变频供水范文
时间：2023-03-21 03:14:51
导语：如何才能写好一篇变频供水，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
中图分类号：TV 文献标识码：A
前言
随着自动化的快速发展和在各个领域的渗透，使基于自动化技术的水利工程建设和管理发展到了一个新的水平，并展示出了强劲的生命力和应用前景。特别是变频供水技术的成熟和迅速普及，给水利自动化提出了新的要求。近年来，伴随着大量供水输水工程的建设及改造，变频供水技术在水利工程中的运用越来越广泛。变频供水技术的广泛应用标志着水利行业技术水平随着时代的发展不断进步。
二、变频器简介
变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器之所以能实现对电动机的调速功能，主要是变频器能够将电源的三相(或单相)交流电，经整流桥整流为直流电(交—直变换)，再把直流电经逆变器变为电压和频率可调的三相(或单相)交流电源(直—交变换)。其间电能不发生任何变化，而只有频率发生改变。三相异步电动机的转速计算公式为：
式中：n--转速； f1--供电频率； s--异步电动机转差率； p--磁极对数。
由上述公式可知，异步电动机调速的途经有改变磁极对数、改变转差率和调整供电频率。
三、变频与供水关系论述
在供水系统中，流量是最根本的控制对象。由水泵—管道供水原理可知，调节供水流量，原则上有二种方法；一是节流调节，开大供水阀，流量上升；关小供水阀，流量下降。调节流量的第二种方法是调速调节，水泵转速升高，供水流量增加；转速下降，流量降低，对于用水流量经常变化的场合（例如生活用水），采用调速调节流量，具有优良的节能效果。变频器控制水泵，主要是通过变频器控制水泵的转速来调节水的流量，在普通泵的基础上增加了变频器控制。其工作原理为：风机水泵类负载，电机能耗与转速的立方成正比，使用变频控制水泵较使用进、出口阀门调节水泵要更加节能。由于水泵的轴功率与转速的立方成正比，因此水泵用变频器来调节转速能实现压力或流量的自动控制，同时可获得大量节能。另外使用变频器控制还可以减少起动电流和对泵的冲击，泵停车时还可以通过参数设置来避免泵的水锤效应。
变频供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。变频供水系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化（实现上为供水管网的压力变化）自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频器速供水系统，降低成本、保证产品质量等有着重要意义。
四、变频供水的安全问题研究
（1）水锤效应的产生与消除
异步电动机在全电压启动时，从静止状态加速到额定转速所需要的时间只有0.25s。这意味着在0.25s的时间里，水的流量将从零猛增到额定流量。由于水具有动量和不可压缩性，因此，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一样，故称为水锤效应。在直接停机时，供水系统的水头将克服电动机的惯性而使系统急剧地停止。这也同样会引起压力冲击和水锤效应。由此可以看出，产生水锤效应的根本原因，是由于启动和制动过程中的动态转矩太大。
水锤效应具有极大的破坏性:压强过高，将引起管道的破裂，反之，压强过低又会导致管道的瘪塌。此外，水锤效应也可能破坏水泵、阀门和固定件，大大降低供水质量。采用了变频调速后，可以通过对升速时间的预置来延长启动过程，使动态转矩大为减小，在系统停机过程中，同样可以通过对降速时间的预置来延长停机过程，减小动态转矩，从而彻底消除水锤效应，大大延长了水泵及管道系统的寿命。
（2）供水电机及电网的保护
由于变频供水基本上都采用了变频软启动，启动频率低，启动电流小，因此，除了对供水机泵和供水管网有保护作用，还能有效地防止大电流对电机和电网的冲击，对供水电机和电网有良好的保护作用，供水系统电机直接启动与变频启动的对比表如下表所示。
五、对变频干扰的处理
凡是安装有变频器的测控系统一般都伴随着电磁干扰的问题。变频器的干扰问题一般分为变频器自身干扰；外界设备产生的电磁波对变频器干扰；变频器对其它弱电设备干扰3类情况。
变频器自身就是一个干扰源。变频器由主回路和控制回路两大部分组成，变频器主回路主要由整流电路，逆变电路，控制电路组成，其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成,电力、电子器件具有非线性特性，当变频器运行时，它要进行快速开关动作，因而产生高次谐波，这样变频器输出波形除基波外还含有大量高次谐波。所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响。与主回路相比，变频器的控制回路却是小能量、弱信号回路，极易遭受其它装置产生的干扰。
如果变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰，电网噪声也会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电；浪涌、跌落；尖峰电压脉冲；射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。另外，安装变频器的配电柜与动力配电室相距太近的话，如果配电室配电柜有大电流流过，将在电流周围行成较强磁场，同样会对变频器的控制回路造成影响。针对以上情况，一般处理方法是要保证良好的接地，接地线愈短愈好，而且必须接地良好；控制回路线使用屏蔽线，而且屏蔽线远端屏蔽层悬空近端接地，一定不能双端接地；根据产品要求合理布线，强电和弱电分离,保持一定距离,避免变频器动力线与信号线平行布线，应分散布线；增加抗无线干扰滤波器，变频器输入和输出抗干扰滤波器或电抗器；采取防止电磁感应的屏蔽措施，甚至可将变频器用金属铁箱屏蔽起来；适当降低载波频率；若用通讯功能，RS485通讯线应使用双绞线。
反过来说，变频器对电网来说也是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，当变频器输入或输出电路与其它设备的电路很近时，变频器的高次谐波信号可通过感应的方式耦合到其它设备中去。其中电流干扰信号主要以电磁感应方式传播，电压干扰信号主要以静电感应方式传播。在本系统试运行初期，最为明显的就是对液位变送，频率设定及反馈等模拟量4-20mA信号的干扰，数值跳动幅度大，以至于无法正常读取。对于这种形式的干扰，首先需要判断扰的对象，是4-20mA供电电源受干扰还是信号线，最好用示波器查看一下信号线波形，可用以下方法降低、避免干扰：4-20mA信号电源用隔离变压器供电；4-20mA信号线用屏蔽线，与变频器三相输入输出分开布线；在4-20mA信号线上加电容（无极性）接地或加信号滤波电感。
六、结束语
新型的变频供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论在设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性和可靠性，自动化程序等方面，都是具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。变频供水系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化是未来供水设备适应城镇建设中网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。
参考文献
篇2
1电路结构
