變頻器在雙泵并網恒壓供水系統中的應用

由壓力變送器MBS3000(0~6 bar)來執行供水壓力的壓力檢測功能，將信號變換后產生的4~20 mA 電流信號反饋回變頻器，此信號與變頻器給定信號進行比較，得出差分信號，經變頻器內部PID運算，輸出相應的控制信號，控制變頻器的輸出從而調節泵的轉速，當出口供水壓力高于設定值時(即當用水量減少時)，變頻器輸出頻率會自動降低，反之會自動升高，使泵出口壓力始終恒定在設定值上，以保證用水間的用水壓力穩定。

本系統中共有兩臺電機并網供水，此次改造中給兩臺電機各配備一臺變頻器，正常時為一用一備，用水量大時兩臺全部投入運行。壓力變送器安裝在總出水口處，兩臺變頻器切換使用一個壓力反饋信號。在自動運轉方式下，首先一臺泵投入運行，隨供水壓力變化自動調節電機頻率，保持供水壓力恒定，當用水量增大而泵運轉頻率長時間超出設定最高頻率后，第二臺泵自動啟動，以恒轉速(50 Hz)運轉;隨著用水量的減少，在第一臺泵運行頻率低于設定最低頻率后，第二臺泵退出運轉，如此根據供水量，兩臺泵循環運行。

2.1 變頻器控制方式

Danfoss 變頻器不但具有通用型變頻器的常用基本功能，還具有很多可編程的內部功能，靈活運用很容易實現許多控制功能，此次改造中就是充分利用了這一點，只須通過變頻器的內部功能就實現了手動、自動功能的轉換，電機的相互切換等功能。本方案根據性價比采用Danfoss8000 系列，主要功能接線圖如圖4所示。

2.1.1 閉環控制與開環控制自動轉換功能

Danfoss變頻器共具有4個參數設置區，該4個設置區可以獨立編程，然后可通過數字量輸入端子或者串行通訊方式在各個設置區之間進行轉換。

利用菜單轉換功能給每臺變頻器設置兩個菜單，菜單1 為有壓力反饋信號的閉環運轉方式，菜單2為恒速的開環控制。在自動運轉方式中根據開機順序選擇，首先運行的變頻器的端子32的信號為0，此方式設置為菜單1功能，同時接通端子60(反饋信號輸入);而另外一臺變頻器則通過外部繼電器控制接通端子32(參數為LSB)，同時斷開端子60，此方式設置為菜單2功能。這樣在正常運行時就可保證兩臺泵為一備一用，使用一個壓力變送器信號即可。外電路中設計了1# -2#或2# -1#順序開機選擇功能，如選擇1#-2#則表示1#泵首先投入運行為主泵，2#泵為輔泵;同理2#-1#選擇方式下，2#為主泵，1#為輔泵，這樣既保證了恒壓供水要求，又避免了長期只開其中一臺泵的現象，使各泵磨損均勻且不銹死，延長了水泵的使用壽命。

2.1.2 輔泵自動投入和退出控制

VLT8032 有兩組繼電器，通過內部編程兩組繼電器共有31個功能可利用，本系統中就是利用了這個功能實現了輔泵自動啟停的控制，非常簡單。在菜單1 中設置繼電器1 和2為頻率檢測功能，根據主泵輸出頻率的變化，在用水量大時自動控制第2臺變頻器啟動，由于第2臺為恒壓開環控制，一直以高頻運轉，此時第1臺變頻器輸出頻率會自動隨水壓調整;當用水量低時第1臺變頻器運轉頻率下降，當低于設定頻率時，第2臺變頻器自動退出運行。因此兩臺水泵可實現平穩，無波動切換。

2.1.3 壓力給定

通過端子50、53、55外接安裝在操作面板上的1kΩ電位器，作為自動運行時的實際壓力。

在自動運行方式中給定值的設定是0~10 V對應于最小及最大反饋值，在手動運行方式中是作為外部給定參考值，0~10 V對應最小及最大外部給定參考值。無論是自動或是手動方式，操作人員都可根據生產要求對電機頻率進行調整。

2.1.4 其他功能

VLT8000 系列還具有一些水泵控制專用的功能，例如睡眠頻率、喚醒頻率、壓力補償等，合理地利

用這些功能會使整個系統運作的更加合理穩定。

2.2 注意事項

異步電動機在全壓起動時，從靜止狀態加速到額定轉速，所用的時間≤0.5 s。這意味著在不足0.5 s的時間里，水的流量從零猛增到額定流量。由于流體具有一定的動量和一定程度的可壓縮性，因此，在極短的時間內，流量的巨大變化將對管道產生過高或過低的壓力沖擊。壓力沖擊將使管壁受力而產生噪聲，這種現象稱為水錘效應。水錘效應具有極大的破壞性，應用變頻調速后，應合理地設置變頻器的加、減速時間來延長起動和停止過程從而徹底消除水錘效應。

泵在變頻調速運行過程中，往往也會出現水錘現象，當頻率低于10 Hz 時，泵的出口壓力往往會低于止回閥的阻力，這樣就會出現水錘現象，所以變頻器的參數設定范圍一般應設置為低限不低于25 Hz。

3 系統運行效果

變頻器自身保護功能完善，具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護，瞬時停電保護，過載、失速保護等功能，大大加強了對電機的保護。同時變頻器的無級調速運行，實現了電機軟啟動、軟停運，避免了電機開停時的大電流對電網的沖擊，消除了水泵的水錘效應，使系統供水壓力穩定而流量在大范圍內可連續變化。

在節能方面效果也是非常顯著的，使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%，節能如按40%計算，則一臺22 kW 電機每月節電約為22(kW)×40%×24(h)×30(d)×0.8(元/kW·h)=5 068元，年節約為60 816元。

采用了變頻調速后由于水泵平均轉速下降，工作過程中平均轉矩減小，使軸承的磨損和葉片所受的應力都大為減小，延長了水泵的使用壽命。設備運行時水泵的出口閥門是完全打開的，消除了閥門因節流而產生的噪聲，改善了操作人員的工作環境和勞動強度。