变频恒压供水的基本知识-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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发表于：2006-12-10 17:51:00

楼主

一、变频恒压供水的特点

1. 节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色用电。
2. 占地面积小，投入少，效率高。
3. 配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。
4. 运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，
而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，
并且水泵的寿命大大提高。
5. 由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，
防止了很多传染疾病的传染源头。
6. 通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。

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XIAO菜

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发表于：2006-12-10 17:51:00

1楼

二、节能原理

由水泵的工作原理可知：水泵的流量与水泵（电机）的转速成正比，水泵的扬程与水泵（电机）的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵的转速的三次方成正比（既水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）。根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。
流量基本公式：
Q∝N H∝N2 KW=Q*H∝N3
以上Q代表流量，N代表转速，H代表扬程，KW代表轴功率。

例如：将供电频率由50HZ降为45HZ，则P45/P50=（45/50）3= 0.729，即P45=0.729 P50；
将供电频率由50HZ降为40HZ，则P40/P50=（40/50）3= 0.512，即P40=0.512 P50。
水泵一般是按供水系统在设计时的最大工况需求来考虑的，而用水系统在实际使用中有很多时间不一定能达到用水的最大量，一般用阀门调节增大系统的阻力来节流，造成电机用电损失，而采用变频器可使系统工作状态平缓稳定，通过改变转速来调节用水供应，并可通过降低转速节能收回投资。

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XIAO菜

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发表于：2006-12-10 17:52:00

2楼

三、变频调速恒压供水设备的主要应用场合

1、高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水；
2、各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等；
3、中央空调系统；
4、自来水厂增压系统；
5、农田灌溉，污水处理，人造喷泉；
6、各种流体恒压控制系统。

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XIAO菜

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发表于：2006-12-10 17:54:00

3楼

水泵变频调速应用的注意事项
变频调速在泵与风机的节能方面应用广泛，但在实际应用中往往由于对影响其节能效果的因素考虑不周，导致选择与使用存在着较大的盲目性，影响其节能效益的发挥。以水泵为例，针对影响其调速范围、节能效果的一些主要因素，进行了对症分析和探讨，在此基础上指出了变频调速的适用范围。
1 变频调速与水泵节能
    水泵节能离不开工况点的合理调节。其调节方式不外乎以下两种：管路特性曲线的调节，如关阀调节；水泵特性曲线的调节，如水泵调速、叶轮切削等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多[1]。因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。但同时应该引起注意的是，影响变频调速节能效果的因素很多，如果盲目选用，很可能事与愿违。
2 影响变频调速范围的因素
    水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额定转速50％，最好处于75％～100％，并应结合实际经计算确定。
2.1 水泵工艺特点对调速范围的影响
    理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域OA1A2（见图1）。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩为PA1A2[2]（显然，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。）图中H0B为管路特性曲线，则CB段成为调速运行的高效区间。为简化计算，认为C点位于曲线OA1上，因此，C点和A1点的效率在理论上是相等的。C点就成为最小转速时水泵性能曲线高效区的左端点。
因此，最小转速可这样求得：
由于C点和A1点工况相似，根据比例律有：
(QC/Q1)2=HC/H1
C点在曲线H=H0+S·Q2上有：
HC=H0+S·QC2
其中，HC、QC为未知数，解方程得：
HC=H1×H0/(H1-S·Q12)
QC=Q1×[H0/(H1-S·Q12)]1/2
根据比例律有：
nmin=n0×[H0/(H1-S·Q12)]1/2
2.2 定速泵对调速范围的影响
    实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响[2]。主要分以下两种情况：
2.2.1
    同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。
2.2.2
    不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。
2.3 电机效率对调速范围的影响
    在工况相似的情况下，一般有N∝n3，因此随着转速的下降，轴功率会急剧下降，但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终都影响到整个水泵机组的效率。而且自冷电机连续低速运转时，也会因风量不足影响散热，威胁电机安全运行。
3 管路特性曲线对调速节能效果的影响
    虽然改变水泵性能曲线是水泵节能的主要方式，但是在不同的管路特性曲线中，调速节能效果的差别却是十分明显的。为了直观起见，这里采用图2说明。在设计工况相同的3个供水系统里（即最大设计工况点均为A点，均需把流量调为QB），水泵型号相同，但管路特性曲线却不相同，分别为：
①H=H1+S1·Q2（H0=H1）
②H=H2+S2·Q2（H0=H2，H1＞H2）
③H=S3·Q2（H0=H3=0）
    很显然，若采用关阀调节，则3个系统满足流量QB的工况点均为B点，对应的轴功率为NB；若采用调速运行，则3个系统满足流量QB的工况点分别为C，D，E点，其对应的运行转速分别为n1，n2，n3，相应的轴功率分别为NC，ND，NE。由于N∝Q·H，所以各点轴功率满足NB＞NC＞ND＞NE。
    可见，在管路特性曲线为H=H0+S·Q2的系统中采用调速节能时，H0越小，节能效果越好。反之，当H0大到一定程度时，受电机效率下降和调速系统本身效率的影响，采用变频调速可能不节能甚至反而增加能源浪费。
4 两种调速供水方式节能效果比较
    在供水系统中，变频调速一般采用以下2种供水方式：变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水。其中，前者应用得更广泛，而后者技术上更为合理，虽然实施难度更大，但代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。
4.1 变频恒压（变流量）供水
    所谓恒压供水方式，就是针对离心泵“流量大时扬程低，流量小时扬程高”的特性，通过自控变频系统，无论流量如何变化，都使水泵运行扬程保持不变，即等于设计扬程。若采用关阀调节，当流量由Q2→Q1时，则工况点由A1变为A2，浪费扬程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用变频恒压供水，则自动将转速调至n1，工况点处于B1点（参见图3）。由于变频调速是无级变速，可以实现流量的连续调节，所以，恒压供水工况点始终处于直线H=H2上，在控制方式上，只需在水泵出口设定一个压力控制值，比较简单易行。显然，恒压供水节约了△H1，而没有考虑△H2。因此，它不是最经济的供水调节方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲线陡曲的情况下，△H2所占的比重更大，其局限性就显而易见。
4.2 变频变压（交流量）供水
    变压供水方式控制原理和恒压供水相同，只是压力设置不同。它使水泵扬程不确定，而是沿管路特性曲线移动（参见图3）。当流量由Q2→Q1时，自动将转速调至n2，工况点处于B2点。此时水泵轴功率n2小于恒压供水水泵轴功率N1。变压供水理论上避免了流量减少时扬程的浪费，显然优于恒压供水,但变压供水本质上也是一种恒压，不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定，它一般有2种形式：
4.2.1 由流量Q确定水泵扬程
    流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器，控制器根据H=H0+S·Q2确定水泵扬程H，通过调速使H沿设计管路特性曲线移动。
    但在生产实践中情况比较复杂。对于单条管路输水系统，是可以得到与之对应的一条管路特性曲线的。而在市政供水管网中，则很难得到一条确定的管路特性曲线。在实践中，只能根据管网实际运行情况，通过尽时能接近实际的假设，计算出近似的管路特性曲线。
4.2.2 由最不利点压力Hm确定水泵扬程
    即需在管网最不利点设置压力远传设备，并向控制室传回信号，控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远，远传信号显得不太方便，而且，在市政供水系统中，由于管网的调整，用水状况的变化等随机因素的影响，都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差，给变压供水的实施带来困难。
5 结论
①变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术，但却具有较为严格的适用条件，不可能简单地应用于任何供水系统，具体采取何种节能措施，应结合实际情况区别对待
②变频调速适用于流量不稳定，变化频繁且幅度较大，经常流量明显偏小以及管路损失占总扬程比例较大的供水系统。
③变频调速个适用于流量较稳定，工况点单一以及静扬程占总扬程比例较大的供水系统。
④变频变压供水优于变频恒压供水。