变频恒压供水系统一般由数台水泵驱动实现供水。这些水泵并不是同时工作的，而是根据用户用水量的多少和当前管网的水压由PLC自动地控制哪台水泵工作，哪台水泵暂时停止的。以3台水泵为例，控制水泵驱动电机的主电路如图2所示。水泵1、水泵2、水泵3的工频运行分别由接触器KM1、KM3、KM5控制，其变频运行分别由接触器KM2、KM4、KM6来控制。控制同一台水泵电机的工频接触器和变频接触器（如控制水泵1的KM1和KM2）如果同时接通，将导致工频电源和变频器的输出端相连接，使变频器的逆变桥迅速损坏。所以，控制同一台水泵电机的工频与变频的接触器必须有可靠的互锁环节。另外，变频器的价格比一般的电气设备高，从节省投资的角度考虑，一般选择只用一台变频器拖动的方式。工频运行的水泵对水压起到“粗调”的作用，而精确控制压力的“细调”是由变频器来实现的。工频运行的水泵电机其能量消耗是确定的。系统实现节能的主要途径：系统能够根据用水情况，停掉一些工频运行的水泵，既避免了压力过高，又实现了节能；可以使某台水泵变频运行，变频降低转速具有很大的节能效果。
2控制原理与流程
供水压力是通过PLC控制各水泵的轮流工作实现“粗调”和变频器对单台水泵的“细调”来实现的。
2.1“粗调”的实现（1）加泵：当反馈的实际出水管网压力小于设定压力导致变频器的输出频率上升至上限频率时，如果实际出水管网压力仍低于设定压力一定范围一定时间，则当前泵切换为工频运行，重新启动另一台水泵变频运行。（2）减泵：当反馈的实际出水管网压力大于设定压力导致变频器的输出频率下降至下限频率时，如果实际压力仍高于设定压力一定范围一定时间，则停止变频泵的运行，并将正在工频运行的一台水泵变为变频运行。
2.2“细调”的实现水压闭环控制原理如图3所示。PID控制器既可以用PLC编程实现，也可以用变频器的内置PID算法实现。
2.3工-变频切换的控制流程以实际压力小于给定压力为例，PLC对某两台水泵之间工频和变频进行切换的逻辑关系（多台水泵可类推）如图4所示。
2.4休眠状态当系统处于单泵变频运行时，如果用水量急剧减小甚至为0时，变频器频率会降至频率下限以下，当这种情况持续一定时间时，系统停掉所有运行的水泵，仅由储气罐来保压。比如，在夜晚休息基本无用水需求时，系统进入休眠状态，将极大地节省电能消耗。处于休眠状态的控制系统当检测到管网压力降低一定范围时，退出休眠状态，恢复供水。
3不同供水方式的功耗对比
水泵的扬程特性与功率消耗关系如图5所示。水泵供水流量的调节可以通过两种途径实现：（1）水泵电机转速不变，改变出口阀门开度的阀门调节法(不用变频器使所有水泵均工频运行，用户阀门开度改变时流量改变即属于此法），如图5中的曲线①和②。关小阀门减小供水流量（流量Q1减小为Q2，水泵实际工作点由B点移动到E点），所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODEF的面积，面积有减小，但减小量很小。（2）出口阀门开度不变或全开，改变水泵电机转速的转速调节法，如图5中的曲线③和④。当水泵电机的转速从额定转速下降，同样使供水流量从Q1减小为Q2，水泵的实际工作点由B点移动到H点，其所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODHG的面积，面积减小量非常显著。相比与高层建筑而言，生产车间一般高度较低，需要的空载功率较小，可以提供较宽的电机调速范围，所以节电效果更为显著。某轧钢车间高压除鳞水泵应用变频改造前后的电能消耗对比如表1所示，可以看出变频改造后节省的电能和费用都相当可观。
4结语
篇3
关键词：变频器 变频调速 恒压供水 供水系统
1 前言：生活供水既要满足用水高峰和低谷时的不同流量要求，还要保证相对恒定的供水压力，以确保供水质量。加压水泵是根据用水高峰时的流量和压力来选择的。但在用水低谷时，水泵在小流量或小流量以外工况下工作，这时就会有相当一部分的能量损失，造成极大的浪费；而如果选择较小功率的水泵，在用水高峰时，随着用水量的增加，水泵出口压力会降低，可能造成部分高层住户无水用的状况，严重地影响居民的用水生活质量。在这种情况下，采用变频恒压供水装置，上述难题就迎刃而解。
2 变频器工作原理
变频器的工作原理主要是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路可分为电压型和电流型两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，一是将工频电源变换为直流功率的“整流器”，二是吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，三是将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
3 变频调速恒压供水技术
3.1 工作原理：
根据用户需要，先设定供水压力值（可调），然后运行，压力变送器检测管网压力变为电信号送至PID微机控制器，经分析处理输出信号控制变频器。当用水量增加时，其输出压力及频率升高，水泵转速增加，出水量增加。当用水量减少时，使水泵转速减小保持管网压力恒定，运行在设定压力值。在多台水泵运行时，逐台泵启动，由变频转工频，增加出水量；用水量减小时，逐机先启动的先停运，减少出水量，水泵循环工作。
3.2 主要功能特点：
不用设高低位水箱（池），减少占地面积和建筑成本
充分利用市政管网压力，节能环保
系统恒定压力供水，确保供水质量
水池低水位（设低位水池时）自动监测、报警并停机，当水位恢复时自动回复工作状况
全自动运行，另有手动运行方式，操作简便
可以直接以实际数字值设定和显示工作压力，客观明了
预置RS485/232通信口，方便实现远程计算机监控，自动化程度高
可以随时改变供水设定压力（但不能超过水泵的最大扬程）
泵组循环工作，最大限度保护泵组电机
3.3 系统硬件构成
系统采用压力传感器、PLC和SAJ变频器作为中心控制装置，实现所需功能。来源：安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20 mA的电流或者是0~10V的电压信号，提供给SAJ变频器。
SAJ变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50 Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。SAJ变频器功能强大，即预先编制好的参数集，将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。变频器根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。
4 变频恒压供水系统组成和工作流程
4.1 系统组成
变频恒压供水系统通常是由水源、离心泵（主泵和辅泵）、压力传感器、PID调节器、变频器、管网等组成。
4.2工作流程
利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈到PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。
用变频器进行恒压供水时有两种方式，一种是一台变频器控制一台水泵；另一种是一台变频器控制几台水泵。前种方法是根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单。后种需要利用恒压供水器PLC（如图），当变频器被投入自动运行时，1#泵电机接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出水管网的压力信号与恒压供水器PLC管网压力设定信号负反馈闭环，当电机频率上升到最高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通1#泵，使1#泵全速投入运行，同时变频器经过时间延迟，对2#泵进行变频控制。当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制当前变频电机维持在一定的频率，当水需求量减少，管网压力逐渐升高，变频器输出频率降低，当变频器输出频率低至0HZ，而管网在一定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频控制泵，转而控制下一个工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统可靠性。
此种方式一般要求自灌式，水泵从水源中直接取水，不能直接安装在管路上增压。而水池的污染也是目前用户不能接受的，因此，我们一般采用供水装置自带一个不锈钢水箱，连通市政管网和变频供水设备，这样既充分利用了市政管网的压力，达到节能目的，又避免了水池的二次污染。
