自来水供水中水泵变频调速技术的应用分析
在负责供水的水厂中，水泵电动机耗电电费是最大生产成本。故此，自来水公司为提高经济效益和节能效益，必然会减少水泵电动机耗电量。经过统计证实，水泵电动机电费达到了95%的总电费量。实际生活中，许多水厂的水泵工作效率较低，多在60%以下，存在严重的能源浪费。而通过对水泵变频调速，能够让水泵更为高效的运行，节约电动机耗电量，提升水厂经济效益。
1.变频调速技术概述
1.1 工作原理
事实上，变频调速技术的原理是，工作电源的输入频率和电机转速的正比例关系。其公式为：n=60f（1―s）/p。该式中，n是转速、f是输入频率、s是电机转差率、p是电机磁极对数。将供给电动机的电源频率值进行改变，便可以对电动机转速进行改变。
1.2 应用原理
变频器把交流顺变直流，在平滑滤波之后再逆变回路，让直流变为不同频率交流电。这样，电机就获得了无极调速的频率、电压、电流。以流体力学基本定理得知，风机和泵类设备均是平方转矩负载，其转速和流量为正比，转速平方和压力为正比，转速立方和功率为正比。变频器往下调速，具有恒转矩特性。但因为通用三相的异步电动机结构，如果运行频率比50Hz还要低。便很难达到额定的输出转矩。但是风机泵负载低速运行的转矩也会降低，适合变频器驱动三相异步电动机低速运行时的输出转矩下降。
2.变频调速节能损耗作用
变频调速节能损耗作用和泵电机运行效率、机泵选型、管道设计相关。因为水泵、风机是平方转矩负载，转速和轴功率为立方关系，故此当水泵、风机转速下降，其消耗功率也会有很大幅度的下降。变频调速节能潜力较大。通过利用变频器带动电动机，能够实现无极调速和软启动，便于加减速控制，让电动机更具高性能。
恒速电动机以阀门去调节供水量，改变了管组特性，许多能量消耗在阀门上面。在变频调速时，阀门是完全打开的，管组特性没有发生改变。泵转速改变之后，也会同时改变泵性能曲线，转速会因为频率改变而发生改变。分析循环水泵的性能得知，水泵流量、扬程、轴功率和水泵叶轮转速有着比例关系。水泵转速和流量为正比，水泵转速平方和压力为正比，水泵转速立方和功率为正比。只要水泵流量减少了20%，电机转速会减少20%，水泵电耗会减少50%；水泵流量减少50%，电机转速减少50%，水泵电耗减少87.5%。只要系统要求的流量降低，通过降低转速，会降低水泵流量和轴功率。因为采取变速调节，调节阀门时的阀门压头损耗由此避免。水泵变频速度会一直在高效区。电动机变频调速时，因为电动机电压变化，电动机轻载也能处在高效区。
3.变频恒压供水
恒压供水调速实现了水泵电机的无极调速，观察供水管网压力变化，自动调节好水泵系统运行参数。当用水量出现变化，要保证恒定水压满足用水要求。
3.1 控制系统的工作原理
恒压供水核心是变频调速控制。水泵电机为输出环节，变频器控制转速情况，实现交流量的恒压控制。水泵速度由变频器的接收控制器信号控制。当控制器给出信号后，由PID进行调节，发送给变频器输出的运转频率指令。管网出水口的压力由压力传感器进行检测，并变为控制器接收模拟信号做好调节。
3.2 带PID回路调节器与PLC控制方式
PLC控制方式中，变频器是提供给电动机可变频率电源，无极调速电动机，让管网水压能够控制。传感器负责检测管网水压，而压力设定单元提供给系统用户需要水压期望值。等到压力反馈信号与压力设定信号输进编程控制器内，通过可编程控制器的PID控制程序计算，给变频器某个频率控制的信号。当然，还有一种是把压力反馈信号与设定信号输到PID回路调节器内，经过计算输给频率控制信号。
变频器频率控制信号是PID回路调节器和编程控制器提供的，可编程控制器要有模拟量的输入和输出接口。但是这种可编程控制器有着很高的价格，会增加供水设备成本。如果可编程控制器采取的是数字量输出和模拟量输入型，要在数字量输出部位接上PWM调制版，将信号变成模拟量。这样的做法并没有降低可编程控制器成本，反而增加了附加设备和连线。倘若采取带开关量可编程控制器或PID回路调节器，成本效益也与之相仿。
3.3 研究新型的变频调速设备
新型变频调速设备把简易的可编程控制器和PID调节器功能都归入变频器内，构成了多应用新型变频器。由于PID运算处于变频器中，省下了PID算法编程和可编程控制器的存储容量。更由于在线调试PID参数较为容易，提高了生产效率，降低了生产成本。在PID调节器内采取优化算法，让水压调节更为稳定和平滑。为了确保水压反馈信息准确，还可对信号设置一些滤波时间常数，通过换算反馈信号，方便系统的调试。
4.水泵变频调速技术的应用效果
应用水泵变频调速技术之后，水泵转速下降会降低水泵功耗，其节约用电效果较为显著。低负荷情况下，水泵转速会下降，降低对轴承发热和磨损的影响，会延长水泵使用寿命。变频调速技术使得水泵启动模式转变成变频软启动，减缓了电动机启动的高电流冲击。因为全开水泵出口阀，消除了阀门部位噪音，使得工作环境有所改善，避免调节阀故障过程中的影响，取得了良好社会效益。变频调速技术还能控制偏差范围。变频器能自动调节减速和加速，可减少偏差，提升系统工作效率。因为自动控制比人为控制的效率更高，也减少了人为控制的人工费用和工作失误。
结束语
水泵变频调速技术在自来水供水过程中发挥较大效用，能够节水节电、降低损耗、提高产量质量。实际应用中证实，自来水供水应用水泵变频调速，产生的社会效益和经济效益显而易见。但变频调速技术应用时还有一些弊端和不足。工作人员实际工作要不断积累经验，合理解决技术难点，确保变频调速技术的有效利用。我们还应扩大变频调速技术的推广范围，提升社会生活、生产效率。
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