變頻水泵的控制原理

【專家解說】：現(xiàn)代大廈都采用集中供冷（水），而分散的中央空調(diào)機(jī)組和眾多的風(fēng)機(jī)盤管，隨時(shí)都在調(diào)節(jié)過程中，冷凍水的使用量也在不斷變化。在供水管和回水管之間加裝一只壓差傳感器，將壓差數(shù)值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號，送到微處理器，該數(shù)據(jù)經(jīng)處理系統(tǒng)計(jì)算并與設(shè)定壓力值比較后，給出比例調(diào)節(jié)（PID）后的輸出頻率，以改變水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而來控制供回水管之間的壓差恒定，形成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)管道用水量加大時(shí)，管道內(nèi)的壓差下降，通過控制回路使變頻器輸出頻率上升，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，使管道內(nèi)的壓差回升至設(shè)定值；反之，頻率會降低，管道內(nèi)的壓差回落，從而使冷凍水循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速（即改變冷凍水流量）跟蹤冷凍水的需求量而變化，更好地解決壓差平衡，最終達(dá)到供回水壓差恒定的目的。冷凍水水多臺，示所2 圖成，如組水泵環(huán)循多臺由可系統(tǒng)循泵處于并聯(lián)工作，配置一臺智能控制器，實(shí)現(xiàn)一臺電動(dòng)機(jī)在變頻方式下工作，其余幾臺電動(dòng)機(jī)在工頻狀態(tài)下工作。 圖2 冷凍水循環(huán)水泵控制電路 在工頻多泵并聯(lián)+ 變頻恒壓供水系統(tǒng)中，當(dāng)冷凍水的用水流量小于一臺水泵在工頻恒壓條件下的流量時(shí)，則由一臺變頻水泵調(diào)速恒壓供水，當(dāng)冷凍水用水流量增大時(shí)，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升；當(dāng)變頻泵的工作頻率上升至50Hz 仍達(dá)不到設(shè)定壓差時(shí)，變頻供水控制器將自動(dòng)啟動(dòng)一臺工頻水泵投入工作，這時(shí)變頻水泵和工頻水泵并聯(lián)工作，工頻水泵提供恒定的流量(工頻轉(zhuǎn)速恒壓下的流量)，變頻水泵轉(zhuǎn)速將隨著用水流量的大小而變化，從而調(diào)節(jié)供水量;如果用水量繼續(xù)增加，則其余各并聯(lián)工頻水泵將按相同的原理相繼投入運(yùn)行。當(dāng)冷凍水用水流量下降時(shí)，管道壓差提高，變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)頻率降低到一定值（如10Hz）時(shí)并經(jīng)一定延時(shí)后，變頻供水控制器發(fā)出一個(gè)指令，自動(dòng)關(guān)閉一臺工頻水泵供水；如果用水流量繼續(xù)下降，變頻調(diào)速泵的頻率再一次低到10 Hz ，則再切出一臺運(yùn)行在工頻的循環(huán)泵；其余各并聯(lián)工頻水泵將按相同的原理相繼退出運(yùn)行。當(dāng)用水流量接近于零，變頻水泵處于自動(dòng)停止?fàn)顟B(tài) ，從而可以做到不用水時(shí)沒有能量損耗，具有最佳的節(jié)能效果。為了減少工頻泵自動(dòng)投入或退出時(shí)的沖擊(水力或電流沖擊)，所有水泵都具有軟啟動(dòng)功能，變頻控制器能夠自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，下降。在投入時(shí)，變頻水泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降，然后慢慢上升以滿足恒壓供水的要求。在退出時(shí)，變頻泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)自動(dòng)上升，然后慢慢下降以滿足恒壓供水的要求。 2.2 在補(bǔ)水定壓裝置中的應(yīng)用 變頻調(diào)速控制的補(bǔ)水系統(tǒng)如圖3 所示，該系統(tǒng)由回水壓力傳感器、變頻器、補(bǔ)水泵和裝在循環(huán)泵房內(nèi)的軟水箱等組成，這些設(shè)備組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)的壓力值設(shè)定后，如果系統(tǒng)有瞬時(shí)水量損失時(shí)，壓力傳感器的壓力值將下降，導(dǎo)致變頻器的輸出頻率增高，使補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速增大，從而使循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水點(diǎn)壓力恒定在系統(tǒng)要求的靜水壓力值上。該系統(tǒng)具有水泵運(yùn)轉(zhuǎn)低速平穩(wěn)，使用可靠，壽命長的特點(diǎn)。 圖3 補(bǔ)水定壓裝置原理框圖 2.3 在樓宇自動(dòng)化恒壓供水中的應(yīng)用 恒壓供水是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式，以保障住宅建筑的自動(dòng)恒壓供水。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4 所示，由電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC) 構(gòu)成控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實(shí)時(shí)地將壓力、流量轉(zhuǎn)換為電信號，輸入至可編程控制器的輸入模塊，信號經(jīng)CPU 運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號進(jìn)行比較運(yùn)算，得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，由系統(tǒng)輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設(shè)定值，對恒壓供水進(jìn)行優(yōu)化控制，自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺數(shù)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。 圖4 樓宇自動(dòng)化恒壓供水原理框圖 2.4 在樓宇消防給水設(shè)備中的應(yīng)用 樓宇消防給水系統(tǒng)如圖5 所示, 消防水管路系統(tǒng)中的水壓應(yīng)始終保持在一定的壓力值，圖5 中的1 號泵和2 號泵為變頻穩(wěn)壓泵，3 號泵和4 號泵為大功率消防泵。平時(shí)壓力傳感器對管路上水壓進(jìn)行檢測，檢測的信號送至控制器，再由變頻器控制1、2 號泵交替工作。水泵的轉(zhuǎn)速始終跟蹤設(shè)定的消防壓力值，從而保證平時(shí)穩(wěn)定的消防壓力值。當(dāng)出現(xiàn)火警打開消防栓時(shí)，通過控制器啟動(dòng)3 號或4 號消防泵（3 號、4 號互為備用）開始工作，提供較大的消防用水。 圖5 樓宇消防給水系統(tǒng)原理框圖 2.5 在排風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用 地下停車場（庫）的換氣控制系統(tǒng)如圖6 所示， ，排風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量要求是根據(jù)換氣次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出來的，它必須滿足“最大需求量”原則。但事實(shí)上一個(gè)環(huán)境的排風(fēng)量并不是一個(gè)定數(shù)。地下停車場（庫），在不同時(shí)段的停車量是變化的，即廢氣的排放量時(shí)刻在變化。該系統(tǒng)采用CO2 傳感器檢測車庫空氣質(zhì)量，并由控制系統(tǒng)控制變頻器輸出，以改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變排風(fēng)量的大小，風(fēng)機(jī)無須始終運(yùn)行在高速排風(fēng)狀態(tài)，這樣既節(jié)省能源也減少了噪音污染。 圖6 排風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