此种供水设备是目前主要采用的。
5 变频恒压供水系统的运行特点
变频恒压供水装置的流量调节依靠处于工作状态的主泵的数量增减以及变频主泵的频率变化来调节。不管处于工作状态的主泵有几台，变频调速的主泵只有一台。安装在水泵出口管路上的压力传感器会将压力信号传给PLC，PLC根据相应的压力信号对泵组进行控制，增加或减少处于工作状态的泵的数量。PLC将变频信号传给变频器，由变频器控制电源频率的变化（有时，电源频率也可由变频器根据压力传感器的压力信号直接作出反应，而不必通过PLC）。根据装置扬程的要求,PLC或变频器中存有一个出口压力的设定值（恒压）。当系统用水量增加时，变频水泵出口压力会低于设定值，变频器的频率会逐步增加（一般是从 30HZ 到50HZ变化），这样，泵出口压力就会上升，达到设定值时，变频器的频率就会停止增加。如果频率增加到工频时，泵出口压力仍低于设定值,PLC便会发出增加水泵投入工作指令，并且变频器的输出频率值被置为30HZ，由30HZ再次上升，直到出口压力等于设定值。如果系统用水量减小，泵出口压力会上升，这时出口压力高于设定值，变频器的频率会逐步减小，这样，泵出口压力就会下降，达到设定值时，变频器的频率就会停止下降。如果频率下降到30HZ时，泵出口压力仍高于设定值，PLC 便会发出减泵指令，接着变频器的频率再次由30HZ上升，直到出口压力等于设定值。
6 结语
篇4
关键词：变频恒压设计
中图分类号：S611文献标识码： A
变频恒压供水系统具有节能环保、安全可靠等特点得到广泛的应用。通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
一、变频恒压供水系统的主要结构及组成
本设计中，由PLC构成系统的控制机构，从系统的结构图，可以看出管网水压通过安装在总水管上的压力测量计测量，测得的压力值传送给压力变送器，压力变送器把测得的压力信号转换成电信号(模拟量)再传送给PLC，由于PLC不能直接处理模拟量，所以必须通过A/D转换模块，把模拟量转换成数字量后，再经过PLC内部PID程序运算处理，把PLC的运算结果通过D/A转换模块送至变频器控制端，从而调整变频器的输出频率、改变电机的转速，以达到维持水压的恒定。为了防止电机空转，通过安装在蓄水池中的液位计来检测液位状况，当液位过低时，电机停止工作。
二、控制系统的基本要求、组成和工作原理
变频恒压供水系统控制的基本要求如下：①供水压力基本恒定，换泵时的水压波动小；②共有4台水泵，3台主水泵，1台辅助泵；③变频器的速度以及工、变频运行由管网压力变送器来控制；④通过脉冲式水表可以完成用水量的计量；⑤通过组态监控系统实现稳定的住宅小区变频恒压供水控制过程。本系统是通过闭环控制系统达到控制管道内水压的作用，也就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。变频恒压供水系统由变频器、水泵、PLC以及压力变送器等构成闭环控制系统。其系统框图如图1所示
针对目前供水系统存在的问题：主要表现在用水高峰期，特别是早、晚两个时间段，正是人们烧饭洗衣服的时候，这时管网中的水的需求量大大高于供给量，水泵提供的管道中水的压力不断降低，出现供不应求的现象。除了早、晚两个时间段以外的时间，即用水低峰期，这时用水量大大降低，管网中水的需求量远远低于供给量，水泵提供的管道中水的压力不断升高，出现供过于求的现象，这样有可能使水管爆裂，甚至损坏用水设备，造成能源的浪费。本系统主要通过西门子PLC对水泵进行节能优化控制，通过西门子变频器调整水泵的运行状态和运行台数，达到稳定水压和节约电能的目的。系统通过压力变送器采集管道中水压信号，PLC采集到该信号后，由A/D转换模块将采集信号值与设定值进行比较，西门子PLC能够进行PID控制，PID是比例、积分、微分的缩写，比例调节的作用是能够加快调节速度，积分的作用是减小误差，从而消除静差，微分的作用是改善系统的动态性能。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。供水压力经PID调节后的输出量将通过交流接触器组切换后输出给水泵的电动机，最终由PLC根据频率变化来控制水泵的运行数量和工变频运行状态，以此来确保管道水压的稳定。变频恒压供水系统总体结构图如图2所示。
三、水泵装置的特性曲线
变频调速恒压供水系统中配置i台工作主泵(一般i=l～3台)、1台小泵及1个气压水罐。供水系统工作特性分析如图l所示。
为最不利配水点与水源最低水位的高程差，为最不利配水点的工作压力(水头)，曲线l为主泵在额定转速n。下的Q一H曲线高效区，曲线2为主泵在转速下的Q一H曲线高效区，曲线3为小泵在额定转速下的Q—H曲线高效区，曲线4为i台主泵在额定转速n。下的并联Q一H曲线；曲线5为管道特性曲线。曲线为通过曲线1左端点a的相似工况抛物线，曲线为通过主泵额定工况点()的相似工况抛物线，曲线为通过曲线l右端点b的相似工况抛物线。工况点()为供水系统最大流量与扬程，为供水系统的恒压值。
四、水泵及气压水罐的选择
小流量工况点的为主泵在调速后高效区运行的最小流量，亦为气压给水系统中小泵供水的最大流量，为气压给水系统的允许最低供水压力值，即小泵启动的理论最低压力值。为此，所选择的小泵的曲线高效段右侧通过工况点e点或在e点附近且不低于e点。在小泵的Q一H曲线高效段左侧确定一点，通过管道损失计算，使研的最大值不超过系统中配水点的最大供水压力限值。在小泵Q—H曲线高效段内合理确定气压水罐的最低工作压力值(不低于)和最高压力(不高于)，即合理确定气压水罐内的工作压力比。由及巩平均值，在小泵曲线上确定与其对应的小泵的流量，根据规范相关条款的要求，计算气压水罐的调节容积和气压水罐的总容积，即可选定气压水罐的型号。
五、系统硬件设计
以此为例：利用西门子MM420变频器、西门子S7-200PLC、压力变送器等器件构成闭环控制系统，以调节水泵的工变频情况，实现变频恒压供水。
3.1主电路电气原理图变频恒压供水系统总电路图，如图3所示，接触器KM1、KM3、KM5分别控制1#电机、2#电机、3#电机的变频运行，接触器KM2、KM4、KM6分别控制1#电机、2#电机、3#电机的工频运行，接触器KM7控制辅助泵的工频运行，PLC的模拟输出端子M、V控制变频器的运行。为了更好地保护电机的运行，在电路中加入热继电器，它的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。FR1、FR2为1#电机、2#电机过载保护用的热继电器，FR3、FR4为3#电机、辅助泵过载保护用的热继电器。
六、系统的软件设计
本供水系统主要用于住宅小区生活用水，其用水量主要集中在早、晚两个时间段，早上用水量主要集中在6点-9点这个时间段，晚上用水量主要集中在18点-22点这个时间段，除了这两个时间段以外，平时都处于低流量状态。与通常的工频气压给水设备相比，采用变频恒压供水系统实现低流量时的恒压供水节能效果可达30%。系统启动运行时，首先启动辅助泵工频运行供水，当用水量增大，当前管网压力小于系统设定压力时，1分钟后，PLC通过变频器启动l#水泵变频运行，同时关闭辅助泵的运行。在l#水泵变频运行（从0Hz向上调整）中，PLC根据水压变化进行PID调节来控制流量，维持水压。当1#水泵变频运行到50Hz时，如果用水量继续增加，当前管网压力仍小于系统设定压力时，1分钟后，由PLC给出控制信号，将l#水泵与变频器断开，l#水泵由变频运行转为工频运行，同时变频器启动2#水泵变频运行。
七、结论
变频恒压供水系统是将压力传感器提供的管网压力信号，传送给变频器，根据传感器的采样值与变频器的设定值进行比较，通过内置的PID功能进行数据处理，将处理结果作为变频器频率的给定输入，控制变频器的输出频率，从而控制水泵的转速，保持供水管道的压力恒定．在用水高峰期，居民用水量增加，管网压力随之下降，此时压力的变化通过PID运算后，最终应使变频器输出频率增加，使水泵电机转速增加或增加投入运行的水泵台数，以此来增加管网压力，保证供水能力。
参考文献
[1]王晓军，杨庆煊，许强.可编程控制器原理及应用【M】工北京北学工业出版社，2010.
