变频水泵的工作原理

现代大厦都采用集中供冷（水），而分散的中央空调机组和众多的风机盘管，随时都在调节过程中，冷冻水的使用量也在不断变化。在供水管和回水管之间加装一只压差传感器，将压差数值转换成标准信号，送到微处理器，该数据经处理系统计算并与设定压力值比较后，给出比例调节（PID）后的输出频率，以改变水泵电动机的转速，从而来控制供回水管之间的压差恒定，形成一个完整的闭环控制系统。当管道用水量加大时，管道内的压差下降，通过控制回路使变频器输出频率上升，电动机转速上升，使管道内的压差回升至设定值；反之，频率会降低，管道内的压差回落，从而使冷冻水循环泵的转速（即改变冷冻水流量）跟踪冷冻水的需求量而变化，更好地解决压差平衡，最终达到供回水压差恒定的目的。冷冻水水多台，示所2 图成，如组水泵环循多台由可系统循泵处于并联工作，配置一台智能控制器，实现一台电动机在变频方式下工作，其余几台电动机在工频状态下工作。

图2 冷冻水循环水泵控制电路

在工频多泵并联+ 变频恒压供水系统中，当冷冻水的用水流量小于一台水泵在工频恒压条件下的流量时，则由一台变频水泵调速恒压供水，当冷冻水用水流量增大时，变频泵的转速自动上升；当变频泵的工作频率上升至50Hz 仍达不到设定压差时，变频供水控制器将自动启动一台工频水泵投入工作，这时变频水泵和工频水泵并联工作，工频水泵提供恒定的流量(工频转速恒压下的流量)，变频水泵转速将随着用水流量的大小而变化，从而调节供水量如果用水量继续增加，则其余各并联工频水泵将按相同的原理相继投入运行。当冷冻水用水流量下降时，管道压差提高，变频调速泵的转速下降，当频率降低到一定值（如10Hz）时并经一定延时后，变频供水控制器发出一个指令，自动关闭一台工频水泵供水；如果用水流量继续下降，变频调速泵的频率再一次低到10 Hz ，则再切出一台运行在工频的循环泵；其余各并联工频水泵将按相同的原理相继退出运行。当用水流量接近于零，变频水泵处于自动停止状态 ，从而可以做到不用水时没有能量损耗，具有最佳的节能效果。为了减少工频泵自动投入或退出时的冲击(水力或电流冲击)，所有水泵都具有软启动功能，变频控制器能够自动控制电动机转速的上升，下降。在投入时，变频水泵的转速自动下降，然后慢慢上升以满足恒压供水的要求。在退出时，变频泵的转速应自动上升，然后慢慢下降以满足恒压供水的要求。

2.2 在补水定压装置中的应用

变频调速控制的补水系统如图3 所示，该系统由回水压力传感器、变频器、补水泵和装在循环泵房内的软水箱等组成，这些设备组成一个闭环系统。当循环系统的压力值设定后，如果系统有瞬时水量损失时，压力传感器的压力值将下降，导致变频器的输出频率增高，使补水泵转速增大，从而使循环水系统补水点压力恒定在系统要求的静水压力值上。该系统具有水泵运转低速平稳，使用可靠，寿命长的特点。

图3 补水定压装置原理框图

2.3 在楼宇自动化恒压供水中的应用

恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式，以保障住宅建筑的自动恒压供水。该系统的结构框图如图4 所示，由电动机变频调速装置与可编程控制器(PLC) 构成控制系统。系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时地将压力、流量转换为电信号，输入至可编程控制器的输入模块，信号经CPU 运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，对恒压供水进行优化控制，自动控制电动机的投运台数和电动机的转速，从而使给水总管压力稳定在设定的压力值上。

