隨著人們生活質(zhì)量的提高，在生活用水方面的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。同時(shí)，由于工廠工藝的要求，對(duì)供水質(zhì)量也得出了更高的要求。變頻恒壓供水以其環(huán)保、節(jié)能和供水質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)在供水行業(yè)中越來(lái)越得到認(rèn)同。在城市小區(qū)化的發(fā)展中，采用以小區(qū)或社區(qū)為統(tǒng)一整體的供水方案，會(huì)使設(shè)備的利用率及節(jié)能比例大大提高，并減少初始投資和占地面積。
一、工作原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)采用設(shè)定壓力（可外部設(shè)定，也可內(nèi)部設(shè)定）和實(shí)際反饋壓力（壓力傳感器反饋為4~20ma或0-10v或遠(yuǎn)傳壓力表反饋）相比較反饋信號(hào)送入恒壓供水控制器，經(jīng)與壓力設(shè)定值比較、pid運(yùn)算，送出一個(gè)水量增加或減少信號(hào)，控制變頻器升降頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。如在一定延時(shí)時(shí)間內(nèi)，壓力還是不足或過(guò)大，則通過(guò)恒壓供水控制器作工頻/變頻切換，使實(shí)際管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力相一致。另外，隨著用水量的減少，管網(wǎng)壓力增加，大于設(shè)定壓力時(shí)變頻器自動(dòng)減少輸出頻率，達(dá)到了節(jié)能的目的。
二、變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)供水的優(yōu)點(diǎn)
1. 變頻恒壓供水能自動(dòng)維持恒定壓力，并根據(jù)反饋的壓力信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)或停止水泵，無(wú)級(jí)調(diào)整壓力，供水質(zhì)量好，與傳統(tǒng)供水比較，不會(huì)造成管網(wǎng)破裂及水籠頭開(kāi)啟時(shí)的共振現(xiàn)象。
2. 避免了泵的頻繁啟動(dòng)及停止，而且電機(jī)的啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，減少了電機(jī)水泵的啟動(dòng)沖擊，增加了電機(jī)水泵的使用壽命，也避免了傳統(tǒng)供水中的水錘現(xiàn)象。
3. 傳統(tǒng)供水中設(shè)計(jì)有水箱，不但浪費(fèi)了資金，占用了較大的空間，而且水壓不穩(wěn)定，水質(zhì)有污染，不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，而采用變頻恒壓供水，此類(lèi)問(wèn)題也就迎刃而解了。
4. 采用變頻恒壓供水，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶實(shí)際用量自動(dòng)檢測(cè)管網(wǎng)的壓力，控制水泵的轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能效果。避免了水塔供水無(wú)人值班時(shí)，總要開(kāi)啟一個(gè)泵運(yùn)行的現(xiàn)象，節(jié)省了人力及物力。
5. 變頻恒壓供水可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多泵循環(huán)運(yùn)運(yùn)行功能，使各泵的使用時(shí)間相近，磨損相同，減少了由于主泵長(zhǎng)期運(yùn)行而磨損嚴(yán)重、備泵長(zhǎng)期停機(jī)而銹蝕的問(wèn)題，延長(zhǎng)了電機(jī)水泵的使用壽命。
6. 變頻恒壓供水系統(tǒng)保護(hù)功能齊全，運(yùn)行可靠，具有欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱、缺相、短路保護(hù)等功能。
三、適用范圍
采用變頻恒壓供水，具有高效節(jié)能，壓力穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)單，安裝方便，占地少，噪音低，無(wú)污染，投資低，效益高等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于：
1. 賓館、寫(xiě)字樓、公寓、居民小區(qū)等場(chǎng)所的生活給水和熱水采暖系統(tǒng)；
2. 高層建筑、大型民用建筑的消防給水系統(tǒng)；
3. 工礦生產(chǎn)企業(yè)；
4. 各類(lèi)自來(lái)水廠；
四、節(jié)能原理
由水泵的工作原理可知：水泵的流量與水泵（電機(jī)）轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚(yáng)程與水泵（電機(jī)）轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率等于流量與揚(yáng)程的乘積，故水泵的軸功率與水泵（電機(jī)）轉(zhuǎn)速的立方成正比。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=60f(1-s)/p；(n:電機(jī)轉(zhuǎn)速，f：電源頻率，s：轉(zhuǎn)差率，p:電機(jī)極對(duì)數(shù)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比)即水泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速（電機(jī)轉(zhuǎn)速即電機(jī)電源頻率）的三次方成正比。根據(jù)上述原理可知改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。
基本公式：流量q∝n ，壓力（揚(yáng)程）h∝n2，功率p=q*h∝n3.
