1、概述

恒壓供水是指在供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。供水網(wǎng)系的出口壓力值是根據用戶(hù)需求確定的。傳統的恒壓供水方式是采用水塔、高水位箱、氣壓罐等設施實(shí)現的。

      近年來(lái)，隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的日益成熟，其顯著(zhù)的節能效果和可靠穩定的控制方式，在供水系統中得到廣泛的應用。變頻恒壓供水系統對水泵電機實(shí)行無(wú)級調速，依 據用水量及水壓變化通過(guò)微機檢測、運算，自動(dòng)改變水泵轉速保持水壓恒定以滿(mǎn)足用水要求，是目前*********，合理的節能供水系統。與傳統的水塔、高位水箱、氣壓 罐等供水方式比較，不論是投資、運行的經(jīng)濟性、還是系統的穩定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有優(yōu)勢。

2、變頻恒壓供水控制系統的主要特點(diǎn)：

（1）高效節能。與傳統供水方式相比變頻恒壓供水能節能30%-60%。

（2）占地面積小，投入少，效率高。

（3）配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠。

（4）運行合理，由于一天內的平均轉速下降，軸上的平均扭矩和磨損減少，水泵的壽命將大為提高。

（5）由于能對水泵實(shí)現軟停和軟起，并可消除水錘效應（水錘效應：直接起動(dòng)和停機時(shí)，液體動(dòng)能的急劇變人，導致對管網(wǎng)的極大沖擊，有很大破壞力）。

（6）操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省力。

3、變頻恒壓供水控制系統的主要應用場(chǎng)合

（1）高層建筑，城鄉居民小區，企事業(yè)等生活用水。

（2）各類(lèi)工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補水等。

（3）中央空調系統。

（4）自來(lái)水廠(chǎng)增壓系統。

（5）農田灌溉，污水處理，人造噴泉。

（6）用水量變化大，供水壓力要求穩定及各種流體恒壓控制系統。

4、變頻恒壓供水的節能原理

    圖1

        圖1為水泵調速時(shí)的全揚程特性（Ｈ－Ｑ）曲線(xiàn)。橫坐標為水泵流量Q，縱坐標為水泵揚程H。泵的揚程和出水壓力是線(xiàn)形關(guān)系，因此也可近似表示為出水壓力P。H1A是恒壓線(xiàn)，n₁、n₂、…n₀是不同轉速下的H-Q特性?？梢?jiàn)，在n₁轉速下，如果通過(guò)控制閥門(mén)開(kāi)度使流量從Qa減小到Qc時(shí)，壓力將沿n₁曲線(xiàn)升高到D點(diǎn)。很顯然，在減少流量同時(shí)，提高了壓力(DC段是壓力升高值)。如果將轉速由n₁減小到n_3，則流量沿著(zhù)恒壓線(xiàn)從Qa減小到Qc時(shí)，而壓力沒(méi)變。

       據水泵的特性曲線(xiàn)公式：

P_L=QρH/η_b·η×10^-3-------------------------(1)

         式中： P_L─水泵使用工況軸功率（ｋＷ）；

　　　           Q─泵每秒排出的流量；

           ρ─液體的比重（N/m³），水的比重ρ=9810 N/m^3；

           H─泵的揚程；

          η_b─泵的效率；

        η─傳動(dòng)機構的效率；

        可以求出運行在D點(diǎn)和運行在C點(diǎn)的水泵工況軸功率分別為：

    P_D= Q_CΡH₂/η_b·η×10^-3----------------(2)

    P_C= Q_CΡH₁/η_b·η×10^-3----------------(3)

         兩者之差為：

   ΔP= P_D－P_C= Q_CΡ(H₂－H₁)/η_b·η×10^-3------(4)

      也就是說(shuō)，用閥門(mén)控制流量時(shí)，有ΔＰ功率被損耗浪費掉了，且隨著(zhù)閥門(mén)不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉速控制時(shí)，根據流量Ｑ、揚程Ｈ、功率Ｐ和轉速Ｎ之間的關(guān)系，有：

Q₂ / Q₁=N₂ / N₁

H₂ / H₁=(N₂ /N₁ )² ----------------(5)

P₂ / P₁=( N₂ / N₁ )³

      由 （５）式可知，流量Ｑ與轉速Ｎ的一次方成正比；揚程Ｈ與轉速Ｎ的平方成正比；軸功率Ｐ與轉速Ｎ的立方成正比，即功率與轉速成３次方的關(guān)系下降。如果不是用 關(guān)小閥門(mén)的方法，而是把電機轉速降下來(lái)，那么在轉運同樣流量的情況下，原來(lái)消耗在閥門(mén)的功率就可以全避免，從而獲得圖１中H2-H1-C-D矩形區域大小的節能效果，這就是水泵調速節能原理。  

      變頻調速的基本原理是根據交流電動(dòng)機工作原理中的轉速關(guān)系：

          N=60f(1-s)/p  ----------------(6)

       由（６）式可知，均勻改變電動(dòng)機定子繞組的電源頻率ｆ，就可以平滑地改變電動(dòng)機的同步轉速。電動(dòng)機轉速變慢，軸功率就相應減少，電動(dòng)機輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調速的節能作用。

5、變頻調速控制系統的設計原理

目前水泵控制系統中使用變頻調速技術(shù)，大部分是采用閉環(huán)調速控制，即自動(dòng)采集外界條件的變化如壓力等信號通過(guò)PID調節來(lái)改變變頻器的頻率值，以達到調速目的。變頻調速控制系統原理框圖如圖２所示。

 圖 2

通過(guò)采集供水點(diǎn)水壓,反饋至控制器，與水壓設定值比較,產(chǎn)生的偏差經(jīng)PID調節后輸出信號至變頻器,實(shí)現水泵電機的變頻變速運行,從而獲得穩定的出水水壓。

系統主要由四部分組成：

（１）水泵電機;

（２）變頻調速器;

（３）壓力傳感器

（４）控制器（PID調節）

系統的控制過(guò)程為：由壓力傳感器將出水口壓力測出，并轉換成與之相對應的0—5V（或4～20mA等）標準電信號，送到控制器與工藝所需的設定值進(jìn)行比較，得出偏差。其偏差值由調節器按預先規定的調節規律進(jìn)行運算得出調節信號，該信號經(jīng)過(guò)處理送到變頻器，從而使變頻器將輸入為380V／50Hz的工頻交流電變成輸出為0～380V／0～50—60Hz連續可調電壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機。

水泵電機裝上變頻調速器后，節能效果非常顯著(zhù)，經(jīng)過(guò)實(shí)測，比未裝變頻器節約43%左右的電能，而且生產(chǎn)工藝穩定。
       （1）節能效果非常顯著(zhù)，采用變頻調速技術(shù)后，提高了電機的功率因數，減少了無(wú)功功率消耗，具有明顯的經(jīng)濟效益。

（2）采用變頻調速技術(shù)后，電機定子電流下降，電源頻率下降，水泵出水壓力恒定。由于電機水泵的轉速普遍下降，電機水泵運行狀況明顯改善，延長(cháng)了設備的使用壽命，降低了設備的維修費用。同時(shí)，由于變頻器啟動(dòng)和調速平穩，減少了對電網(wǎng)的沖擊。

（3）系統采用閉環(huán)控制，參數超調波動(dòng)范圍小，偏差能及時(shí)進(jìn)行控制。變頻器的加速和減速可根據工藝要求自動(dòng)調節，控制精度高。

（4）由于變頻調速器具有十分靈敏的故障檢測、診斷、數字顯示功能，提高了電機水泵運行的可靠性。