图4 楼宇自动化恒压供水原理框图

2.4 在楼宇消防给水设备中的应用

楼宇消防给水系统如图5 所示, 消防水管路系统中的水压应始终保持在一定的压力值，图5 中的1 号泵和2 号泵为变频稳压泵，3 号泵和4 号泵为大功率消防泵。平时压力传感器对管路上水压进行检测，检测的信号送至控制器，再由变频器控制1、2 号泵交替工作。水泵的转速始终跟踪设定的消防压力值，从而保证平时稳定的消防压力值。当出现火警打开消防栓时，通过控制器启动3 号或4 号消防泵（3 号、4 号互为备用）开始工作，提供较大的消防用水。

图5 楼宇消防给水系统原理框图

2.5 在排风机中的应用

地下停车场（库）的换气控制系统如图6 所示， ，排风机的排风量要求是根据换气次数标准计算出来的，它必须满足“最大需求量”原则。但事实上一个环境的排风量并不是一个定数。地下停车场（库），在不同时段的停车量是变化的，即废气的排放量时刻在变化。该系统采用CO2 传感器检测车库空气质量，并由控制系统控制变频器输出，以改变风机的转速，从而改变排风量的大小，风机无须始终运行在高速排风状态，这样既节省能源也减少了噪音污染。

图6 排风机控制系统原理框图

变频泵的工作原理是可以由工频转低频运行，是因为里面安装了变频器。

变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应用了现代的科学技术，可以再不改变电压的情况下调整频率，也可以在频率不改变的情况下改变电压，根据负载需要调整转速，价格虽贵但性能良好，结构复杂但使用简单，是现代控制异步交流电动机启动运行最优秀的设备

利用变频器来改变水泵的转速，来调节水泵的流量和压力，变频器上一般都有闭环控制功能，可以根据压力信号自动控制运行，达到恒压供水。

拓展资料

安装简单、使用方便；水泵试验所有参数一机全部测量，无需再购置其他仪器，方便管理；水泵综合参数测控系统配有各种模拟量信号接口和数字量信号接口，可以直接与电压/电流传感器、功率传感器、互感器、流量计、转速仪、压力计、电子阀、PT100热敏电阻、扭矩仪等仪器连接，使用时只需将所需要的仪器设备接入水泵综合参数测控系统即可，安装简单，一个操作人员即可完成安装工作。

配置灵活；水泵综合参数测控系统的硬件采用模块化结构，并以虚拟仪器显示，方便接口扩展，使用者可以根据自己的需求选择合适的模块来搭配属于自己的系统，比传统的方法更为灵活，数据处理更为快捷，系统的维护和升级更为方便。

人性化的操作界面；水泵综合参数测控系统采用虚拟仪器的形式显示，拥有人性化的操作界面，用户可以根据自身的需求对所采集的数据进行管理。

多种显示方式；虚拟仪器界面提供了数显表、指针式、矩阵三种显示方式，人机界面更加友好。

瞬态数据采集功能；如果选择电子式扭矩仪，电机的输入功率将具有瞬态数据采集功能，能够采集电机启动的瞬时电量参数，并能生成瞬态启动曲线。

标准的试验报告；水泵综合参数测控系统在采集完数据后，可以自动生成水泵性能试验报告，试验报告响应相关国标的要求。

参考资料——百度百科

即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55KW

，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW

，省电48.8

％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为

6.875KW

，省电87.5％.

变频水泵的功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S╳COSФ，

Q=S╳SINФ

，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，

COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在

0.6-0.7

之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，

COSФ≈1

，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

变频水泵的软启动节能

由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（4-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。//广西水泵

变频调速给水设备是在利用压力或流量传感器反馈恒定的情况下，由变频器控制电机不断改变水泵转速，从而不断改变水泵的流量来适应用户用水量需求的装置。

工作原理 编辑

变频调速供水设备的变频调速供水设备投入使用，自来水管网的水进入稳流流罐，罐内空气从真空消除器排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当自来水管网压力能够满足用水要求时，系统由旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水管网压力不能满足用水要求时，系统压力信号由远传压力表反馈给变频控制器，水泵运行，并根据用水量的大小自动调节转速恒压供水，若运转水泵达到工频转速时，则启动另一台水泵变频运转。

水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水：用水高峰时，若自来水管网水量小于小泵流量量，稳流罐内的水作为补充水源仍然能正常供水，此时，空气由真空消除器进入稳流罐，罐内真空遭到破坏，确保了自来水管网不产生负压，用水高峰过后，系统又恢复到正常供水状态。当自来水管网停水，造成稳流罐液位不断下降，液位探测器将信号反馈给变频控制器，水泵自动停机，以保护水泵机组。夜间小流量供水且自来水管网压力不能满足要求时，气压罐可以贮存并释放能量，避免了水泵频繁启动。

基本原理

工作原理

CX-B系列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.

