变频恒压供水特点及原理

李庆会

摘 要：为提高供水系统的自动化水平，减少设备的维护和人员的投入，降低成本，本文主要阐述了变频恒压供水的应用特点、组成及功用，重点剖析了变频恒压供水的工作原理。

关键词：变频器;恒压供水;工作原理。

1变频恒压供水的应用特点

变频恒压供水是楼宇给水系统的重要组成，可以实现连续平稳的调速，无需人员在现场值守，和传统的高位水池给水、气压给水相比，它耗费能源低，安全性高，资源节约，可以实现自动控制，无需现场手动操作。主要存在以下特点：

1.1节约能源

通过用水量的大小决定了变频器控制电机的转速，这样系统在运行过程中能够节约电能，产生明显的经济效益。

1.2消除水锤

所谓水锤效应是由于电动机在全压下起动时，在短时内管道里的流量迅速从零增大到额定值，液体流量急剧变化在管道内产生冲击力，冲击管道和设备。使用变频调速后，可以根据升、降速时间，将管道系统内的流量变化减小到允许范围，从而达到彻底消除水锤的目的。

1.3起动平稳

由变频器实现了对水泵的变频启动，启动电流可以从“0”到电机额定电流，实现了对水泵的软启动，减少了启动电流对电网的冲击，也减少了启动时设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

1.4联网功能

能够采用网络连接，具有远程和本地控制的功能和数据传输接口，能与控制信号或电脑控制软件相连，实时监控各个管网，对供水的相关数据进行实时传送，以便显示和控制等。

1.5控制灵活

可以采用电脑远程控制在需要供水时间供水，或通过智能仪表控制对管网定时变频供水，不需人员在現场手动启动。也可以手动选择变频供水或工频供水。

2变频恒压供水的主要组成

实现变频恒压供水主要有信号检测设备、控制器、变频器、执行机构、电控设备和报警装置等组成。

2.1信号检测设备

信号检测设备主要包括水压信号检测设备和液位信号检测设备。水压检测设备主要检测反馈供水管网内的水压力值，根据用水点的实时变化来改变水泵的转速，从而达到管网恒压的目的。液位信号检测设备主要检测进水水源是否充足，如进水水源不充足或无水时，液位信号传送给控制器发出报警信号，控制器对系统实施保护控制，以防止水泵的抽空而损坏水泵和电机发生事故。

2.2控制器

控制器是整个供水系统的核心部件，主要由传感器、智能仪表或微型电脑等组成。控制器会根据变送器检测到的压力信号和液位信号进行分析，然后通过执行机构进行控制。

2.3变频器

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制电动机的电力控制设备。

2.4执行机构

执行机构由一组水泵组成，它主要用来将水送入管道中。

水泵有3台增压泵，增压泵由变频调速控制，根据管网中用水量的实时变化改变水泵的转速，管网中用水量增大时，变频器增加水泵运行频率增大供水量，管网中用水量恢复正常后，变频器减少水泵运行频率到正常供水，以维持管网内的水压恒定值不低于使用下限压力。

2.5电控设备

电控设备由PLC、继电器、接触器、转换开关等电气元件组成，在变频调速供水系统中主要用于对水泵转速进行控制运行、电路系统的保护，手动和自动的切换等。

2.6报警装置

为了保证供水系统的正常运行，在水库（水箱）底部安装水位计，当水位低于设定水位时，控制器检测到报警信息后，停止水泵对系统进行供水，以起到对设备的保护作用。

3变频恒压供水的工作原理

在给水系统中，管网用水量的变化反映在水压上，表现为管网水压的波动。因此，调节水泵工况，保证管网用水水压的稳定，就可以保证管网用水。变频恒压供水系统以水压为控制参数自动控制实现。

水泵启动后，压力传感器向控制器反馈管网的压力。当管网压力低于控制器设定的压力，应该提高水泵转速，控制器向变频器发送提高电源频率从而增加水泵的转速;当某台水泵的转速达到规定的上限时，自动启动新的水泵投入运行。当管网压力高于设定压力时，应该降低水泵转速，控制器向变频器发送降低频率从而降低水泵的转速，直至给水管网内的压力在控制器设定的压力范围内。通过调节电机工作电源频率的方式，改变水泵的转速，从而改变了水泵的工况，构成闭环反馈控制，实现变频恒压供水。

假设变频控制供水系统共有三台水泵，分别为1号、2号、3号，如图1所示。系统用水量最小时1号水泵投入正常运行，由变频器控制开始变频运行，调节电机频率增加。如此时为用水高峰期，用水量很大，电机频率达到上限后，此时系统自动将1号水泵由变频运行状态切换为工频运行，变频启动2号水泵，若管网压力达到设定压力范围，则变频器根据压力变送器反馈的值输出频率，使水泵的转速随供水压力的变化而改变，保持管网压力的恒定。如果2号电机频率达到上限后，管网压力仍低于设定范围，将变频运行的2号水泵切换成工频运行，变频启动3号水泵，并根据水压反馈信号进行有效的调节，直至水压稳定在设定范围内。

3台水泵都在投入运行中，其中1号和2号水泵为工频运行，3号水泵为变频运行。用水低峰期，用水量减少，由于供水管网积水蓄压，如果不做出有效调节，管网压力会逐渐升高，超出压力的设定范围，此时遵循“先投先停”的控制原则，将工频运行的1号水泵切除运行，若3号水泵频率调整到下限频率后，管网压力仍高于设定范围值，则将工频运行的2号水泵也切除，此时，仅保留3号水泵变频运行，继续通过变频器调节频率使其稳定运行在设定范围内。变频系统一般和稳压管联合使用如图2所示。

4结束语

变频恒压供水系统具有良好的节能效果，管理方便故障少，因此广泛用于智能楼宇供水系统中。随着自动控制技术和电子技术的发展，变频器和控制系统功能也会越来越强大完善，性价比也越来越高，变频恒压供水系统也会将越来越普遍，也会给楼宇供水系统带来更进一步的发展。