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XIAO菜

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发表于：2006-12-10 17:57:00

4楼

恒压供水系统中具有一下几个典型的功能：
1、自动切换变频/工频运行功能
变频器提供三种不同的工作方式供用户选择：
方式0：基本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率：控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减工频运行泵的台数。
方式1：交替方式，变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1→泵2，当变频器输出停止时，下一次启动顺序变为泵2→泵1。
方式2：直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行[color=#FF0000] (对于这个切换过程，我在这里要声明，这个切换必须和软启动的过程一样，才可以切换，要不会影响设备的寿命，严重的会烧毁变频器和电机)[/color]，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止最先启动的泵。
2、PID的调节功能
由压力传感器反馈的水压信号(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。
3、“休眠”功能
系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于其下限时，变频器停止工作，2#、3#泵不工作，水泵停止(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停止1泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2#泵或3#泵，当频率到达一定值后将启动1#泵调节2#或3#泵的转速。
“休眠值”变频器输出的下限频率PR507设置。
“休眠确认时间”用参数PR506设置，当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时，即td＜tn时变频器继续工作，当td＞tn时变频器将进入休眠状态。
“唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。
经测试“休眠值”为10HZ；“休眠确认时间”td:20s；“唤醒值”70%
4、通讯功能
该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS232或485接口PLC可选用西门子的S7-200计算机可以与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。
此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。
四、系统的节能分析
节能的功率可用下式表示：
Δp=p(0.4+0.6x-x3)
其中x=Q/Q0＝N/N0；Q为实时水量；Q0为满负荷的水量；P为满负荷的功率；N0为额定功率；N为实时功率。这里通过运行观察，统计出三台泵一天之内的运行时间为：1#泵24小时；2#泵大致运行19小时；3#泵仅运行13小时。
如果按360天计算利用阀门来调节功率为：(30×2＋15）×24×360＝648000Kwh
利用停止泵运转方式为：［（15×24）＋（30×10）＋（30×13）］×360＝475200Kw
利用变频工作时：3#泵始终处在状态为13小时；2#泵变频工作为7小时(3#泵不工作，2#泵工作时间)
如果水量调到80%时计算两个泵节电量为：P×h＝30×（0.4+0.6×0.8-0.83）×（13＋7）×360＝79488Kwh
这样与第二项计算与变频节能计算时比用阀的调节节能为：648000-475200+79488＝252288Kwh；按每度电0.4元计算，每年可节省电费：252288×0.4＝100915.2元。可见每年可节省电费约10万元左右。
由此可见，变频恒压给水设备，既可以很好的满足用水要求，又可以节约能源，同时还可以降低设备的运行故障，是今后推广和大力提倡的方向。

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XIAO菜

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发表于：2006-12-10 18:03:00

5楼

不知道能不能对大家有所帮助，希望同志们继续灌水

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seaday

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发表于：2006-12-11 13:00:00

6楼

我来顶下

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供水智能控制

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发表于：2006-12-11 14:02:00

7楼

我公司是专业研发、生产销售cps-21系列恒压供水智能控制器的高科技公司，上文所述的控制功能我公司的产品均可实现，如有需要的可与我联系：北京兰利科技曾先生：tel: 010-82561399或登陆网站www.ardlabs.com

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谢谢落

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发表于：2006-12-11 14:10:00

8楼

一般来说,变频器运行过程中是不能直接切换的工频的,特别是大功率的变频器,因为变频器很难保证自己输出电源的相位和电网中的电源相位一致,所以
"方式2：直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止最先启动的泵。"
这种方式有待斟酌.

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实话实说