篇5
【关键词】水泵变频器闭环恒压控制；常见故障及处理
1引言
变频器在供水系统中的应用即可以节约能源又可以减少人员对供水阀门的操作频次。变频器对水泵的控制可分为，1、单台水泵开环控制；2、变频器控制恒压供水；3、变频器闭环控制常见故障
2变频器对单台水泵开环控制
单台水泵开环控制时，可以通过人为手动调节变频器的输出频率，来改变驱动电动机的转速，以实现水泵转速变化改变供水压力及流量的变化。满足用户的需要供水需要、电能的节约。
2.1频率给定方式的设定
开环控制变频器频率给定方式原则是尽量方便操作。变频器与操作人员距离较近，可选择面板键盘控制方式；变频器与操作人员距离较远，选用变频器外接端子控制。如：外接电位器控制方式等。
2.2加、减速时间的设定
变频器的加减速时间的设定根据水泵惯性的大小，避免水锤效应，不宜设置太短。具体时间视水泵容量的大小而定。容量越大加减速时间越长。
2.3上、下限频率的设定
水泵的运行频率如果超过额定频率，容易造成变频器保护动作停机或驱动电动机过载，长时间电动机绕组因过热老化、烧损。如在额定频率下运行，由于变频器本身也有损耗，其输入功率将大于工频运行时所消耗的功率。故上限频率应小于额定频率；由于运行频率太低，水泵的扬程可能不足，下限频率的设定应取决于水泵的静扬程而定。在之，目前大多水泵的驱动电动机是普通三相笼型电动机而不是专用的变频电机，普通电机在转速降低时冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，所以一般情况下普通电动机在使用变频器控制时其运行频率不能低于35HZ，一旦低于35HZ的转速旋转运行，电动机自身就更加无法保证降温。会因电机温升过高而使电机绝缘损坏。所以在设定变频器下限运行频率时要综合考虑以上原因。
3变频器控制的恒压供水
3.1变频恒压供水的目的
对供水系统进行控制是满足用户对流量要求。考虑在动态情况下，供水管道中水压的大小与供水能力（即供水流量）和用水需求（即用水流量）之间的平衡情况有关：
如：供水能力大于用水需求，则供水压力上升
供水能力小于用水需求，则供水压力下降
供水能力等于用水需求，则供水压力不变
可见，保持压力的恒定，也就保证了供水能力和用水流量之间的平衡，满足了用户所需的用水流量。这就是恒压供水的目的。目前恒压供水系统的电动机拖动均采用变频器控制。
3.2不采用变频器闭环控制的恒压供水
利用电接点压力表进行变频恒压供水控制。一般情况下只要电接点压力表触点上、下限位置安排得当，即可实现非闭环变频控制的恒压供水。
电接点压力表为我们熟悉和掌握，这种压力表的上限位和下限位都有电接点，比较直观，比较廉价，又不必进行PID控制。在使用电接点压力表对变频器进行频率控制时，首先将变频器输入控制端中的X1端子设置为升速（UP）端子。X2端子设置为降速（DOWN）端子。将电接点压力表的上限触点接至降速端子X2上，当压力由于水流量较小而升高，并超过上限值时，上限触点使端子X2与变频器COM端子接通，变频器的输出频率下降，电动机转速降低，供水泵转速下降、流量下降，从而使供水压力下降。当压力低于下限值时，X2端子与变频器COM端子断开，变频器的输出频率也下降。将电接点压力表的下限触点接至变频器X1端子，当压力由于水流量变化较大而降低，并且低于下限值时，下限触点使X1与变频器COM端子接通，变频器的输出频率上升，水泵的转速及流量也上升，从而使供水压力上升。当压力高于下限值时，X1端子与COM端子断开，变频器的输出频率停止上升。
3.3闭环控制的变频恒压供水
在变频器闭环控制恒压供水系统中。要使拖动系统中的水压稳定在所希望的数值上，变频器的工作过程具有两个方面：一方面，变频器将根据给定的目标信号（供水压力）来控制电动机的运行。另一方面，又必须把反馈信号（实际供水压力）反馈到变频器，使之与目标信号不断进行比较，并根据比较结果来实时地调整变频器的频率输出，调整水泵电动机的转速。所以在变频器闭环控制的恒压供水系统中变频器必须要有两种控制信号，目标信号与反馈信号。
目前变频器闭环恒压供水控制所使用的反馈信号源均采用压力变送器。压力变送器检测实际供水官网的供水压力变化，通过PLC向变频器反馈目标压力信号。变频器将压力变送器反馈的压力信号与给定信号进行比较、调节后控制变频器的频率输出，调节供水泵转速。在这一过程中压力变送器接受供水管网压力后发出相对应的4～20毫安电流信号给PLC，PLC在将这对应的4～20毫安电流信号反馈给变频器的摸拟量输入端子，从而控制变频器的输出频率。在整个恒压闭环控制过程中，不需要人为频繁操作，设定好目标信号即可，其它是由PLC及变频器之间自动调节来实现。
4变频器闭环恒压控制常见故障
4.1变频器闭环恒压控制时供水压力变化后恢复太慢。
水泵的供水压力变化后恢复太慢，说明闭环调节设定的积分时间过长，或比列增益太小。如果原来预置的比例增益和积分时间都预置的较大，则应首先考虑减小积分时间。如果原来预置的比例增益不大，则应首先考虑加大比例增益。如果控制系统设定了微分环节的话，则可以适当加大微分时间。
4.2系统在启动过程中出现异常跳闸
当设备启动前，供水官网没没有压力，即反馈信号小或趋近与为0。它和目标信号之间偏差很大，由PID运算出的调节量也会很大。当设置变频器PID功能有效时，变频器的“加速时间”和“减速时间”都会失效。变频器的加速和减速的快慢只取决于PID调节量的大小。因此，在变频器闭环恒压供水系统中，有可能因加速过快而导致“过流跳闸”。
参考文献：
[1]张燕宾.变频调速460问.机械工业出版社，2006.1.
[2]张燕宾.常用变频器功能手册.机械工业出版社，2004.9.
