變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的方案

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1、變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的方案本文根據(jù)傳統(tǒng)供水中存在的不足和缺點(diǎn)，將PID控制技術(shù)應(yīng)用于小區(qū)供水系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。本文詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)中變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方法、系統(tǒng)的各種控制原理及工作過程。關(guān)鍵字:恒壓給水；變頻器；PID調(diào)節(jié)中圖分類號(hào)：TK284文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1.1變頻器的控制方式變頻器的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，在變頻器的發(fā)展過程中也曾經(jīng)出現(xiàn)過多種類型的變頻器，但目前成為市場主流的變頻器基本上有著圖2-1所示的基本結(jié)構(gòu)。圖2-1變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻調(diào)速的控制方式經(jīng)歷了V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制的發(fā)展，前者屬于開環(huán)控制，后兩者屬于閉環(huán)控制，正在發(fā)展的是直接轉(zhuǎn)

2、矩控制。1、V/F控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子電源頻率和極對(duì)數(shù)有關(guān)，改變f就可以平滑的調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，但是頻率f的上升或者下降可能會(huì)引起磁路飽和轉(zhuǎn)矩不足的現(xiàn)象，所以在改變f的同時(shí)，還需要調(diào)節(jié)定子的電壓，使氣隙磁通保持不變，電動(dòng)機(jī)的效率不下降，這就是V/F控制。V/F控制簡單，通用性優(yōu)良。72、轉(zhuǎn)差頻率控制由電機(jī)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)可知，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩M與氣隙磁通Φ、轉(zhuǎn)差頻率f2的關(guān)系為：(2-1)只要保持氣隙中磁通Φ一定，控制轉(zhuǎn)差頻率f2就可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制。3、矢量控制矢量控制是在交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的規(guī)律，將定子電流分解成相應(yīng)于直流電動(dòng)

3、機(jī)的電樞電流的量和勵(lì)磁電流的量，并分別進(jìn)行任意控制。1.2變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理一、水泵工況點(diǎn)的確定以及變化水泵工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。如果把某一水泵的性能曲線（即H-Q曲線）和管路性能曲線畫在同一坐標(biāo)系中（圖2-2），則這兩條曲線的交點(diǎn)A,就是水泵的工作點(diǎn)。工作點(diǎn)A是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定在A點(diǎn)。若把水泵的效率曲線-Q也畫在同一坐標(biāo)系中，在圖2-2中可以找出A點(diǎn)的揚(yáng)程HA、流量QA以及效率A。7圖2-2水泵工作點(diǎn)的確定圖2-3水泵工況點(diǎn)的變化從圖2-2

4、中可以看出，水泵在工作點(diǎn)A點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的水頭相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達(dá)到能量和流量的平衡，這個(gè)平衡點(diǎn)是有條件的，平衡也是相對(duì)的。一旦當(dāng)水泵或管路性能中的一個(gè)或同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，平衡就被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。在變頻調(diào)速恒壓供水過程中，水泵工況點(diǎn)的變化如圖2-3所示當(dāng)P1、P2高于P0時(shí)，說明管網(wǎng)系統(tǒng)用水量減少，管路阻力特性曲線A1、A2向A0方向變化，此時(shí)水泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，管網(wǎng)口壓力也由P2、P1逐漸下降，當(dāng)P低于P0時(shí)，其工況點(diǎn)變化與上述相反即由A1逐漸向A0移動(dòng)，使管網(wǎng)系統(tǒng)供水始終保持恒定。圖2-4水泵變速恒壓工況圖2-

5、5變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖根據(jù)2-4圖水泵變速恒壓工況分析：當(dāng)管網(wǎng)用水由Q2、Q1….向Q0移動(dòng)時(shí)，通過改變水泵轉(zhuǎn)速使P0保持恒定。二、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵工況調(diào)節(jié)過程交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f具有如下關(guān)系：（2-2）式2―2中：p―極對(duì)數(shù),s―轉(zhuǎn)差率7因此不改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，只改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以使水泵性能曲線改變，達(dá)到調(diào)節(jié)水泵工況目的。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，通過VVVF降低交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從n1降低到n2。另外根據(jù)葉片泵工作

6、原理和相似理論，改變轉(zhuǎn)速n,可使供水泵流量Q、揚(yáng)程H和軸功率N以相應(yīng)規(guī)律改變。（2-3）（2-4）（2-5）在變頻調(diào)速恒壓水位供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。三、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定考察水泵的效率曲線-Q,，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，

7、水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在40Hz以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在50%-100%范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。71.3系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)：由模糊控制器、變頻器、水泵電機(jī)、壓力傳感器、起動(dòng)器等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速，采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。單片機(jī)未接工控計(jì)算機(jī)，壓力傳感器采樣水壓力信號(hào)，變頻器輸出電機(jī)頻率信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)反饋給模糊控制器,模糊控制器根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)模糊運(yùn)算，發(fā)出指令，對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行工頻和變頻之間的切換。1.4系統(tǒng)工作過程根據(jù)小區(qū)用水的實(shí)際

8、情況，只需