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【摘 要】 随着社会的发展，供水的要求越来越高，供水问题日益突出，使用恒压供水是保证供水可靠性和安全性的重要手段。变频调速恒压供水系统实现了水泵电机无级调速，系统根据泵站总水出口压力自动调整运行状态，保持压力恒定，从而使整个供水系统始终保持高效节能的最佳运行状态，实现运行的节能环保。
【关键词】 变频器；节能；变频；恒压
一、原理
在供水系统中，基本控制对象是流量。常见的方法有阀门控制法和转速控制法。这里转速控制是通过变频技术实现的。流量的大小又取决于扬程，但扬程难以进行具体测量和控制。考虑动态情况下，管道中水压的大小与供水能力（即供水流量）和用水需求（即用水流量）之间的平衡情况有关：
如供水能力大于用水需求，则压力上升；
如供水能力小于用水需求，则压力下降；
如供水能力等于用水需求，则压力不变。
可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在流体压力的变化上，因此压力就成为用来控制流量大小的参变量。保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地实现了所需的用水流量。通过变频器根据水压的变化来自动控制水泵电动机来控制泵的转速度快慢，从而达到不用改变出口阀开度的方法控制流量，随着泵输出压力的降低，消耗在阀门上的功率完全可以避免，这就是变频调速恒压供水系统的节能原理。
二、分类
由于不同时间段、不同季节，用水流量的变化是很大的，采用若干台水泵组合供水，本着多用多开，少用少开的原则，既满足了恒压供水的要求，又可以节约能源。大体上来说，多泵供水主要有三种类型：
1、“1控X”方式
供水系统由若干台容量相同或接近的水泵组成。为了节约投资，由一台变频器进行统一控制。用水量较少的情况下，先由“1号泵”在变频器控制下进行恒压供水；当用水量增大，“1号泵”已经达到上限频率而水压仍不足时，经短暂的延时，确认水压不是偶然过压后，将“1号泵”切换为工频工作。同时，变频器的输出频率迅速降为0Hz，然后使用“2号泵”投入变频运行，并实现恒压供水。当“2号泵”也达到额定频率而水压仍不足时，又使“2号泵”切换成工频工作，而“3号泵”投入变频运行，以此类推。当用水量减少，变频器已经到达下限频率，而管网压力仍偏高，则各泵依次退出运行。
2、一主多辅方式
在上一种控制方式中，当进行变频和工频切换时，如果处理不當，常常容易出现过电流等问题。为了避免变频和工频之间的切换，有的供水系统采用了一主多辅的控制方式。一台主泵功率较大，进行变频调速；数台辅泵功率较小，都由工频电源直接供电，但其起动和停止由变频器控制。当主泵已经在上限频率下运行，但供水系统的压力仍偏低时，应投入一台辅助泵，以保证系统压力的恒定。如果因为用水流量增加使压力又偏低时，则再投入一台辅助泵，以此类推。反之，当主泵已经在下限频率下运行，但供水系统的压力仍偏高时，应停止一台辅助水泵，以保证系统压力恒定。如果因为用水流量进一步减少，使压力又偏高时，则再停止一台辅助泵，以此类推。
3、“1控1”方式
每一台水泵都配置一台变频器。一般通过外接PID调节器来同时控制多台变频器，以2台水泵为例，第2台变频器的工作与否，由第一台变频器的工作频率决定。当第1台变频器达到设定的上限频率时，第2台变频器投入使用；当第1台变频器频率下降到下限频率时，第2台变频器停止工作。适当时可设计控制电路，使用两台变频器轮流工作。
常规日常供水可以根据用户的每天用水规律，分为N个时段来进行供水。
三、优点
1、在所需流量小于额定流量的情况下，转速控制时的所需扬程比阀门控制时小得多，所以转速控制方式所需的供水功率也比阀门控制方式小得多，这是变频调速供水系统具有明显的节能效果的最基本方面。
2、根据相关资料介绍中，水泵工作效率相对值的近似计算公式为