篇6
关键词：变频调速；供水水泵；节能改造；探讨
中图分类号：U264.91+3.4文献标识码： A 文章编号：
1 变频调速与供水水泵概述
1.1 变频调速概述
在电机的工作中，通过改变电机的供电频率和电机的极对数和转差率就能够达到改变电机转动速率的目的。当前生产机械设备主要使用改变定子极对数、定子电压、频率等技术达到变频转速的目的。变频调速分为高效调速方法和低效调速两种方式，高效调速的时转差率不变，造成的能耗较小，低效调速的转差损耗较大，因此在供水水泵的节能改造中主要使用高效变频调速的技术手段。
1.2 供水水泵概述
在人们生产和生活中，供水水泵的出现极大的提高了人们的效率和提高了生活舒适度。但是早期的供水水泵工作效率较低，能耗较大，不利于社会的可持续化发展。造成供水水泵能耗较大的因素主要有以下几个方面：
（1）供水水泵不能与输送水管道准确匹配。
（2）供水水泵系统过于复杂。
（3）输送管道设计不合理。
（4）输送管道出现渗漏现象。
（5）供水水泵自身质量较差。
1.3 供水水泵节能原理
在供水水泵的使用中，使用者需要根据最佳工况运行原则，建立准确的水力数学模型和参数采集标准，量身定做高效节能泵或高效叶轮，彻底解决循环水过流量引起能耗增加的现象，达到节能最大化 。
2变频调速在供水水泵中的节能改造
2.1供水水泵中利用变频调速进行节能的技术特点
供水水泵中利用变频调速的技术进行节能改造具有以下几个方面的技术特点
（1）采用闭式（或开式）变频控制技术，由能耗优化模块、智能控制系统、变频控制系统、远程监控制系统等组成，实时监控泵系统工艺参数并与目标值比较，自寻优给出满足工艺要求且实时电耗最低的运行匹配和调速策略，实行最优运行调度方案，达到最佳节能效果。
（2）利用变频器和电气元件，性能稳定，设备运行安全可靠。
（3）自动寻优功能。自寻优给出满足工艺要求且实时能耗最低的运行搭配和调速策略，实行最优运行调度方案，调节及时、平稳、准确。
（4）实时计量运行功率，累计电量和运行时间，精确掌握能耗情况及节电量。（5）实时监测变频器的工作状态、系统运行参数、电流、电压的超标报警以及欠压、短路等保护功能。实时监控泵系统设备振动、轴承温度等，进行故障诊断，确保系统安全运行。
2.2供水水泵进行变频控制设计的分析
在供水水泵的使用过程中，主要是为了满足生产者和使用者对流量的需求。因此改造人员需要进行流量的准确计算和检测。通过考虑在动态供水的环境下，根据供水管道中水的压力大小和用水需求之间的关系，进行供水水泵的变频控制改造。在供水水泵的供水中管道所受的压力直接显示了供水需求之间的变化。设计人员通过对管道压力变化的检测能够科学、合理的设计出满足人们需求的生产水泵供水系统。
变频调速控制方案主要包括：
（1）供水水泵需要根据生产情况进行“一变多定”的配置，通过对变频调速供水水泵的调速特性曲线进行分析，找出定压供水系统中变频泵曲线与等压线之间的交点。由于供水水泵的特性曲线较为平坦，因此造成这种供水水泵的变频调速范围较小。因此在变、顶速水泵的配置方案在进行变频调速节能较为困难，在实际生产中需要采用高性能离心水泵群进行变、定匹配和变频调速控制，这样能够达到很好的节能效果，并能够满足人们生产和生活的需要。
（2）变、定水泵的并列运行。在供水水泵的实际使用过程中，设计和改造人员需要根据投资和运行的情况进行供水水泵的并列运行设计。在设计时首先需要考虑根据最大设计水量的基础上尽量改进系统参数，使水泵的调速高效特性曲线与系统曲线匹配，通过这种调节和改进能够使调速泵组合进入最高工作段和工作点的概率增大，提高变频调速泵组的节能效率。备用泵系统需要采用工频定速泵组，当调速泵出现故障时，工频泵能够及时工作，避免因变频泵出现故障而造成的供水中断。
2.3 供水水泵变频调速的范围的确定
供水水泵的泵径与管径具有多样化的特点，水泵阀门开度与流量的关系较为复杂，这种情况造成了变频调速的范围较难确定。当供水水泵进行转速调节时它的静态扬程不会为零，它的阻力曲线不会通过坐标原点。因此在进行供水水泵的变频调速范围的确定时需要兼顾流量和扬程的要求，将供水水泵的阀门打开到最大，通过转速进行流量的调节。科学的流量调节能够很好的进行供水水泵的变频调速范围的确定，达到高效的节能效果，满足社会可发展的需要。
2.4 供水水泵变频调速后节能效果估算
供水水泵的调速节能效果计算较为复杂，因为水泵的静扬程在大多数情况下不为零，供水水泵的流量与扬程以及轴功率转速的关系进行分析，通过对各工况点的相似抛物线核算得到个工况点的转速情况。在进行节能计算时要用流量（百分比额定流量）作为根据（而不是阀门开度）；全流量轴功率也不能简单的采用额定轴功率，而应采用实际水泵系统的全流量轴功率进行计算，因为具体选定的泵用在不同的管路系统时其实际参数是不一样的。并要注意在计算节电率时使用的比较电功率应为采用阀门调节时相同流量下水泵实际所消耗的电功率，而不应当是电动机的额定电功率，因为采用阀门调节时，随着流量的减小，电动机的电流（电功率）也是有所减小的。在相同的流量百分比时，不同的静扬程的转速、轴功率和节电率都是不同的，应逐点进行计算。
2.5 供水水泵进行变频调速后的优点
供水水泵通过变频调速改造后具有以下几个方面的优点：
（1）改造后的供水水泵能够实现平滑的调速，并且调速精度和转频分辨率较高。
（2）变频调速改造后供水水泵能够高效率的进行调速。变频调速具有在频率变化后电动机仍会在相同频率范围内进行正常运行，保证额定的转差率。
（3）变频调速供水水泵的调速范围较宽。并在整个调速范围内均具有较高的调速装置效率ηV。所以变频调速方式适用于调速范围宽且经常处于低转速状态下运行的负载。
（4）变频调速供水水泵的功率因数较高，高功率因数能够有效的降低变压器的数量和电线线路的容量，降低供水水泵使用时的资金投入。在同样的电源容量下能够配置较多的供水水泵负载进行生产活动。
（5）变频调速供水水泵能够通过高效的生产能力，在同样的电源荷载情况下提供更大的扬程和水量来满足人们的生产和生活需要，有效的降低了能源的消耗，达到了高效节能的效果。
结语：
供水水泵在当前人们的生产和生活中占据重要的地位。供水水泵的变频调速技术改造能够有效的降低其对能源的损耗，满足人们生活和生产的可持续发展的要求。本文对变频调速供水水泵进行了阐述，并提出了合理的供水水泵的变频调速改造，达到了良好的节能效果。
参考文献
[1] 潘效军. 锅炉改造技术[M].中国电力出版社,2010
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1引言
随着城镇化建设的不断发展，我国城市规模不断扩大，对相关的配套设施提出了更高的要求。供水行业是各项生产和生活用水的基本保障，不断优化和完善供水系统成为供水企业的重要研究课题。从目前情况分析，一些在运行的供水泵的自动化水平较低，供水效率也比较低，同时存在较大的能耗，在一些供水企业或者社区存在着水资源浪费现象，进一步造成了经济损失。而变频技术是一种高效调速技术，通过调整电流实现对电动机运行速度的调节，具有高频化、数控化、集成化的应用功能特点，在供水系统中能够发挥良好的节能降耗效果，有利于供水行业经济效益和社会效益的最大化。
2变频调速技术简介
2.1变频器
变频器根据需要将工频电源转为不同频率的交流电源，从而实现对电动机的变频调速。变频器的组成主要包括整流器、中间电路、逆变器以及周围的电路等几部分，如图1所示，其中整流器能够对电网中的交流电源进行整流，实现交流变直流，中间电路则是对整流器输出的电源进行平滑滤波，并传输给逆变器，逆变器作为变频器的核心部件，需要完成直流变交流的逆变工作，为电动机提供所需频率的交流电源[1]。目前，新型变频器都配置了通信接口，对各种检测到的信号和参数进行采集，实现上位机与变频器之间的通信功能，可以实现对输入信号的处理以及运行指令的下达，在需要高精度控制时，可将反馈信号反馈到变频器，构成闭环系统。以变频器为基础的变频技术在各个行业得到推广，充分发挥了其节能降耗、自动化控制、质量提高、减小维修、提高适应性等优势。
2.2变频技术
变频技术的基本原理就是通过调整电源的频率实现对电动机转速的控制。交流电动机主要包括同步电动机和异步电动机，其转速表达式为：n=60fp（1-s）；其中s=n0-nn0，式中n表示转子速度，n0表示电机同步转速，s表示转差率，f表示电源频率，p表示电机极对数，通过公式我们可以发现，电源频率、极对数、转差率三个方面的改变可以实现电机的转速改变，其中变频调速是最稳定和简单的调速技术，这就需要发挥变频器的变频技术，实现对电动机的调速。在水泵等设备中，变频器主要采用VVVF控制方式，即保持电压和频率的比例系数不变，即改变电源频率的同时，对输出电压进行有效控制，从而保障电动机的磁通不变，这种变频调速技术叫作恒U/f控制。
3变频技术在供水系统中的应用
3.1水泵调速方案的选择
