）變能力差，係統易（yì）處在短期不穩定狀態中。

　　為了（le）變頻器不跳閘保護，現場使用當中的（de）許多變頻（pín）器加減速時間（jiān）的設（shè）置過長，它所帶（dài）來的問題很容易被設備外表的正常而掩蓋，但是變頻器達不（bú）到（dào）較（jiào）佳運行狀態。所以現場使用時要根據所驅動的負載性質不（bú）同，測試出負載的允許較短加減速時間，進行設定。對於水泵（bèng）電機，加減速時間的選擇在0.2-20秒之間。

　　通常在同一路供水係統中，設置多台常用泵，供水量大時多台（tái）泵全開（kāi），供水量（liàng）小時（shí）開（kāi）一台或兩台（tái）。在采用變頻跳速進（jìn）行恒壓供水（shuǐ）時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一台變（biàn）頻器（qì）；其二是每台水泵配用（yòng）一台變頻器。後種方法根（gēn）據（jù）壓力反饋信（xìn）號（hào），通過PID運算自動調整變頻器輸出頻率，改（gǎi）變電動（dòng）機轉速，較終達（dá）到管網恒壓的目的，就一（yī）個閉環回路（lù），較簡單，但成本高。前種（zhǒng）方法成本低，性能不比後種差，但控製程序較複雜，是未來的發展方向，下麵講到的原理都是一變頻器拖多（duō）馬達的係統。 

　　

　　三、控製原理（lǐ） 

　　1、交流電機變（biàn）頻調速原理

　　交流電機轉速特（tè）性：n=60f(1-s)/p，其中n 為電機轉速，f為交流電頻率，s 為轉（zhuǎn）差率，p為極對數。

　　電（diàn）機選（xuǎn）定之後s 、p則為定值，電機轉速n和交流電（diàn）頻率f 成正比（bǐ），使用變頻器來改變交流電頻（pín）率，即可（kě）實現對電機變（biàn）頻無級調速。

　　

　　2、根據離心泵的（de）負載工（gōng）作原理可知：

　　流量與轉速成正比（bǐ）：Ｑ∝Ｎ

　　轉矩與轉速的平方（fāng）成正比：Ｔ∝Ｎ２

　　功率與轉速的三次方成正比：Ｐ∝Ｎ３

　　而且變頻調速自身的（de）能量損耗極低，在各種轉速下變頻器輸入功率幾乎等於電機軸功率（lǜ），由此可知在（zài）使用變頻調速技術供水（shuǐ）時，係統中流量變化與功率的關係：

　　Ｐ變＝Ｎ３Ｐ額＝Ｑ３Ｐ額

　　采用出口閥控製流量的方式，電機在工頻運行時，係統（tǒng）中流量變化（huà）與功率（lǜ）的關係：Ｐ閥＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ額

　　其中，Ｐ為功率

　　　　　Ｎ為轉速

　　　　　Ｑ為流量

　　例（lì）如設定（dìng）當前（qián）流量為水泵額定流量的６０％，則采用變頻調速時Ｐ變＝Ｑ３Ｐ額＝０.２１６Ｐ額，而采（cǎi）用閥門控製時Ｐ閥＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ額＝０.７６Ｐ額，節電＝（Ｐ閥（fá）-Ｐ變）／Ｐ閥*１００％＝７１.６％。

　　流量% 100 90 80 70 60 50

　　節電率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1

　　由此可見（jiàn）從理論計算結果可以看到節能效（xiào）果（guǒ）非常顯著，而且在實際運行（háng）中小區變頻恒壓供水技（jì）術比傳（chuán）統（tǒng）的加壓供水係統還有自動控製恒壓、無汙染等明（míng）顯優勢。

　　而且新型的小區變（biàn）頻恒壓（yā）供（gòng）水係統能（néng）自動地控製一至多台主泵和一台休眠泵的運行。在管網用水量減少到單台主泵流量的約1/6-1/8時，係統（tǒng）自動停止主泵（bèng），啟動小（xiǎo）功率的休眠泵工作，保證係統小流量供水，解（jiě）決（jué）小流量甚（shèn）至零流量供水時大量電（diàn）能的浪費問題，從運（yùn）行控製上進一步節能。

　　根據（jù）反饋原（yuán）理：要想維持一個物理量不變或基本（běn）不變，就應該引這個物（wù）理量與恒值比較，形成閉環係統。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環係統（tǒng）。但被控製的係統特點是非線性（xìng）、大（dà）慣性的係統，現在控製和PID相結（jié）合（hé）的方法，在（zài）壓力（lì）波（bō）動較大時（shí）使用模糊控製，以加快響應速度（dù）；在壓力範圍較小時采用PID來保持靜態精度。這通過PLC加智能儀表可時現該算法，同（tóng）時對PLC的編程來（lái）時現泵的工（gōng）頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不（bú）高。

　　要想維持供水網的壓力不變，根據反饋定理在管網係統的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由於供水（shuǐ）係統管道長、管徑大，管網的充壓都較（jiào）慢，故（gù）係統是一個大滯後係統，不易直接采用PID調節器（qì）進行控製，而采用PLC參與（yǔ）控製的方（fāng）式來實現對控製係統調節作用。 

　　

　　四、控製（zhì）原（yuán）理（lǐ） 

　　康卓工程師認為用變頻調速來實（shí）現恒壓（yā）供水，與用調節閥（fá）門來實現恒壓供水相（xiàng）比（bǐ），節能（néng）效果十分顯著（zhe）（可根（gēn）據具體情況計（jì）算出來）。其優點是： 

