变频供水设备的原理

变频调速平滑地改变异步电动机的供电频率f时，即可改变电动机转子的转速n.转速与水泵供水流量成比例关系，实现变频水泵供水。

变频恒压供水自动控制装置以变频方式工作时，水泵电机以软启动方式启动后开始运转，由远传压力表检测供水管网实际压力，管网实际压力与设定压力经过比较后输出偏差信号，由偏差信号控制调整变频器输出的电源频率，改变水泵转速，使管网压力不断向设定压力趋近.这个闭环控制系统通过不断检测、不断调整的反复过程实现管网压力恒定，从而使水泵根据需水量自动调节供水量，达到节能节水的目的.

还有变频恒流量自动控制，变频恒水位自动控制也如变频恒压供水类似。

变频恒压供水系统以管网水压 (或用户用水流量)为设定参数，通过微机控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节 (PID)，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，这样就保证了供水效率用户对水压和水量的要求，同时达到了提高供水品质和供水效率的目的，“用多少水，供多少水”；采用该设备不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水设备。

变频恒压供水控制系统通过测到的管网压力,经变频器的内置PID调节器运算后,调节输出频率,实现管网的恒压供水.变频器的频率超限信号（一般可作为管网压力极限信号）可适时通知PLC进行变频泵逻辑切换.为防止水锤现象的产生,泵的启停将联动其出口阀门.

系统工作原理间图如下所示.假设整个系统由四台水泵,一台变频器,一台PLC和一个压力变送器及若干辅助部件构成.各部分功能如下：安装于供水管道上的压力变送器将管网压力转换成1—5伏的电信号；变频调速器用于调节水泵转速以调节流量；PLC用于逻辑切换.

此外,上述系统还配备了外围辅助电路,以保障自动控制系统出现故障时可通过人工调节方式维持系统运行,保证连续生产.

二、设备选型说明

变频恒压供水系统主要由变频控制柜、压力传感器、水泵等组成.变频控制柜由断路器、变频器、接触器、中间继电器、PLC等组成.

1.供水系统选用原则

（1）蓄水池容量应大于每小时最大供水量.

（2）水泵扬程应大于实际供水高度.

（3）水泵流量总和应大于实际最大供水量.

（4）变频控制柜选型：

用户可根据供水量和供水高度确定水泵型号及台数,然后对控制柜进行选型.

2.变频器

根据工艺要求,建议配用ABB ACS600系列变频器.ACS 600系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制（DTC）技术,结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器.它具有很宽的功率范围,优良的速度控制和转矩控制特性,完整的保护功能以及灵活的编程能力,较高的可靠性和较小的体积.

主要技术数据：

功率范围：2.2-3000kW

电源电压：380/400/415/440/460/480/500VAC 3相±10%；

电源频率：48-63Hz

控制连接：2个可编程的模拟输入（AI）；1个可编程的模拟输出（AO）；5个可编程的数字输入（DI）；2个可编程的数字输出（DO）.

连续负载能力：150% In,每10分钟允许1分钟

串行通讯能力：标准的RS—485接口可使变频器方便地与计算机连接.

保护特性：过流保护、I2t、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护、接地保护、欠压缓冲、电机欠/过载保护、堵转保护、串行通讯故障保护、AI信号丢失保护等.

外型结构紧凑,安装方便.产品经过多种电气安全规范认证,符合GE、UL及质量认证体系ISO9001和ISO4001等.

变频器独特的直接转矩控制（DTC）功能是目前最佳的电机控制方式,它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制,无需速度反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制.

ACS600变频器内置PID、PFC、预磁通等八种应用宏,只需选择需要的应用宏,相应的所有参数都自动设置,输入输出端子也将自动配置,这些预设的应用宏配置大大节约了调试时间,减少出错.

3.可编程序控制器

PLC建议采用西门子S7-200型.SIMATIC S7-200 可编程序控制器是模块化中小型PLC系统,能满足中等性能要求的应用；大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务,各种单独的模块之泛组合以用于扩展；简单实用的分散式结构和多界面网络能力,使得应用十分灵活；方便用户和简易的无风扇设计；当控制任务增加时,可以自由扩展；大范围的集成功能使得它的功能非常强劲.

多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块,使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块.当任务规模扩大,可随时使用附加模块对PLC进行扩展.

三.应用范围

1.该系统既可用于生产、生活用水,亦可用于热水供应,恒压喷淋等系统.

a.可广泛用于工业企业、生活、生产供水系统及企业自备并改造工程,自来水厂、生活小区及消防供水系统.

b.可用于各种场合的恒压、变压、冷却水和循环供水系统.

c.可用于污水泵站、污水处理及污水提升系统.

d.可用于农业排灌、园林喷淋、水景和音乐喷泉系统.

e.可用于宾馆、大型公共建筑供水及消防系统.

2.技术指标

a．最大供水高度：200米

b．最大流量：1000立方米/小时

c．压力波动：≤0.25兆帕

d．水泵电机功率：0.75KW-280KW

当用水量大于一台泵出水时，第一台泵切换到工频运行，第二台泵开始变频调整运行，当用水量大于两台泵出水量时，将自动停止一台或二台泵运行。在整个运行过程中，始终保持系统恒压不变，使水泵始终工作在高效区，既保证用户恒压供水，又节省电能。

主要用于：1、 居民区、住宅楼、村镇的集中生活供水系统。 2、 各种类型中央空调的循环泵、冷却水供应系统。 3、 高层建筑、宾馆、饭店等生活供水系统。 4、 综合市场、写字楼、商务楼生活供水系统。 5、 高层建筑热水供给和热水采暖系统与消防给水系统。 6、 工矿企业的生产、生活供水、恒压流量供水工艺流程等。 7、 各类自来水厂与现代农业灌溉。 8、 各类恒压供油，恒压供气，恒压供风等恒压流量的控制系统 。

目前市场上面用的比较多的都以兴崛供水设计的变频恒压供水为多，因为用起来性能还是比较稳定，质量也还不错，所有这些相关供水知识都会给用户培训的。

用变频设备来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著（可根据具体情况计算出来）。其优点是：

1、 起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；2、 由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命；3、 可以消除起动和停机时的水锤效应；一般地说，当由一台变频器控制一台电动机时，只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时，原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时，

可考虑适当减小变频器的容量，但应注意留有足够的容量。

虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小。但是，当用户的用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升、降速状态，而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流，导致电动机过热。因此，电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升，变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用的，所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在采用PID调节器的情况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由PID调节器决定的动态响应过程。如变频器本身具有PID调节功能时，只要在预置时设定PID功能有效，则所设定的升速和降速时间将自动失效。