變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引 言
在送水工程中，為了維持恒壓供水而又節(jié)能，除了不用大桶槽或虛耗能源的節(jié)流閥而能維持恒壓，還必須防止泵浦急速開停循環(huán)而導(dǎo)致壓力涌浪。采用變頻器是個好的解決方法，但在控制上需要技巧。一般變頻器由外部PLC或PID控制器接受運轉(zhuǎn)指令，整合調(diào)整有一定難度并且比較耗時。臺達 VFD-F水泵專用變頻器使用內(nèi)建泵浦控制邏輯，大幅簡化了送水系統(tǒng)的變速控制。
2 變頻調(diào)速特性
按照電機理論，電機轉(zhuǎn)速公式為：
式中：P為電動機的極對數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率，f為供電電源頻率，n為電動機的實際轉(zhuǎn)速。從公式可以看出，電機轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，改變頻率即可平滑地調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，從而可以連續(xù)方便地改變風(fēng)機的風(fēng)量。風(fēng)機是泵類負載，屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n、流量Q、壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n, H∝n2, P∝n3，即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。由上述分析可知，通過改變電動機轉(zhuǎn)速就可方便地改變風(fēng)機的風(fēng)量，保證空氣燃料比的優(yōu)化；通過改變電動機轉(zhuǎn)速，可以有效保證系統(tǒng)期望的工況，降低系統(tǒng)的電動損耗。在監(jiān)控系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術(shù)（變頻器）有以下優(yōu)點：
（1）可方便地實現(xiàn)電機軟起動、自由停車。電機均通過變頻器或軟起動從0—50HZ作緩慢加速起動，減少了機泵因突然高速起動所帶來的影響，減少了直接起動時起動電流對電網(wǎng)的沖擊；
（2）可提高功率因數(shù)，改善電動機電源質(zhì)量，保證電動機的功率與實際負荷相匹配，達到系統(tǒng)節(jié)能運行的目的；
（3）可消除機泵的喘振現(xiàn)象，使機泵運行處于最佳工況狀態(tài)；
（4）可方便地實現(xiàn)自動控制，使被調(diào)節(jié)量得到更平穩(wěn)的調(diào)節(jié)，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
使用變頻調(diào)速技術(shù)不僅調(diào)節(jié)方便，而且節(jié)能效果也是很明顯的，設(shè)電動機額定功率為PN，額定轉(zhuǎn)速為nN, 轉(zhuǎn)速為n時實際輸出功率為P，則節(jié)能（用功率表示）△P可以表示為：
如取
，則△P=0.67PN , 即節(jié)能效果在理想情況下可達到67%，可見只要采用變頻調(diào)速技術(shù)，用變頻調(diào)速其節(jié)能效果是很顯著的。
3 基于變頻調(diào)速的恒壓供水控制系統(tǒng)
基于變頻調(diào)速的恒壓供水控制系統(tǒng)如圖1所示。在圖1控制系統(tǒng)中，壓力及流量是泵浦控制的兩個重要參數(shù)。VFD-F可借助壓力或流量傳感器回傳的電壓或電流信號持續(xù)跟蹤壓力及流量，泵浦按預(yù)先設(shè)定的運轉(zhuǎn)方式工作或停止,可大幅度節(jié)電并延長馬達及泵浦的使用壽命。控制多臺泵浦
為了提高流量，可使用一臺以上泵浦組成控制系統(tǒng)，VFD-F可使用內(nèi)建Relay(或選購Relay卡)控制額外泵浦在需要時的起動或停止，以維持恒壓。VFD-F變頻器參數(shù)的特別設(shè)置，可防止擾人的開開停停，提供泵浦之間平順的轉(zhuǎn)移及維持壓力在容許的誤差范圍。VFD-F可控制任何以馬達驅(qū)動的泵浦，內(nèi)建最小速度設(shè)定點可符合深井泵馬達制造廠家的最低速度要求。由于VFD-F變頻器可使用V/F曲線，設(shè)定提供低速能達到100%的額定轉(zhuǎn)矩，提供正排量泵浦低轉(zhuǎn)速時所需的轉(zhuǎn)矩，使用者不必加大變頻器與馬達容量，使用Line-shaft透平泵浦時可消除危險轉(zhuǎn)速。