利用变频器实现恒压供水的改造

陈幼安

摘要：实现恒压供水，我们决定，增加变频器控制供水系统。

关键词：变频器恒压供水

0引言

我司原先设计的生活供水系统的是水泵压差控制，高于设定压力停止，低于设定压力启动，用水量的不平衡，导致水泵启停频繁，对水泵的使用寿命和节能都没有好处，并且在洗澡时，应冷水供应不稳定造成水温一时冷，一是热，因此，我司决定对供水系统进行改造，实现恒压供水。

1系统分析

满足恒压供水，归根到底是控制水的流量一当供水能力大于用水需求时，则系统压力升高；当供水能力小于供水需求时，系统压力降低；当供水能力等于供水需求时，系统压力不变。从上面我们可以得出结论：供水能力与用水需求之间的矛盾就反映在流体的压力变化上。压力可以作为控制流量大小的参变量，保持供水系统中压力的恒定，就能保证系统的供水和用水的平衡。我们决定，增加变频器控制供水系统。

2设计控制电路

电路介绍：

2.1变频器供电开关SBl和SB2通过接触器KM进行控制，变频器内部报警继电器的动断触点(Ta—Tb)与KM线圈串联，当变频器故障跳闸时，KM立即使变频器脱离电源。

2.2变频器的运行采用自锁控制方式，通过功能预设，使端子X1成为自锁控制端。按下SB3，变频器开始运行，并自锁：按下SB4，变频器停止运行。

2.3变频器跳闸后的声光报警当变频器因故障而跳闸时，其报警继电器的动合触点(Ta—Tc)闭合，报警指示灯HL1和报警电铃HA1同时发出报警信号。同时继电器KA线圈得电，其触点自锁，使变频器断电后，声光报警系统还保持通电，直至操作人员来按下SB3时为止。

2.4压力的上下限报警信号端子0C1和0C2分别预置为压力的上、下限报警输出。

3系统的工作过程

图2是变频调速恒压供水系统在正常工况下的PID调节过程。图A是管道内流量Q的变化曲线：图B是供水压力P的变化曲线：图C是管道内流量发生变化时，PID的调节量△PID，△PID只是在压力反馈量X_F与目标止X_T之间有偏差时才出现。无偏差时△PID=0：图D使变频器输出频率f_x和电动机转速nx的变化曲线。

稳态运行：水泵供水能力和用户的用水需求平衡，供水压力P稳定不变。反馈信号X_F与目标信号X_T几乎相等(X_F—X_T)，PID调节量为0，电机在f_x下匀速运行。图示的0-t₁段：

用水流量增加：当用户用水流量增大，超过了供水能力，水压P下降，XF减小，合成信号(X_T—X_F)增大，△PID为正，变频器的输出频率f_x和电机的转速nx上升，使供水能力增大，压力回升。图示的t₁—t₂段。

当压力恢复到目标值时，PID的调节量减小为0，变频器的输出频率f_x和电机的转速n_x不再上升，供水系统处于新的平衡状态。如图示的t₂t₃段。

用水量减少：用户用水量减少时，供水能力大于用水能力，供水压力上升，反馈信号XF增大，合成信号(X_T-X_F)减小，△PID为负。变频器的输出频率fX和电机的转速n_x下降，供水能力下降，压力回落。如图示的t₃-t₄段。

4暂停功能

因夜间用水相对较少，水泵的功率较大，长期处于工作状态，会导致能源的浪费。为节约能源，当用水量基本上没有时主泵暂停(睡眠)，在管路系统中增加气压罐来维持管网的压力。当用水增多时，令主泵中止暂停(唤醒)。

确定暂停的条件①主泵已经在下限频率运行，但管网的压力仍超过上限值PH。②管网压力超过上限值的时间超过了确认时间td，因为用水时间往往是不固定的，有短时间超过上限的情况发生，属偶发性超压(超压时间小于td)，不必暂停。

只有当超过上限压力的时间较长，大于确定时间td时，变频器才使主泵电机暂停运行，由气压罐来维持管网压力，如图3。当管网压力低于下限值PL时，说明用户用水量又增加了，依靠气压罐难以维持压力，变频器将终止暂停，重新启动水泵(唤醒)，如图4。自我司生活用水系统改造以后，原先每月该22Kw的水泵用电量约为12000度电，减少为每月用电量约10500度，每月节约用电1500左右。全年能节约用电18000度。