供水系统中的水泵运行过程中，输出扬程H和电机转速的平方形成正比例关系，在水流量为零的情况下，供水管道内部也要保持一定的水压。供水系统中的水流量随着用户用水量而产生变化，具有一定的随机性，因此，针对水泵电机主要通过控制水压实现供水控制。水泵也是一种减转矩负载，转矩与转速的平方成比例，转速降低，转矩也会减小，因此变频器可以通过SF模式实现对水泵转矩的调节。供水系统往往应用变频技术实现恒压控制，在这个过程中要求水压连续可调，可以通过PID调节器建立压力闭环控制结构，但是在保持电机动静态品质方面存在不足。这时候还可以采用内环为速度闭环的SF控制系统，改善恒压供水系统的整体性能[2]。
3.2变频恒压供水系统设计
基于变频技术的恒压供水系统结构如图2所示，应用PID调节器和变频器形成一个闭环控制系统，对系统的动态响应进行优化和改善，进一步提高供水系统的控制准确度。在变频恒压供水系统中，SF变频器调速控制系统为一种内环控制，在系统运行过程中，首先要启动主泵，供水管网中的水压需要达到设定数值，同时变频器的输出稳定在特定范围。当用户的用水量增加时，管道内的水压就会降低，压力变送器采集该信号，并传送给比较器，比较器将该压力数值与给定的压力数值做比较，将差值输入到PID控制器，经PID处理的数值再传入SF控制变频器，作为转差给定值，进而调整电动机的转速，实现对管道水压的调节，使其回复给定数值，系统稳定持续运行。在用水量增加过多的情况下，主泵的供水量难以实现闭环控制效果，则需要启动备用泵，如果用水量减少，也可以实现备用泵的自动切除。因此，在供水系统中应用变频器可以根据水压信号实现双位控制，进而保证供水质量。
4变频技术在供水系统中的应用效益
利用变频技术对供水系统进行全流量恒压控制，能够取得良好的运行效益，主要包括以下几点：第一，高效节能，变频恒压供水系统可以根据水压设定值，在水压发生变化时对水泵转速进行自动调节，从而保障供水效率，进一步减少电能损失；第二，供水压力稳定，系统采用的是闭环控制方式，能够根据系统水压和压力设定值差值进行自动调节，使得系统压力保持恒定，流量连续可调；第三，PID调节功能实现自动运行，通过压力传感器反馈的信号，进行相应的调节，并利用PLC技术进行压力值和PID相关参数的设定，通过PLC运算功能实现相关数据分析和处理，并且程序可以根据用户需求灵活调整；第四，“休眠”功能，系统运行时经常遇到用户用水量较小或不用水的情况，为了节能，系统具备可以使水泵具有暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于下限时，变频器停止工作，当变频器频率达到设定启动值后启动水泵运行；第五，延长电机、水泵使用寿命，各泵均为软启动，消除了全压启动时的冲击电流，延长了设备的使用寿命，采用各泵循环软启动，促使各泵不会因长久不用而生锈或频繁使用而磨损[3]。
5结语
总而言之，变频技术是一种高新节能调速技术，应用在供水系统中，表现出良好的调速性能和节能效果，并且控制操作安全可靠，还能够根据用水量实时调节供水系统。各大水厂或供水企业需要根据具体区域的供水需求，积极应用变频技术实现供水系统控制功能的优化和完善，同时要做好变频器的维护和保养，使得变频技术能够在供水行业发挥更大的应用价值。
【参考文献】
【1】易亚军.变频技术在供水系统中的应用[J].城镇供水,2010(03):95-97.
【2】侯海俊,朱雷.变频技术在二次供水系统中的应用[J].数字技术与应用,2012(05):102.
篇8
1.1PLC变频调速恒压供水系统结构
基于PLC和变频调速器控制的智能恒压供水系统，具有完善的控制和保护功能，明显的经济节能效益。恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小，总能保持管网中水压的基本恒定。恒压供水系统的控制策略是采用可编程控制器（PLC）和变频调速装置优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数， 完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时能达到稳定供水压力和节约电能的目的。变频调速恒压供水系统一般由信号检测、控制器、变频器、执行机构、电控设备和报警装置等组成。
信号检测包括水压信号检测和液位信号检测。水压信号检测反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。液位信号检测反映水泵的进水水源是否充足，信号有效时控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。
控制器是整个供水控制系统的核心。控制器根据变送器检测到的压力和液位信号进行分析， 通过变频调速器和接触器对执行机构（水泵）进行控制。
在供水控制系统中，变频器根据控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。变频器还为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PID调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动， 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。
执行机构由一组水泵组成，它们用于将水送人用户管网。水泵分为两种类型：调速泵和辅助泵。调速泵由变频调速器控制，根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。辅助泵只在工频状态下运行。速度恒定。此泵主要工作在夜间用水量很少的情况下，用以维持管网压力。
电控设备由继电器、接触器、转换开关等电气元件组成。在供水系统中用于控制器完成对水泵的变频―工频切换和手动―自动切换等。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，完成对电动机的控制。
作为一个控制系统，报警时必不可少的重要组成部分。由于供水系统的设计要求进行压力闭环调节和水泵机组的变频运行与工频运行的同步切换，所以，为了保证系统的安全、可靠、平稳运行，防止因超调、过电压、过电流、缺水造成故障，因此对主电路的电压、电流等进行监测，通过检测变送装置，有PLC判别报警类别，进行显示和保护动作控制。为了保证供水系统的正常运行，设计了水位、压力上下限等报警装置。
1.2 PLC变频调速恒压供水原理
恒压供水的基本思路是： 变频恒压供水系统主要是由PLC、变频器、动力控制线路以及水泵等组成。通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号通过A/D变换变成标准数字信号送入变频器的PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力；当用水量超过或低于一台泵的供水量时，通过PLC控制器加减泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的凋速，实现恒压供水。
2 PLC变频调速恒压供水系统的硬件设计
根据PLC恒压供水的原理，系统的电气控制图主要框图为：
图 系统的电气控制总框图
由以上系统电气总框图可以看出，系统所需要的主要硬件包括：水泵机组、变频器、PLC及扩张模块、压力变送器及数显仪构成。
3 PLC变频调速恒压供水系统的软件设计
3.1PLC变频调速恒压供水系统的程序
PLC变频调速恒压供水系统的程序如图5：
图5 PLC变频调速恒压供水系统程序图
在供水系统中，变频器、PID调节器、压力变送器、电机、水泵等构成了一个闭环控制系统，可以对供水能力实现有效的自动调节，从而实现恒压供水。其实现方法是，首先据用户对水压的要求，给PID调节器预置一个目标压力值，管道中的实际水压，经压力变送器转换成的模拟电流信号反馈给变频器内置的PID调节器，PID调节器根据目标压力值和实际压力值的偏差，给出调节量，自动调节变频器输出频率，调节电机转速，使供水量适应用水量的变化，取得动态平衡，维持水压不变。
4结论
本文介绍了基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统，PLC变频调速的应用实际运行分析表明，PLC变频控制系统设计方案是合理的、经济的，它为该系统的安全、经济运行提供可靠的技术保障，并具有节能、PID调节、运行可靠、经济性好电机控制更容易实现负荷自动调节等优点，是供水系统设计与改造中最先进的选择之一，同时PLC变频控制系统技术还可以用于引风机、送风机等自动控制系统中，是过程控制发展的新方向。
参考文献
[1]付立思，王卫星.可编程逻辑[M].第一版.北京：中国水利水电出版社，2002.1-40.
