變頻器和軟件啟動(dòng)器在城市供水中的應(yīng)用

摘 要：隨著我國(guó)城市化的不斷發(fā)展，水資源的供應(yīng)要求在城市生活里也越來越高，在這種狀態(tài)下，我國(guó)長(zhǎng)期以來落后的供水技術(shù)已經(jīng)不能滿足城市化需求，存在的主要問題表現(xiàn)為自動(dòng)化程度低，難以操作。在用水高峰期，各個(gè)用水系統(tǒng)包括居民用水、工廠企業(yè)用水因?yàn)樗畨禾投霈F(xiàn)用水困難的狀況，即水量供不應(yīng)求。之前對(duì)于這個(gè)問題，一直采用高位水箱或各種氣壓罐進(jìn)行蓄水加壓，借助閥門一類設(shè)備的阻力進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種控制系統(tǒng)由于自動(dòng)化太低，壓力變化較大，耗能較多等問題而存在明顯的缺陷，文章介紹的變頻調(diào)速器和軟件啟動(dòng)器由于自動(dòng)化程度高又易于控制等特點(diǎn)將大大方便城市供水系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：變頻器；軟件啟動(dòng)器；城市供水

在城市供水問題未得到有效完善的狀況下，變頻器由于效率高、可靠性高、設(shè)備體積小、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)將對(duì)城市供水帶來很大的影響。這種變頻恒壓設(shè)備主要采取穩(wěn)定水壓的原理對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行控制，該設(shè)備的組成有變頻器、機(jī)組、電器柜、壓力變送器，工作時(shí)通過變頻主調(diào)、軟啟動(dòng)后備多臺(tái)泵切換。現(xiàn)今社會(huì)，變頻技術(shù)也得以不斷地發(fā)展和完善，變頻供水設(shè)備將逐漸成為城市居民生活和城市工廠企業(yè)的供水的最佳方案。以下將具體地分析變頻供水設(shè)備的工作原理，不同種變頻供水系統(tǒng)的最佳節(jié)能方式以及操控方式，也會(huì)從兩個(gè)角度談變頻供水系統(tǒng)以及與之相關(guān)聯(lián)的軟件啟動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用。

1 變頻器和軟件啟動(dòng)器作為供水設(shè)備時(shí)的工作原理

供電電源只有在具備能同時(shí)變換電壓和頻率的條件下，變頻調(diào)速對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)才可以實(shí)現(xiàn)。只有使用變頻設(shè)備才可以變恒壓恒頻的交流電源為變壓變頻的交流電源。直接變頻和間接變頻共同組成變頻設(shè)備。不經(jīng)過中間直流環(huán)節(jié)，直接把工頻交流變成頻率可控制可調(diào)節(jié)的交流的一類稱為直接變頻設(shè)備。另一種是首先用整流器把交流變?yōu)橹绷鳎蟀阎绷魍ㄟ^逆變器改為頻率可以調(diào)節(jié)的交流。第二種在目前的變頻設(shè)備里使用的較多。對(duì)于恒壓供水系統(tǒng)來說，是在事先設(shè)置固定值，工作時(shí)，將實(shí)際壓力與該值進(jìn)行比較，當(dāng)偏大時(shí)，減小變頻器的輸出頻率，相應(yīng)的水泵的轉(zhuǎn)速就會(huì)降低，在供水量減少的情況下，就會(huì)減小管網(wǎng)的壓力。當(dāng)偏小時(shí)，增大變頻器的輸出頻率，水泵的轉(zhuǎn)速就會(huì)增大，在供水量增加的情況下，就會(huì)管網(wǎng)的壓力。最后就會(huì)通過自主調(diào)控系統(tǒng)使得供水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。而軟啟動(dòng)器的組成為幾組晶閘管橋，每一組橋通過兩只管反并聯(lián)組成，而頻率的穩(wěn)定是通過改變管觸發(fā)角使得電源穩(wěn)定來實(shí)現(xiàn)的。軟啟動(dòng)器的運(yùn)行過程如下，即轉(zhuǎn)換開關(guān)先用一臺(tái)泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，在需水量增加的情況下，最低功率的泵先達(dá)到額定功率，水壓不夠時(shí)，就使得第二臺(tái)泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，直至換到工頻為止，設(shè)備控制的依舊為一號(hào)泵。以此類推，軟啟動(dòng)器不斷進(jìn)行加壓運(yùn)行，換工頻，使得供水設(shè)備達(dá)到穩(wěn)壓的狀態(tài)。在此表示，軟啟動(dòng)結(jié)束的標(biāo)志為軟啟動(dòng)器會(huì)提供一個(gè)內(nèi)部繼電器無源節(jié)點(diǎn)。