式中：、、分别为效率、流量和转速的相对值（即实际值与额定值之比的百分数）；分别为常数，由制造厂家提供。之间有的关系。公式表明水泵的工作效率主要取决于流量与转速之比。采用转速控制方式时，水泵的工作效率总是处于最佳状态。转速调节的控制方式与阀门控制方式相比，水泵的工作效率要大的多，这是变频调整供水系统具有节能效果的第二个方面。
3、变频恒压供水实现了水泵电机的自动无级调速控制，减少水泵的起停，减少了对电网的冲击；降低了水泵运行的噪音，减少电机轴上的扭矩和磨损，减少了维护量和维修费用，提高了水泵和管路的寿命。
四、应用
我公司2号水泵房将原继电回路改造成变频调速恒压供水系统，采用“1控2”方式，系统主要由一台ABBACS-510-01-180A-4变频器、一只欧姆龙E8AA-M10压力传感器（或远传压力表）、接触器、继电器和二台电机（电动机的技术参数：额定功率75KW，额定电流138A，额定电压380V，额定转速1487r/min，功率因数0.88）组成闭环恒压供水控制系统。变频器一拖二台电机，保持管网上的压力在8MPa。恒压供水技术实现：通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成4～20mA的模拟信号，通过变频器内置的PI控制器，来改变电动水泵转速。当用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不再变化，使管网压力恒定在设定压力上；反之亦然。我们根据对2#水泵房变频器控制的工艺要求，按照以下方案进行设计（接线如图1）。
充分利用变频器，我们采用一台变频器来实现两台电机的调速控制；两台泵均可实现变速、定速两种方式运行，变频器同一时间只能作一台电机的变频电源，所以每台电机启动、停止必须相互联锁，用逻辑电路控制，保证可靠切换，出口采用变频器内置切换；二台水泵工作时，其中一台由工频供电作定速运行，另一台由变频器供电作变速运行，同一台电机的变速、定速运行由交流接触器相互联锁，即在变速运行时，定速合不上，如上图中，k1.1与k1及k2.2与k2不允许同时合上。 图1 2#水泵房一次接线示意图，虚框内为改造增加部分
变频器被投入自动运行时，1#泵电机接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出水管网的压力信号与变频器管网压力设定信号负反馈闭环。
当电机频率上升到最高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通1#泵，使1#泵全速投入运行，同时对2#泵接通变频器控制。
当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制当前变频电机维持在一定的频率。
当水需求量减少，管网压力逐渐升高，内部PI控制器输出频率降低，当变频器输出频率低至10HZ，而管网在一设定时间内还高于设定压力，变频器停止当前2#泵，转而将1#泵，由工频切换至变频调节。
变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统可靠性。
变频器投入运行前后，我们分别记录了三相有功电度表读数，分别参见表1和表2，从数据表中可以清楚看到，一段時间内同样的工况下三相有功电度表读数，具体分析如下：其中，电表的电流CT变比为400∶5（80倍）。
表1 改造前三相有功电度表读数（5月19日～8月28日，共101天）
日期 出口压力MPa 三相有功电度表读kWh
5.19 0
5.20 15.5
8.28 1593
从表1可以计算出：改造前2#水泵房日平均消耗电能W1为：
W1=1593/101×80=1262kWh
从表2可以计算出：2#水泵房在变频恒压方式下日平均消耗电能W2为：
W2=（2368-1780）/76×80=619kWh
W1-W2=1262-619=643kWh
那么，可以计算出2#水泵房在改造之后一天可以节能643kWh，月平均节约电能19290kWh。按工业电价1.03元/kWh计，每年可以产生直接经济效益20多万元。
通过对以上的数据分析，同时结合现场的实际运行情况，可以看到水泵经过变频改造后节能十分明显。