PLC的主要控制作用：（1）控制多台水泵（包括备用泵）循环软启动，周期性地以变频方式工作；（2）控制备用泵的自动启动.当第一台水泵电机以变频方式运行，并达到额定功率（即变频器输出电源频率达到50H），而供水管网压力未达到设定压力时，第二台水泵电机会自动启动，并以工频方式运行，这时若管网压力仍不能达到设定压力时，第三台水泵电机会自动启动，第一台水泵仍以变频方式运行，达到保持管网恒压的目的，投入运行的水泵数量由装置根据管网压力自动控制.

公式

交流异步电动机的转子转速n可以用下式表示

式中 f——定子供电电源的频率；

p——电动机的极对数；

s——异步电动机的转差率.

由式（1）可见，当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..

相似原理

式中的Q、H、P、n分别为水泵的流量、扬程、轴功率和转速.

由式（2）、式（3）、式（4）可知，基于转速控制比基于流量控制可以大幅度降低轴功率。

技术创新点

（1）把交流变频调速技术应用于城乡供水及农业灌溉中，达到节水节能效果；（2）根据项目需要，自己研制出水位显示控制器，提高自动化程度；（3）根据实际需要，研制出多段压力设置转换电路，适应农业多种灌溉方式；（4）将变频调速技术、可编程序控制技术、水位显示控制技术、压力传感技术等进行了集成。

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。

变频供水设备靠调节水泵的转速来保持管网压力恒定，在系统出水管路处检测到的压力小于水泵的启动压力值时，该变频供水设备能够自动调节水泵转速使出口压力恒定。水泵达到工频转速运行但压力达不到设定压力时，变频供水设备系统按顺序启停P2、P3水泵；随着用水量的减少，出口压力上升，水泵的转速逐渐降低。如果水泵转速降至变频供水设备系统设置的最低转速，系统按P3、P2、P1停止水泵运行。\x0d\x0a工作原理如下：\x0d\x0a第一，供水管网压力稳定。设备由微机构成自动闭环控制，能在0.5秒以内令变化的压力恢复正常，压力调节精度未设定值的5%左右。\x0d\x0a第二，保护功能全，运行安全可靠，操作方便。该设备的主机采用的是进口的变频调速器，自身具有欠压、过呀、过流、过载、短路、过热、过载等保护功能，无故障运用达到10万小时以上。设备配电控制部分采用的是智能化控制原理，操作起来方便实用，方便与非专业人员使用。\x0d\x0a第三，ZBW系列供水设备的供水压力为0.15-2.0MP，供水的高度为10-200M，单套设备的供水量为10到5000平方米，可适用于大、中、小型自来水的配套改造，可用于企业单位、住宅区、农村生产、生活、办公用水。\x0d\x0a第四，占地小、投资少、安装周期短。该设备与其他的老式设备相比较，占地面积节约了3到16倍，比建水塔所投注的费用节约3%-16%。该设备体积小，组装方便，运输安装周期短。\x0d\x0a第五，高效节能。该设备根据用户的实际用水量和使用压力自动检测来调节电动机的耗电量，使设备处于高效率的工作状态。\x0d\x0a第六，供水功能全，安全系数高。当设备出现故障时，可启用应急功能继续供水。变频供水设备与市政供水网自动并网运行，并具有双变频功能，能够满足生产生活用水的正常压力和流量，能在出现火情时转换为高压大流量供水，可以实现以及多用的功效。