[2]齐占庆，王振臣.电气控制技术[M].第一版.北京：机械工业出版社，2002.179-213.
[3]邱文渊，童国道.国内外变频器技术的现状及我国发展策略初探[J].电子与自动化，1995，（5）：3-5.
篇9
【关键词】：机组技术供水系统 改造 变频器
中图分类号：TM6文献标识码： A
一、概述：
小湾水电站位于云南省凤庆县与南涧县交界的澜沧江上，系澜沧江中下游河段梯级开发的第二级电站和“龙头水库”。电站装机容量4200MW，装机6台，单机容量700MW。机组技术供水采用异步电机水泵供水方式，两台电机水泵，一台主用，一台备用，电机电源分别取自机组自由电a、b段，正常运行时当一台水泵出现故障或失电时，自动切换为另一台水泵运行。水泵电机额定功率355kW，额定电压380V，额定运行电流650A。为西门子产品。配套设置了ABB软启动器，型号为：PSTB720-600-70，用于水泵启停过程中实现限流启动的功能。
二、采用软启动器限流启动技术供水泵电机存在的问题：
三相异步电动机全压启动时，启动电流很大，可达额定电流的3~7倍，甚至更大，对电网会有冲击，对电机也会有一定的损害。因此电机启动要选择降压限流启动，小湾电厂机组技术供水泵电机启动选择的是利用软启动器来实现电机的降压限流启动。所使用的软启动器是ABB公司生产的型号为PSTB720-600-70，额定电流设置为650A。软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装置。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电流，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。此外，它还具有对电机的保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。但软启动器实现平滑启动的方法就是通过降低启动电压，减小启动转矩，这个过程对系统电压有一定的冲击，从实际运行的情况来看，我厂应用ABB软启动器时，设置限流设置为4，实际运行过程中，机组技术供水泵电机启动电流瞬时最大达2500A，启动电流较大，并且启动对我厂系统电压具有一定冲击。并且技术供水泵电机启动过程中会拉低厂用电系统电压，导致部分反应敏感的电源监视继电器故障报警。
因启动电流过大，并且启动过程拉低不能满足电厂黑启动条件。小湾电厂黑启动的电源来此于柴油发电机，型号：HDC1250，额定电压400V，功率1000kV，额定电流804.2A，经柴油发电机变压器将电压变至10kV后，接入我厂10kV厂用电系统。若使用软启动器，机组技术供水泵电机启动瞬间电流2500A，已远大于柴油发电机额定电流，无法满足黑启动要求。
三、变频启动与软启动的比较：
1、变频器与软启动器性能比较
软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。其主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。 变频器把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。
变频器相对软启动器有如下优点：
1、软启动器启动电机至额定工况之后，便切换为旁路输出，在电机正常运行期间是无法起到保护电机的功能，变频器则一直存在于电机运行电路之中，能很好保护电机运行。
2、软启动器只是在电机启动过程中降压、限流，启动过程中电流仍然很大，对系统电压也存在一定的影响，变频器可以改变电机启动频率，可以从零压启动，对系统电压没有冲击。
3、软启动器不能调速，但变频器可以。
软启动器必须以降低启动电压来实现平滑启动，这就会造成电机启动转矩减小，而变频器不必降低启动转矩。总的来说，变频器具有所有软启动器的优点，在功能特性上完全可以替代软启动器。
综上所述，选择变频器能满足现阶段小湾电厂机组技术供水泵启动需求。
2、变频器型号的选择：
我厂选用的机组技术供水泵电机为西门子公司的异步电机，具体参数如下：
品牌 西门子
额定电压 380V 功率因数 0.86
频率 50Hz 绕组接法 D
电流 650A 耐热等级 F
功率 355KW 转速 1488min-1
根据上述名牌选择合适的变频器，我厂选用变频器的型号及参数如下：
柜体式传动单元型号 ACS-800-07-440-3
变频器模块型号 ACS-800-04M-440-3 外形规格 R8
额定电压 380V 额定电流 695A
额定功率 355KW 最大输出电流 1017A
额定容量 440KVA
四、加装变频器后机组技术泵后实际运行情况：
机组技术供水在水轮发电机开机条件中属于必要条件，若机组技术供水流量及压力达不到设定值，则机组开机失败，判定供水方式为水泵供水，经2秒钟时间判定，已发送启动机组技术供水令，确定机组技术供水启动后，判断机组技术供水各管路压力、流量是否达到额定值，若120秒后仍然达不到额定值，判定开机失败。基于以上考虑，变频器启动水泵电机应在判定时间内完成。在机组技术供水泵电机启动至额定转速设置为30秒，启动变变频器后，电机转速约30s内从0按固定斜率上升至1488转/分钟，变频器输出电流在约30s内从100A左右开始呈抛物线上升至额定电流650A附近；考虑要满足电厂黑启动要求，要小于柴油发电机额定电流，将变频器限制电流选择为800A；技术供水系统管路压力大于0.3MPa，停泵时容易产生水锤现象，因此在技术供水管路上加装水力止回阀来防止产生水锤，水力止回阀关闭时间约10s，故将变频器斜坡停车设置时间为10s，其具体参数见下表：
参数索引 名称 设定值 备注
10.03 REF DIRECTION FORWORD 固定电机转向为正向
14.01 RELAY RO1 OUTPUT EXT CTRL 处于外部控制时可编程继电器RO1输出
20.01 MINIMUM SPEED 1488 最小转速，将给定最小转速限制为1488
20.02 MAXIMUM SPEED 1488 最大转速，给定最大转速限制为1488
20.03 MAXIMUM CURRENT 800A 最大电流限制，变频器将输出电流限制在800A以内
20.04 TORQ MAX LIM1 300%（默认） 最大正转矩
21.01 START FUNCTIOM AUTO 自动启动
21.03 STOP FUNCTION RAMP 选择斜坡停车
22.01 ACC/DEC SEL ACC/DEC 1 加速和减速时间1
22.02 ACCEL TIME 1 30s 加速时间，在30s变频器将电机转速0提升至1488
22.03 DECEL TIME2 10s 减速时间，斜坡停车时间10s
22.06 ACC/DEC RAMP SHPE 0.00S 加速/减速斜坡形状选择为线性斜坡
30.02 PANEL LOSS FAULT 现地控制方式下，控制盘丢失则变频器跳闸而自由停车