　　1、 起動平（píng）衡，起動（dòng）電流可限製（zhì）在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的（de）衝擊； 

　　2、 由於泵的（de）平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用（yòng）壽命； 

　　3、 可以消除起動和停機時的水錘效應； 

　　　　

　　一般情況下，當由一台變頻器控製一台電動機時，隻需（xū）使變頻器的配用電（diàn）動機容量與實際（jì）電動機容量相（xiàng）符即可。當一台變頻（pín）器同時控製兩（liǎng）台電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量（liàng）應等於兩台電（diàn）動機的容量之和（hé）。但（dàn）如在高峰負載時的用水量比兩（liǎng）台水泵全速供水量相差很多時，可考慮適當減小變頻器的容量，但應注意（yì）留有足夠的容（róng）量。 

　　雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電（diàn）流較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電（diàn）動機將處於頻繁的升、降（jiàng）速狀態，而升、降速的電流可略超過電動機的額定電流，導致（zhì）電動機過熱。因此，電（diàn）動（dòng）機（jī）的熱保護是必需的。對於這種（zhǒng）由於頻繁地（dì）升、降速而積累起來的溫升，變頻器內的電子（zǐ）熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應采（cǎi）用熱繼電器來進行電動機的熱保護。

　　在主要功能預置方麵，較高頻率應（yīng）以電動（dòng）機的（de）額定頻率為變頻器的較（jiào）高工作頻率。升、降速時間在采用PID調節器（qì）的情況下，升、降速時間（jiān）應盡（jìn）量設定得短一些，以免影響由PID調節器決定（dìng）的（de）動態響應過程。如變頻器本（běn）身具（jù）有PID調節功能時，隻要（yào）在預置時設定PID功能有效，則所（suǒ）設定的升速和降速時（shí）間將自動失效。 

　　

　　五（wǔ）、恒壓供水係統（tǒng）特點 

　　1、 節電：變頻恒壓供水係統的較（jiào）顯著優點就是節約電能，節能量通常在10-40%。從單（dān）台水泵的節能（néng）來（lái）看，流量越小，節能量越大。優化的節能控製軟件，使水泵實現較大限度地節能運行； 

　　2、 衛生節（jiē）水：根（gēn）據實際用水情況設定管網壓力，自動控製水泵出水量，減少了水的跑、漏現象；係統實行閉環供水後，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天（tiān）麵水池、氣壓罐等設（shè）施，避免了用水的“二次汙染”，取消（xiāo）了水池定期清（qīng）理的工（gōng）作。 

　　3、 運行可靠：變頻恒壓供水係（xì）統實現了係統供水壓力（lì）穩定而流量可在大範圍內（nèi）連續變化，從而可以保證用戶任何時候的用水壓力，不（bú）會出（chū）現在用（yòng）水高峰期熱（rè）水器不能正常（cháng）使用的情況由變頻（pín）器實現泵的軟起（qǐ）動，使（shǐ）水泵實現（xiàn）由工頻到（dào）變頻的無衝擊切換，防止（zhǐ）管網衝擊、避免管網壓力超限，管道破裂。 

　　4、 控製（zhì）靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作（zuò）方式（shì）。 

　　5、 自我保護功能完善：新型的小區（qū）變頻（pín）恒壓供水係統具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保（bǎo）護（hù）、瞬時停電保（bǎo）護、過載、失（shī）速保（bǎo）護、低液位（wèi）保護、主泵定時輪換控（kòng）製、密（mì）碼設定等功能，功能完善，全（quán）自動控（kòng）製，自動運行，泵房不設崗位，隻需派人定期檢查、保養如某台泵（bèng）出現故障，主動向上位機發出報警信息，同時啟動備用（yòng）泵，以維持供水平衡。萬一自控係統出現故障，用（yòng）戶可以直接操作（zuò）手動（dòng）係統，以保護供水（shuǐ）。

　　6、延長設備壽命、保護電網（wǎng）穩定

　　使用變頻器後，機泵的轉（zhuǎn）速不再是長期維持額定轉速運（yùn）行，減少了（le）機械（xiè）磨（mó）損，降低了（le）機泵故障率，而且主泵定時輪換控製功能自動定時輪換主泵運行，保證各泵磨損（sǔn）均（jun1）勻且不鏽死，延長了機泵使用壽命。變頻器的無級調速運行（háng），實現了機泵軟啟動，避免了電機開停時的大電流對電機線圈和電網的衝擊，消除了水（shuǐ）泵的水錘效應。

　　7、占地少、投資回收期短

　　新型的小區變頻恒壓供水係統采用水池上直接安裝立式泵，控製（zhì）間隻要安放一到兩個（gè）控製櫃，體積很（hěn）小，整個係統占地（dì）就非常小，可以節省投資。另外不用水塔或天麵水池、控（kòng）製間不設專人管理、設備故障率極低等方麵都實現了（le）進一步減少（shǎo）投資，運行管（guǎn）理費低的特點，再加上（shàng）變頻供（gòng）水的節能優點，都（dōu）決定了小區變頻恒壓供水係統的投資回收期短，一般約2年（nián）。

　　

　　六、係統應用範圍 

　　1、 自來水廠、加壓泵房 

　　2、 居民生活區、賓館及其它建築 

　　3、 企業生產用水 

　　4、 鍋爐循環水係統（tǒng） 

　　5、 農田灌溉（gài）係統