变频调速恒压供水控制系统的方案

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1、变频调速恒压供水控制系统的方案本文根据传统供水中存在的不足和缺点，将PID控制技术应用于小区供水系统中，实现恒压供水。本文详细阐述了该系统中变频调速的实现方法、系统的各种控制原理及工作过程。关键字:恒压给水；变频器；PID调节中图分类号：TK284文献标识码：A1.1变频器的控制方式变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾经出现过多种类型的变频器，但目前成为市场主流的变频器基本上有着图2-1所示的基本结构。图2-1变频器的基本结构变频调速的控制方式经历了V/F控制、转差频率控制、矢量控制的发展，前者属于开环控制，后两者属于闭环控制，正在发展的是直接转

2、矩控制。1、V/F控制异步电动机的转速与定子电源频率和极对数有关，改变f就可以平滑的调节同步转速，但是频率f的上升或者下降可能会引起磁路饱和转矩不足的现象，所以在改变f的同时，还需要调节定子的电压，使气隙磁通保持不变，电动机的效率不下降，这就是V/F控制。V/F控制简单，通用性优良。72、转差频率控制由电机学的基础知识可知，异步电动机转矩M与气隙磁通Φ、转差频率f2的关系为：(2-1)只要保持气隙中磁通Φ一定，控制转差频率f2就可以控制电动机的转矩，这就是转差频率控制。3、矢量控制矢量控制是在交流电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律，将定子电流分解成相应于直流电动

3、机的电枢电流的量和励磁电流的量，并分别进行任意控制。1.2变频调速的节能、调速原理一、水泵工况点的确定以及变化水泵工作点（工况点）是指水泵在确定的管路系统中，实际运行时所具有的扬程、流量以及相应的效率、功率等参数。如果把某一水泵的性能曲线（即H-Q曲线）和管路性能曲线画在同一坐标系中（图2-2），则这两条曲线的交点A,就是水泵的工作点。工作点A是水泵运行的理想工作点，实际运行时水泵的工作点并非总是固定在A点。若把水泵的效率曲线-Q也画在同一坐标系中，在图2-2中可以找出A点的扬程HA、流量QA以及效率A。7图2-2水泵工作点的确定图2-3水泵工况点的变化从图2-2

4、中可以看出，水泵在工作点A点提供的扬程和管路所需的水头相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，从而达到能量和流量的平衡，这个平衡点是有条件的，平衡也是相对的。一旦当水泵或管路性能中的一个或同时发生变化时，平衡就被打破，并且在新的条件下出现新的平衡。在变频调速恒压供水过程中，水泵工况点的变化如图2-3所示当P1、P2高于P0时，说明管网系统用水量减少，管路阻力特性曲线A1、A2向A0方向变化，此时水泵转速逐渐降低，管网口压力也由P2、P1逐渐下降，当P低于P0时，其工况点变化与上述相反即由A1逐渐向A0移动，使管网系统供水始终保持恒定。图2-4水泵变速恒压工况图2-

5、5变频调速恒压供水水泵工况调节图根据2-4图水泵变速恒压工况分析：当管网用水由Q2、Q1….向Q0移动时，通过改变水泵转速使P0保持恒定。二、变频调速恒压供水系统中水泵工况调节过程交流电动机的转速n与电源频率f具有如下关系：（2-2）式2―2中：p―极对数,s―转差率7因此不改变电动机的极对数，只改变电源的频率，电动机的转速就按比例变动。在变频调速恒压供水系统中，通过变频器来改变电源的频率来改变电机的转速n。改变水泵的转速，可以使水泵性能曲线改变，达到调节水泵工况目的。当管网负载减小时，通过VVVF降低交流电的频率，电动机的转速从n1降低到n2。另外根据叶片泵工作

6、原理和相似理论，改变转速n,可使供水泵流量Q、扬程H和轴功率N以相应规律改变。（2-3）（2-4）（2-5）在变频调速恒压水位供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n，从而改变水泵性能曲线得以实现的。三、变频调速恒压供水系统调速范围的确定考察水泵的效率曲线-Q,，水泵转速的工况调节必须限制在一定范围之内，也就是不要使变频器频率下降得过低，避免水泵在低效率段运行。水泵的调速范围由水泵本身的特性和用户所需扬程规定，当选定某型号的水泵时即可确定此水泵的最大调速范围，在根据用户的扬程确定具体最低调速范围，在实际配泵时扬程设定在高效区，

7、水泵的调速范围将进一步变小，其频率变化范围在40Hz以上，也就是说转速下降在20%以内，在此范围内，电动机的负载率在50%-100%范围内变化，电动机的效率基本上都在高效区。71.3系统的方案设计变频调速恒压供水系统：由模糊控制器、变频器、水泵电机、压力传感器、起动器等构成。系统采用一台变频器拖动2台电动机的起动、运行与调速，采用循环使用的方式运行。单片机未接工控计算机，压力传感器采样水压力信号，变频器输出电机频率信号，这两个信号反馈给模糊控制器,模糊控制器根据这两个信号经模糊运算，发出指令，对水泵电机进行工频和变频之间的切换。1.4系统工作过程根据小区用水的实际

8、情况，只需