实际调试过程中，机组技术供水总管流量约30秒由0上升至1800m3/h（技术供水流量正常定值），3秒后稳定在2450 m3/h左右；机组机组供水总管压力约30秒由0上升至0.2Mpa（压力正常定值），3秒后稳定在0.34Mpa左右，即30s内流量压力满足机组开机流程，33秒机组技术供水达到稳定供水压力及流量。考虑到单台水泵或电机出现故障，在规定时间内机组技术供水流量及压力未能达到额定值，有充足的时间启动另外一台备用水泵，在机组技术供水控制柜内设定判定一台水泵启动失败的时间为80秒，为启动另外一台水泵留下足够时间。在实际调试技术供水系统时，实际情况与设计情况基本相同，机组技术供水泵启动过程中电流上升曲线很平缓，厂用电系统电压基本不变。电流上升曲线如下图所示。
五、变频器使用过程中存在的危险因素
连接变频器的电源系统往往有并联有电力电容器、发电机、变压器、电动机等负载，变频器产生的高次谐波电流按着各自的阻抗分配到电源系统和并联负载。虽然ACS-800-07变频器本身设置了滤波器，但仍然有部分谐波对厂用电系统造成污染。机组技术供水泵电机自更换变频器后，因谐波引起电动机附加发热，电机运行温度有所升高。
六、结束语：
小湾电厂机组技术供水变频器改造后，实现了电机平滑启动，对系统电压影响较小，满足我厂黑启动要求，虽然产生的谐波对厂用电系统有一定的污染，但综合考虑，利大于弊。
参考文献：
1.刘美俊《通用变频器应用技术》福建科学技术出版社 2004
2.《小湾电厂机组技术供水运行规程》小湾电厂 2013
作者简介：
篇10
关键词：变频器恒压供水闭环控制节能
中图分类号：TN773文献标识码： A 文章编号：
前言
鹤岗诚基水电热力有限责任公司南部供水系统由富力泵站、鹿林加压站和南山配水池组成，富力泵站以0.76Mpa恒压运行，在保证鹿林山地区用水的前提下，多余水量送到鹿林加压站，由鹿林加压站将水送至南山配水池，通过自流供南山地区用水。为保证富力泵站的恒压供水和南山配水池有调节水量的能力来满足南山地区用水，诚基水电热力有限责任公司在富力泵站、鹿林加压站安装了变频器，通过PLC实现了南部供水系统的自动化控制。
高压变频器的工作原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一种频率的电能控制装置。变频器由移相变压器、功率单元和控制器组成。它采用直接“高-高”形式，6KV输入直接高压 6KV输出， 6KV系列有15个功率单元，单元串联多电平拓扑结构，每相由5个功率单元串联而成，每个功率单元可以互换，其电路结构如图3为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出。
功率单元输入侧由移相变压器供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成30脉冲整流方式，经过多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由独立功率模块引起的谐波电流，大大改善网侧的电流波形。输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，完全适合旧设备的改造。
控制器由高速单片处理器、人机界面和PLC共同构成，单片机实现PWM控制，人机界面提供了全中文监控界面实现远程监控和网络化控制，内置PLC则用于信号的逻辑处理。控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有抗电磁干扰性能。控制柜内备有UPS不间断供电电源，当控制电源掉电时，不影响变频器的正常运行。恒压供水
富力泵站恒压供水的工作原理：测量元件为压力传感器，将它设在水泵机组出水口，Vi为恒定供水压力设定值，供水压力V作为输出量，构成闭环控制系统。变频器内部的PLC采集供水压力值V与泵站给定值Vi进行比较和运算，通过PID进行调整，将结果转换为频率调节信号送至变频器，直至达到供水压力的给定值Vi。不管系统供水流量如何变化，供水压力值V始终维持在给定压力值Vi附近。
液位控制
当鹿林加压站的来水量能够满足南山地区的用水量时，通过南山配水池的水位变送器输出的模拟量经过A/D转换经光纤送到鹿林加压站，再经D/A转换传到变频器的PLC中，由PLC控制水泵的转速达到南山配水池水位恒定的目的。当鹿林加压站的来水量不能满足南山地区的用水量时，加压站的水泵转速将不受南山配水池水位的控制，由鹿林加压站的来水流量计输出的模拟量信号通过PLC来控制水泵的转速，达到来水量与出水量的平衡，而南山地区的用水量将通过配水池内的水量来满足。以上控制过程都是在无人操作的情况下自动完成的，运行后取得了良好的经济效益和社会效益。社会效益
1.降低了职工的劳动强度，延长了设备的使用寿命。
2.富力泵站、鹿林加压站采用变频器后，实现了水泵的软启动，减少了工频启动水泵时所造成的对水泵、管路、闸阀等的冲击，增加了设备的使用寿命，减少了设备的维修量。
3.富力泵站根据设定的压力实现闭环运行恒压供水；鹿林加压站通过来水量和南山配水池的水位实现闭环运行。以上运行过程都是在变频器内PLC的控制下运行的，无需泵站运行人员对设备运行情况进行实时监控和频繁操作水泵，减轻了职工的劳动强度。
4.变频器的使用使电机从零转速启动，避免了工频启动电流大所造成的对电机和电网的冲击，延长了设备的使用寿命，节省了设备投资。
5.变频器具有完善、灵敏的故障检测、诊断、报警、跳闸等功能，保证电机水泵始终安全运行。
经济效益
1.富力泵站、鹿林加压站通过安装变频器调节水泵的转速来控制水泵的供水量，避免了因采用调节出水闸阀的开度来水泵供水量而消耗在阀板的能量损失，大大地节省电能。
富力泵站3#机组（355KW/6KV）在压力为0.76Mpa流量为900m3 /h时工频运行的电流为33.5A。而在相同的压力、流量的情况下，变频运行的电流为27.3A。富力泵站安装变频器至今运行半年共节电：
P=1.732UICOS∮t
=1.732×6KV×（33.5-27.3）A×0.88×24H×180天
=24.5万千瓦时
以每千瓦时电0.5元计算可节资：0.5元/千瓦时×24.5万千瓦时=12.25万元
2.鹿林加压站1#机组（132KW/0.38KV）在压力为0. 60Mpa流量为350m3 /h时工频运行的电流为210A。而在相同的压力、流量的情况下，变频运行的电流为180A。富力泵站安装变频器至今运行半年共节电：
P=1.732UICOS∮t
=1.732×0.38KV×（210-180）A×0.88×24H×180天
=7.5万千瓦时
以每千瓦时电0.5元计算可节资：0.5元/千瓦时×7.5万千瓦时=3.75万元
3.按此方式运行南部系统一年可节电64万千瓦时，可节约资金32万元。
变频器运行的规划
富力泵站机械室内没有取暖设施，在没有安装变频器前电机运行电流高，电机本身产生的热量就能满足机械室内冬季的取暖问题；安装变频器后，电机运行电流低其产生的热量已无法满足室温的要求。变频器的变压器、功率模块均是发热元件，通过风机的强排风对其进行冷却，单位正在设计将热源进行收集、利用，用其解决泵房冬季取暖的问题。
利用变频器支持Profibus、Modbus、TCP/IP等种通讯协议，将变频器的运行参数传输到远端系统调度室，对其进行监测。还可以通过上位机对变频器进行实时状态监控，实现远方对变频器的启动、停车、设定运行频率、查看故障记录等控制操作，除安排必要的维修人员外可实现无人看守，从而降低劳动力。