参考文献：
[1]张燕宾，SPWM变频调速应用技术，机械工业出版社
[2]周志敏、周纪海、纪爱华，变频调速系统工程设计与调试，人民邮电出版社
[3]何超，交流变频调速技术，北京航空航天大学出版社
【关键词】 变频器；节能；变频；恒压
一、原理
在供水系统中，基本控制对象是流量。常见的方法有阀门控制法和转速控制法。这里转速控制是通过变频技术实现的。流量的大小又取决于扬程，但扬程难以进行具体测量和控制。考虑动态情况下，管道中水压的大小与供水能力（即供水流量）和用水需求（即用水流量）之间的平衡情况有关：
如供水能力大于用水需求，则压力上升；
如供水能力小于用水需求，则压力下降；
如供水能力等于用水需求，则压力不变。
可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在流体压力的变化上，因此压力就成为用来控制流量大小的参变量。保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地实现了所需的用水流量。通过变频器根据水压的变化来自动控制水泵电动机来控制泵的转速度快慢，从而达到不用改变出口阀开度的方法控制流量，随着泵输出压力的降低，消耗在阀门上的功率完全可以避免，这就是变频调速恒压供水系统的节能原理。
二、分类
由于不同时间段、不同季节，用水流量的变化是很大的，采用若干台水泵组合供水，本着多用多开，少用少开的原则，既满足了恒压供水的要求，又可以节约能源。大体上来说，多泵供水主要有三种类型：
1、“1控X”方式
供水系统由若干台容量相同或接近的水泵组成。为了节约投资，由一台变频器进行统一控制。用水量较少的情况下，先由“1号泵”在变频器控制下进行恒压供水；当用水量增大，“1号泵”已经达到上限频率而水压仍不足时，经短暂的延时，确认水压不是偶然过压后，将“1号泵”切换为工频工作。同时，变频器的输出频率迅速降为0Hz，然后使用“2号泵”投入变频运行，并实现恒压供水。当“2号泵”也达到额定频率而水压仍不足时，又使“2号泵”切换成工频工作，而“3号泵”投入变频运行，以此类推。当用水量减少，变频器已经到达下限频率，而管网压力仍偏高，则各泵依次退出运行。
2、一主多辅方式
在上一种控制方式中，当进行变频和工频切换时，如果处理不當，常常容易出现过电流等问题。为了避免变频和工频之间的切换，有的供水系统采用了一主多辅的控制方式。一台主泵功率较大，进行变频调速；数台辅泵功率较小，都由工频电源直接供电，但其起动和停止由变频器控制。当主泵已经在上限频率下运行，但供水系统的压力仍偏低时，应投入一台辅助泵，以保证系统压力的恒定。如果因为用水流量增加使压力又偏低时，则再投入一台辅助泵，以此类推。反之，当主泵已经在下限频率下运行，但供水系统的压力仍偏高时，应停止一台辅助水泵，以保证系统压力恒定。如果因为用水流量进一步减少，使压力又偏高时，则再停止一台辅助泵，以此类推。
3、“1控1”方式
每一台水泵都配置一台变频器。一般通过外接PID调节器来同时控制多台变频器，以2台水泵为例，第2台变频器的工作与否，由第一台变频器的工作频率决定。当第1台变频器达到设定的上限频率时，第2台变频器投入使用；当第1台变频器频率下降到下限频率时，第2台变频器停止工作。适当时可设计控制电路，使用两台变频器轮流工作。
常规日常供水可以根据用户的每天用水规律，分为N个时段来进行供水。
三、优点
1、在所需流量小于额定流量的情况下，转速控制时的所需扬程比阀门控制时小得多，所以转速控制方式所需的供水功率也比阀门控制方式小得多，这是变频调速供水系统具有明显的节能效果的最基本方面。
2、根据相关资料介绍中，水泵工作效率相对值的近似计算公式为
式中：、、分别为效率、流量和转速的相对值（即实际值与额定值之比的百分数）；分别为常数，由制造厂家提供。之间有的关系。公式表明水泵的工作效率主要取决于流量与转速之比。采用转速控制方式时，水泵的工作效率总是处于最佳状态。转速调节的控制方式与阀门控制方式相比，水泵的工作效率要大的多，这是变频调整供水系统具有节能效果的第二个方面。
