變頻調速微控供水設備節(jié)能設計與實現(xiàn)

羅洪波

摘 要：隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻調速微控理論和產(chǎn)品日趨成熟，并成功應用到了供水設備中，本文主要論述了變頻調速微控技術在供水領域中的應用。

關鍵詞：變頻調速微控技術；供水設備節(jié)能設計；應用

供水問題是關系到國計民生的大問題，并且日益受到各國的重視，隨著人們生活水平的不斷提高，變頻恒壓供水設備以其節(jié)能、環(huán)保、供水的水質高等優(yōu)點在供水領域不斷得到應用，以往的變頻調速系統(tǒng)往往帶來設備成本高，而且PID算法的編程難度大，這是因為以往的變頻調速系統(tǒng)往往采用的是模入/模出的可編程控制器與變頻結合器來實現(xiàn)恒壓供水的，這樣的系統(tǒng)模式往往要求調試人員的素質很高，而且不利于廣泛的推廣。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，變頻調速技術已經(jīng)越來越完善，而且供水設備的電氣線路設計更加簡單便捷，更容易實現(xiàn)供水參數(shù)的調節(jié)和各項功能的實現(xiàn)，同時設備的成本大大降低，自動化程度很高，可以實現(xiàn)廣泛流通使用。

1 變頻調速微控供水設備的工作原理

變頻供水系統(tǒng)中用來檢測管線壓力的傳感器，一般采用的是電阻式遠傳壓力表或者是壓力變送器反饋的電流。變頻器是恒壓供水系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，通過改變電機的頻率實現(xiàn)電機的無級調速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。在供水設備中，一般包括變頻泵和工頻泵。我們以深圳華為公司生產(chǎn)的TD2100變頻器為例，來看一下變頻調速微控供水設備的工作原理。該變頻器含有一個內置的PID調節(jié)器，可以根據(jù)客戶的實際需要進行參數(shù)設定，設定成變頻循環(huán)方式和變頻固定方式兩種。變頻固定方式就是在供水系統(tǒng)開始供電時，先啟動變頻泵，管網(wǎng)水壓達到設定值，變頻泵的輸出頻率則固定在該數(shù)值上，當用水量增加水壓降低時，傳感器就會將該信號輸送到變頻器的PID回路上，PID回路調節(jié)器上則顯示用水量增大，隨之而來就是輸出頻率上升、水泵轉速提高、水壓上升，隨著用水量越來越大，達到變頻器輸出功率的最大值時，而管網(wǎng)水壓仍達不到設定的值，此時變頻器繼電器輸出口會發(fā)出閉合信號，啟動一臺工頻泵。相反，隨著用水量越來越少，變頻器的輸出頻率達到最小值時，系統(tǒng)會發(fā)出減少一臺工頻泵的指令，斷開繼電器輸出口。變頻循環(huán)方式的工作原理和變頻固定方式的工作原理是大致相同的，變頻器可以根據(jù)壓力閉環(huán)控制運行泵的臺數(shù)，一般會按照系統(tǒng)設定的范圍內自動確定，但同一時刻只有一臺工頻泵是由變頻器驅動的。當變頻泵驅動的泵的頻率達到上限，需要更換工頻泵時，這時變頻泵會將該泵切換到工頻運行上，同時會驅動另一臺泵進行變頻運行。

2 供水領域應用變頻調速微控技術應注意的問題

供水領域為了保證變頻調速微控技術正常運行，需要在設計和使用時注意以下多方面問題：

2.1 磁力接觸器的分斷時間

磁力接觸器在變頻器輸入端的安裝必須要有時間的延遲，當變頻器停止工作后需要延遲0.5秒才能斷開磁力接觸器，在變頻器沒有停止工作時切不可隨意斷開磁力接觸器。

2.2 要避免啟動和停止變頻器

一般來說，變頻器的電源側不加裝磁力接觸器，為了防止停電后自動來電時變頻器自動啟動造成事故，或者是為了確保維護作業(yè)的安全，需要在變頻泵的電源側安裝磁力接觸器時，必須要避免用磁力接觸器頻繁地啟動和停止變頻器，因此長期的反復會降低變頻器的使用壽命，應該要利用變頻器的啟動控制端來運行變頻器。

2.3 有時會出現(xiàn)損害變頻器的情況

從原則上來說，變頻器與電機之間是不安裝磁力接觸器的，必須使用時，不能在變頻器的使用過程中去開啟磁力接觸器，一旦開啟將會有很大的沖擊電流，有時會因為電流過大而停機，甚至會損害變頻器。

2.4 要裝有分勵脫扣裝置

變頻器輸入端的斷路器應該具有分勵脫扣裝置，用來防止當沖擊電流過大而造成變頻器損害，當接在大容量變壓器或有進相電容切換時，有時會出現(xiàn)變頻器損害的情況，此時應設置改善功率因數(shù)用電抗器。

2.5 要串接適當容量的電抗器

電機與變頻器之間的距離較長時，受到連線離散電容的影響，充電電流可能會影響變頻器過流保護動作，同時也可能會引起電機過熱的情況，因此連線的長度盡可能短一些?，F(xiàn)實生活中，實在是無法避免必須要連線過長時，需要在變頻器的輸出端與電機之間串接適當容量的電抗器。

2.6 必須采取防干擾措施

變頻器主回路的輸入和輸出中，會含有高次諧波成分，有時會對變頻器周圍一定范圍內的通訊設備和儀表傳感器等產(chǎn)生干擾，當外部干擾達到一定程度時會導致變頻器出現(xiàn)錯誤，因此必須采取一些防干擾措施，比如說變頻器的控制信號電纜和指示器的連線要使用雙絞線或者是屏蔽線，同時要盡量遠離電源線等。實踐證明，只有采取了必備的防干擾措施，變頻器系統(tǒng)才能正常運行。

3 變頻調速微控的特點及經(jīng)濟效益分析

相對來說，變頻調速微控系統(tǒng)的結構非常簡單，適用于控制普通交流電動機，而且應用更加廣泛，可以實現(xiàn)從低速到高速的無級平滑控制，調速范圍寬，精準度高。另外，變頻調速微控系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流調速控制系統(tǒng)相比，線路更加簡單，系統(tǒng)維護更加容易，且運行維修費用少，工作穩(wěn)定，出故障的概率很低，更容易實現(xiàn)自動化運行。由于變頻調速微控系統(tǒng)提高了效率和功率，因此節(jié)能效果十分明顯。

供水系統(tǒng)想要應用變頻調速微控系統(tǒng)，在初期的時候可能投入較大，但是回收投資期短，且運行和維修的費用很少，因為該技術可根據(jù)電機負載的變化實現(xiàn)自動平滑的調速，調速特性基本保持了異步電動機的固有特性，即轉差率小的特點，而且效益很高，收益非常明顯。

4 結語

變頻調速微控在供水領域的應用，不僅表明系統(tǒng)運行的可靠性高，達到了節(jié)電的目的，同時電機啟動時對電網(wǎng)沒有沖擊，減少了水泵和閥門的損害，所以說降低了成本，經(jīng)濟效益高。這一系統(tǒng)的應用無疑是企業(yè)挖掘節(jié)能、安全生產(chǎn)、增加效益的一條捷徑，并且具有極大的推廣價值。

參考文獻

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[2]王煜.采用PLC控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計[D].大連理工大學，2014.