2 不同類型的變頻器和軟件啟動(dòng)器在供水系統(tǒng)中的使用

2.1 普通變頻器

普通變頻器的組成部分較為簡(jiǎn)單，有循環(huán)軟啟動(dòng)變頻柜，管路系統(tǒng)，水箱，長(zhǎng)距離傳輸壓力表，水泵機(jī)組。目前在城市供水系統(tǒng)中使用最頻繁的就是這種普通變頻器。其中變頻柜的組成結(jié)構(gòu)有變頻控制器以及調(diào)速設(shè)備、電壓表、電流表等。在平時(shí)的供水狀態(tài)下，只需要一部水泵就可以滿足需要，特殊情況下，也就是水量供不應(yīng)求時(shí)，上一部水泵就會(huì)通過變頻柜的運(yùn)行開啟工頻狀態(tài)，同時(shí)下一部水泵進(jìn)入工作狀態(tài)。如果此時(shí)的供水量還未滿足需要，就會(huì)延續(xù)上個(gè)步驟，第三部水泵進(jìn)入工作狀態(tài)參與供水。需水量恢復(fù)正常狀態(tài)時(shí)，變頻柜再次運(yùn)行，將從最后加入的水泵開始依次停止工作，而第一臺(tái)水泵則停留在穩(wěn)壓的狀態(tài)工作。這就是普通變頻器一次完整的運(yùn)行過程。這種變頻器還有一個(gè)功能就是它具有定時(shí)換泵的功能，這是通過變頻柜來實(shí)現(xiàn)的，它可以控制每臺(tái)泵的運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)超過規(guī)定時(shí)，就會(huì)停止目前運(yùn)行的泵，使得下一臺(tái)進(jìn)入工作狀態(tài)，通過變頻柜的這一功能，就會(huì)使得整體泵組的使用壽命延長(zhǎng)。但是，這種普通變頻器只適用于小型的城市供水系統(tǒng)。

2.2 直接變換式高壓變頻裝置

鑒于以上陳述的普通變頻器只適用于小型的城市供水系統(tǒng)，當(dāng)用水量很大時(shí)，只有主泵機(jī)組和小流量泵的設(shè)備就不足以滿足需求。原因是多方面的，首先由于組泵和小流量泵的功率差別較大，會(huì)造成水泵的工作效率降低和能源的多消耗。

由于是大型的用水系統(tǒng)，普通變頻器的小泵已經(jīng)不能滿足供應(yīng)，從而出現(xiàn)使得變頻柜不斷地出現(xiàn)變頻操作的狀況，這樣一來，就會(huì)降低整體供水系統(tǒng)的工作效率，還會(huì)不利于泵組的長(zhǎng)期使用，整體降低了該供水系統(tǒng)的效益。為了改善這種狀況，可以在普通變頻器的基礎(chǔ)上增加中流量水泵，使得整個(gè)變頻裝置呈現(xiàn)逐步變化逐步增加工作系統(tǒng)的方式來實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)作，滿足高需水量的用水單位的需求。也可以提高運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。這種改進(jìn)也是在變頻柜上實(shí)施的，即變頻器的變頻柜核心部件變?yōu)槎喙δ苷{(diào)節(jié)儀，在此基礎(chǔ)上變頻系統(tǒng)最終也可以達(dá)到雙恒壓供水的效果，即在主泵進(jìn)行頻率變換時(shí)進(jìn)行高壓調(diào)節(jié)，其它的泵類進(jìn)行變頻時(shí)使用低壓調(diào)節(jié)。