3、变频恒压供水实现了水泵电机的自动无级调速控制，减少水泵的起停，减少了对电网的冲击；降低了水泵运行的噪音，减少电机轴上的扭矩和磨损，减少了维护量和维修费用，提高了水泵和管路的寿命。
四、应用
我公司2号水泵房将原继电回路改造成变频调速恒压供水系统，采用“1控2”方式，系统主要由一台ABBACS-510-01-180A-4变频器、一只欧姆龙E8AA-M10压力传感器（或远传压力表）、接触器、继电器和二台电机（电动机的技术参数：额定功率75KW，额定电流138A，额定电压380V，额定转速1487r/min，功率因数0.88）组成闭环恒压供水控制系统。变频器一拖二台电机，保持管网上的压力在8MPa。恒压供水技术实现：通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成4～20mA的模拟信号，通过变频器内置的PI控制器，来改变电动水泵转速。当用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不再变化，使管网压力恒定在设定压力上；反之亦然。我们根据对2#水泵房变频器控制的工艺要求，按照以下方案进行设计（接线如图1）。
充分利用变频器，我们采用一台变频器来实现两台电机的调速控制；两台泵均可实现变速、定速两种方式运行，变频器同一时间只能作一台电机的变频电源，所以每台电机启动、停止必须相互联锁，用逻辑电路控制，保证可靠切换，出口采用变频器内置切换；二台水泵工作时，其中一台由工频供电作定速运行，另一台由变频器供电作变速运行，同一台电机的变速、定速运行由交流接触器相互联锁，即在变速运行时，定速合不上，如上图中，k1.1与k1及k2.2与k2不允许同时合上。 图1 2#水泵房一次接线示意图，虚框内为改造增加部分
变频器被投入自动运行时，1#泵电机接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出水管网的压力信号与变频器管网压力设定信号负反馈闭环。
当电机频率上升到最高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通1#泵，使1#泵全速投入运行，同时对2#泵接通变频器控制。
当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制当前变频电机维持在一定的频率。
当水需求量减少，管网压力逐渐升高，内部PI控制器输出频率降低，当变频器输出频率低至10HZ，而管网在一设定时间内还高于设定压力，变频器停止当前2#泵，转而将1#泵，由工频切换至变频调节。
变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统可靠性。
变频器投入运行前后，我们分别记录了三相有功电度表读数，分别参见表1和表2，从数据表中可以清楚看到，一段時间内同样的工况下三相有功电度表读数，具体分析如下：其中，电表的电流CT变比为400∶5（80倍）。
表1 改造前三相有功电度表读数（5月19日～8月28日，共101天）
日期 出口压力MPa 三相有功电度表读kWh
5.19 0
5.20 15.5
8.28 1593
从表1可以计算出：改造前2#水泵房日平均消耗电能W1为：
W1=1593/101×80=1262kWh
从表2可以计算出：2#水泵房在变频恒压方式下日平均消耗电能W2为：
W2=（2368-1780）/76×80=619kWh
W1-W2=1262-619=643kWh
那么，可以计算出2#水泵房在改造之后一天可以节能643kWh，月平均节约电能19290kWh。按工业电价1.03元/kWh计，每年可以产生直接经济效益20多万元。
通过对以上的数据分析，同时结合现场的实际运行情况，可以看到水泵经过变频改造后节能十分明显。
参考文献：
[1]张燕宾，SPWM变频调速应用技术，机械工业出版社
[2]周志敏、周纪海、纪爱华，变频调速系统工程设计与调试，人民邮电出版社
[3]何超，交流变频调速技术，北京航空航天大学出版社