例如：將供電頻率50hz降為45hz，則p45/p50=（45/50）3= 0.729，即p45=0.729 *p50；將供電頻率由50hz降為40hz，則p40/p50=（40/50）3= 0.512，即p40=0.512* p50。傳統(tǒng)供水的水泵一般是按供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)的最大工況需求來(lái)考慮的，而用水系統(tǒng)在實(shí)際使用中有很多時(shí)間不一定能達(dá)到用水的最大量，一般用閥門(mén)調(diào)節(jié)增大系統(tǒng)的阻力來(lái)節(jié)流，造成電機(jī)用電損失，而采用變頻器可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)用水供應(yīng)，并可通過(guò)降低轉(zhuǎn)速節(jié)能收回投資。從下圖我們可以形象的看到以變頻器控制、輸入閥門(mén)控制和輸出閥門(mén)控制三種流量控制方式的比較。
100kw電機(jī)三種流量控制方法的耗電實(shí)測(cè)比較表：
從上表可以看出在流量較低的時(shí)候，采用變頻器控制方式節(jié)能效果非常明顯，且實(shí)際應(yīng)用中實(shí)際流量也很少達(dá)到設(shè)計(jì)的最大流量。很多電機(jī)拖動(dòng)設(shè)備都存在全余量較大、工作效率低、電能耗量大、啟動(dòng)電流大、工作噪聲大等難題。且不斷的影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而投資變頻器可以從根本上解決這些問(wèn)題，且能較快的收回投資，一般回收期不超過(guò)12個(gè)月。
五、aci變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用
變頻恒壓供水系統(tǒng)是解決現(xiàn)有供水問(wèn)題的完美方案，具有節(jié)能、高效、可靠、高度自動(dòng)化和高度智能化的特點(diǎn)。
以東莞某洗凈供水采用一拖四的供水方案為例：
系統(tǒng)主要配置如下表：
名稱
規(guī)格
數(shù)量
單位
備注
智能恒壓控制器
zfdq-hykz-v01
1
臺(tái)
aci變頻器
7.5kw
1
臺(tái)
水泵
7.5kw
4
臺(tái)
壓力傳感器
0-10ba，4-20ma
1
只
系統(tǒng)主回路電路
其系統(tǒng)主要由恒壓控制器、變頻器、四臺(tái)水泵、壓力傳感器構(gòu)成；變頻器是整個(gè)變頻恒壓供水系統(tǒng)的核心部分。水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。變頻器接受恒壓控制器的信號(hào)對(duì)水泵進(jìn)行速度控制，壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，把信號(hào)傳給恒壓控制器，再通過(guò)pid運(yùn)算調(diào)節(jié)變頻器的頻率來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后第一臺(tái)水泵以變頻從0hz開(kāi)始運(yùn)行，到50hz后若壓力仍小于設(shè)定壓力則切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻啟動(dòng)下一臺(tái)水泵從0hz開(kāi)始運(yùn)行；若運(yùn)行到50hz后還未達(dá)到設(shè)定壓力值則又切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)下一臺(tái)水泵；如壓力超過(guò)設(shè)定值則系統(tǒng)則會(huì)降頻或減泵，以此到達(dá)壓力恒定在設(shè)定值。無(wú)用水時(shí)壓力達(dá)到設(shè)定值后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，當(dāng)有人用水時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)蘇醒。
由于aci變頻器本身具有pid調(diào)節(jié)功能，在一拖一的情況下也可以不選用外置恒壓控制器，調(diào)節(jié)更加平穩(wěn)。
系統(tǒng)在增泵和減泵時(shí)會(huì)依據(jù)“先起先?！痹瓌t來(lái)交替切換水泵，從而到達(dá)每臺(tái)水泵輪流運(yùn)行避免一臺(tái)水泵長(zhǎng)期運(yùn)行磨損嚴(yán)重，其它水泵則閑置生銹。延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。
系統(tǒng)還具備故障自診斷功能，水泵發(fā)生過(guò)載、缺相、傳感器斷線、傳感器短路、高水壓、低水位、變頻器故障等都會(huì)有報(bào)警，通知人員處理，部分故障如高水壓、低水位系統(tǒng)能自動(dòng)處理和恢復(fù)運(yùn)行，無(wú)需人員處理，高度智能自動(dòng)化。
變頻恒壓供水相比傳統(tǒng)供水方式更低的成本更高的供水質(zhì)量，逐漸得到了行業(yè)的認(rèn)可，是未來(lái)的發(fā)展方向。我司的恒壓供水系統(tǒng)已廣泛用于各工礦企業(yè)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，推動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展。
七、恒壓供水的變頻應(yīng)用方式
通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全開(kāi)，供水量小時(shí)開(kāi)一臺(tái)或兩臺(tái)。在采用變頻跳速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺(tái)變頻器；其二是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過(guò)pid運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡(jiǎn)單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來(lái)的發(fā)展方向，我公司開(kāi)發(fā)ggk-a系列恒壓供水控制器就可實(shí)現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達(dá)的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖多馬達(dá)的系統(tǒng)。
根據(jù)反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點(diǎn)是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和pid相結(jié)合的方法，在壓力波動(dòng)較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時(shí)采用pid來(lái)保持靜態(tài)精度。這通過(guò)plc加智能儀表可時(shí)現(xiàn)該算法，同時(shí)對(duì)plc的編程來(lái)時(shí)現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實(shí)踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價(jià)也不高。
要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不易直接采用pid調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而采用plc參與控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。
用變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點(diǎn)是：
1、 起動(dòng)平衡，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；
2、 由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等的使用壽命；
3、 可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)；
一般地說(shuō)，當(dāng)由一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量與實(shí)際電動(dòng)機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)等于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量之和。但如在高峰負(fù)載時(shí)的用水量比兩臺(tái)水泵全速供水量相差很多時(shí)，可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的容量。
雖然水泵在低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。因此，電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)是必需的。對(duì)于這種由于頻繁地升、降速而積累起來(lái)的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以應(yīng)采用熱繼電器來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)。