3 變頻器和軟件啟動(dòng)器在不同城市供水系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 在城市居民生活供水中變頻設(shè)備的應(yīng)用

在城市供水系統(tǒng)中，居民生活用水是一個(gè)重大的項(xiàng)目，若將變頻設(shè)備運(yùn)用到居民生活供水中，將帶來很大的作用，包括節(jié)約能源，提高供水效率。為了解決小流量耗電問題，可以考慮安裝囊式氣壓罐來調(diào)節(jié)頻率達(dá)到穩(wěn)定壓力。每個(gè)城市需要根據(jù)規(guī)模選擇使用的變頻設(shè)備。當(dāng)居民用水量隨時(shí)間變化不明顯時(shí)，即連續(xù)供水時(shí)，可以安裝相同型號(hào)和規(guī)模的泵，在不同的時(shí)期選擇不同的工作水泵數(shù)目以及時(shí)間。當(dāng)供水不是連續(xù)的狀態(tài)時(shí)，就可以用上氣壓罐，在水的需求量增加時(shí)，由變頻調(diào)速泵轉(zhuǎn)為使用氣壓罐，這樣一來，就提升了供水變頻設(shè)備的工作效率。為了使得大規(guī)模的居民生活區(qū)提高用水效率，可以使用恒速泵與變頻調(diào)速泵相結(jié)合的方式。

3.2 居民生活之外供水變頻設(shè)備以及軟件啟動(dòng)器的應(yīng)用

除了居民生活用水之外，城市消防也是用水的一大方面，如果將變頻裝置和軟件啟動(dòng)器運(yùn)用到城市消防用水系統(tǒng)中，就可以提高工作效率。城市里有許多建筑是使用消火栓或者自動(dòng)噴水滅火設(shè)備的，對(duì)這一類供水設(shè)備設(shè)置變頻器時(shí)，只使用主泵變頻來穩(wěn)定水壓而不用設(shè)置其它的設(shè)備來穩(wěn)定壓力。正常狀態(tài)下是不需要消防的，因此一般情況下，變頻裝置處于壓力穩(wěn)定的狀態(tài)，與設(shè)備相連的壓力監(jiān)控表可以對(duì)消防系統(tǒng)的水壓進(jìn)行監(jiān)控和設(shè)置，當(dāng)水壓比穩(wěn)定壓力小的時(shí)候，消防系統(tǒng)的變頻泵開始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，這樣就可以增加管網(wǎng)的供水量；當(dāng)水壓比穩(wěn)定壓力大的時(shí)候，消防系統(tǒng)的變頻泵擺脫工作狀態(tài)，停止運(yùn)行。多個(gè)泵是可以進(jìn)行輪流工作的，變頻設(shè)備可以進(jìn)行自主換用，最后實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。

4 結(jié)束語

城市生活供水系統(tǒng)中使用變頻供水設(shè)備以及其他的軟件啟動(dòng)器，由于高程度的自動(dòng)化以及可操控性極強(qiáng)的特性可有效改善城市供水系統(tǒng)的運(yùn)行，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步以及城市化的不斷發(fā)展，變頻以及軟啟動(dòng)設(shè)備將越來越受到重視和廣泛應(yīng)用，但設(shè)計(jì)人員在使用前應(yīng)該從多個(gè)角度考慮所設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)的用水性質(zhì)、用水特點(diǎn)、用水規(guī)模等進(jìn)行綜合考慮，選擇合理的變頻設(shè)備或軟啟動(dòng)設(shè)備。在技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理的前提下使得變頻或軟啟動(dòng)設(shè)備在城市供水系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李東（1974-），男，現(xiàn)工作于樺南縣多元水務(wù)運(yùn)營(yíng)有限公司，工程師，機(jī)電一體化專業(yè)。