變頻器在雙泵并網(wǎng)恒壓供水系統中的應用

由壓力變送器MBS3000(0~6 bar)來(lái)執行供水壓力的壓力檢測功能，將信號變換后產(chǎn)生的4~20 mA 電流信號反饋回變頻器，此信號與變頻器給定信號進(jìn)行比較，得出差分信號，經(jīng)變頻器內部PID運算，輸出相應的控制信號，控制變頻器的輸出從而調節泵的轉速，當出口供水壓力高于設定值時(shí)(即當用水量減少時(shí))，變頻器輸出頻率會(huì )自動(dòng)降低，反之會(huì )自動(dòng)升高，使泵出口壓力始終恒定在設定值上，以保證用水間的用水壓力穩定。

本系統中共有兩臺電機并網(wǎng)供水，此次改造中給兩臺電機各配備一臺變頻器，正常時(shí)為一用一備，用水量大時(shí)兩臺全部投入運行。壓力變送器安裝在總出水口處，兩臺變頻器切換使用一個(gè)壓力反饋信號。在自動(dòng)運轉方式下，首先一臺泵投入運行，隨供水壓力變化自動(dòng)調節電機頻率，保持供水壓力恒定，當用水量增大而泵運轉頻率長(cháng)時(shí)間超出設定最高頻率后，第二臺泵自動(dòng)啟動(dòng)，以恒轉速(50 Hz)運轉;隨著(zhù)用水量的減少，在第一臺泵運行頻率低于設定最低頻率后，第二臺泵退出運轉，如此根據供水量，兩臺泵循環(huán)運行。

2.1 變頻器控制方式

Danfoss 變頻器不但具有通用型變頻器的常用基本功能，還具有很多可編程的內部功能，靈活運用很容易實(shí)現許多控制功能，此次改造中就是充分利用了這一點(diǎn)，只須通過(guò)變頻器的內部功能就實(shí)現了手動(dòng)、自動(dòng)功能的轉換，電機的相互切換等功能。本方案根據性?xún)r(jià)比采用Danfoss8000 系列，主要功能接線(xiàn)圖如圖4所示。

2.1.1 閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制自動(dòng)轉換功能

Danfoss變頻器共具有4個(gè)參數設置區，該4個(gè)設置區可以獨立編程，然后可通過(guò)數字量輸入端子或者串行通訊方式在各個(gè)設置區之間進(jìn)行轉換。

利用菜單轉換功能給每臺變頻器設置兩個(gè)菜單，菜單1 為有壓力反饋信號的閉環(huán)運轉方式，菜單2為恒速的開(kāi)環(huán)控制。在自動(dòng)運轉方式中根據開(kāi)機順序選擇，首先運行的變頻器的端子32的信號為0，此方式設置為菜單1功能，同時(shí)接通端子60(反饋信號輸入);而另外一臺變頻器則通過(guò)外部繼電器控制接通端子32(參數為L(cháng)SB)，同時(shí)斷開(kāi)端子60，此方式設置為菜單2功能。這樣在正常運行時(shí)就可保證兩臺泵為一備一用，使用一個(gè)壓力變送器信號即可。外電路中設計了1# -2#或2# -1#順序開(kāi)機選擇功能，如選擇1#-2#則表示1#泵首先投入運行為主泵，2#泵為輔泵;同理2#-1#選擇方式下，2#為主泵，1#為輔泵，這樣既保證了恒壓供水要求，又避免了長(cháng)期只開(kāi)其中一臺泵的現象，使各泵磨損均勻且不銹死，延長(cháng)了水泵的使用壽命。

2.1.2 輔泵自動(dòng)投入和退出控制

VLT8032 有兩組繼電器，通過(guò)內部編程兩組繼電器共有31個(gè)功能可利用，本系統中就是利用了這個(gè)功能實(shí)現了輔泵自動(dòng)啟停的控制，非常簡(jiǎn)單。在菜單1 中設置繼電器1 和2為頻率檢測功能，根據主泵輸出頻率的變化，在用水量大時(shí)自動(dòng)控制第2臺變頻器啟動(dòng)，由于第2臺為恒壓開(kāi)環(huán)控制，一直以高頻運轉，此時(shí)第1臺變頻器輸出頻率會(huì )自動(dòng)隨水壓調整;當用水量低時(shí)第1臺變頻器運轉頻率下降，當低于設定頻率時(shí)，第2臺變頻器自動(dòng)退出運行。因此兩臺水泵可實(shí)現平穩，無(wú)波動(dòng)切換。

2.1.3 壓力給定

通過(guò)端子50、53、55外接安裝在操作面板上的1kΩ電位器，作為自動(dòng)運行時(shí)的實(shí)際壓力。

在自動(dòng)運行方式中給定值的設定是0~10 V對應于最小及最大反饋值，在手動(dòng)運行方式中是作為外部給定參考值，0~10 V對應最小及最大外部給定參考值。無(wú)論是自動(dòng)或是手動(dòng)方式，操作人員都可根據生產(chǎn)要求對電機頻率進(jìn)行調整。

2.1.4 其他功能

VLT8000 系列還具有一些水泵控制專(zhuān)用的功能，例如睡眠頻率、喚醒頻率、壓力補償等，合理地利

用這些功能會(huì )使整個(gè)系統運作的更加合理穩定。

2.2 注意事項

異步電動(dòng)機在全壓起動(dòng)時(shí)，從靜止狀態(tài)加速到額定轉速，所用的時(shí)間≤0.5 s。這意味著(zhù)在不足0.5 s的時(shí)間里，水的流量從零猛增到額定流量。由于流體具有一定的動(dòng)量和一定程度的可壓縮性，因此，在極短的時(shí)間內，流量的巨大變化將對管道產(chǎn)生過(guò)高或過(guò)低的壓力沖擊。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，這種現象稱(chēng)為水錘效應。水錘效應具有極大的破壞性，應用變頻調速后，應合理地設置變頻器的加、減速時(shí)間來(lái)延長(cháng)起動(dòng)和停止過(guò)程從而徹底消除水錘效應。

泵在變頻調速運行過(guò)程中，往往也會(huì )出現水錘現象，當頻率低于10 Hz 時(shí)，泵的出口壓力往往會(huì )低于止回閥的阻力，這樣就會(huì )出現水錘現象，所以變頻器的參數設定范圍一般應設置為低限不低于25 Hz。

3 系統運行效果

變頻器自身保護功能完善，具備了過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、欠相、短路保護，瞬時(shí)停電保護，過(guò)載、失速保護等功能，大大加強了對電機的保護。同時(shí)變頻器的無(wú)級調速運行，實(shí)現了電機軟啟動(dòng)、軟停運，避免了電機開(kāi)停時(shí)的大電流對電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應，使系統供水壓力穩定而流量在大范圍內可連續變化。

在節能方面效果也是非常顯著(zhù)的，使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%，節能如按40%計算，則一臺22 kW 電機每月節電約為22(kW)×40%×24(h)×30(d)×0.8(元/kW·h)=5 068元，年節約為60 816元。

采用了變頻調速后由于水泵平均轉速下降，工作過(guò)程中平均轉矩減小，使軸承的磨損和葉片所受的應力都大為減小，延長(cháng)了水泵的使用壽命。設備運行時(shí)水泵的出口閥門(mén)是完全打開(kāi)的，消除了閥門(mén)因節流而產(chǎn)生的噪聲，改善了操作人員的工作環(huán)境和勞動(dòng)強度。