臺達變頻器多泵恒壓供水應用及電機切換問題

中達電通股份有限公司 北京分公司AMD產品處 劉 一

摘要：臺達F系列變頻器 PID控制在供水行業里的應用

關鍵字：PID 差頻同相

在變頻技術應用還未廣泛的時期,區域供水系統都是經由市政管網經過二次加壓和高位水塔儲水池來滿足用戶對供水壓力的要求。日常供水控制通常采用水泵恒速運行加上調整出口閥開度的方式調節供水的水量水壓。而由水泵的揚程特性圖及管阻特性圖可知這種靠調節輸出閥門來進行恒壓供水的方式使得大量能量消耗在出口閥門而造成浪費,而且存在水池的二次污染問題。

變頻技術通過調速節約了在改變閥門開度上造成的能量浪費,并且由于取消水塔而從原理上解決二次污染問題。閥門控制法的本質是水泵本身的供水能力不變,通過改變水路中的管阻大小來改變流量,以適應用戶對流量的需求。而轉速特性是在閥門開度不變的情況下,通過調節轉速來達到用戶要求的水量。我們知道流量與揚程的乘積近似為供水功率,如圖1水泵的揚程特性及管阻特性圖所示,假定現在用戶用水量穩定在E點,我們可以看到在閥門開度不變的情況下單純調節轉速所需要的供水功率(面積OECD)小于轉速不變而單純調節閥門所需的供水功率(面積ABOE),所以說變頻技術節約了能量,并且解決了二次污染問題。(如圖1所示,面積ABCD即為節約的能量)。

圖1 水泵揚程及管阻特性

現有的變頻水泵恒壓供水方式基于PID控制原理,簡單概括就是:維持管路供水壓力的恒定。當用戶用水量加大時,管路壓力減小,變頻器轉速要提高以增加流量補充壓力。反之,用戶用水量減小時,管路壓力增大,變頻器轉速要降低,使流量適當降低以使壓力恒定。

多泵供水是最常見的變頻供水方案。多泵建筑供水系統普遍采用變頻器循環控制方式。多泵控制思路是一拖多工變頻結合復合式變流量變頻供水。在小流量用水時工況，變頻器帶一臺水泵運行,隨用水量的變化,調整水泵的轉速,實現恒壓供水；當用水量增大,變頻器達到50HZ時,變頻器發出指令,使該變頻泵切換到工頻,同時使變頻器帶動下一臺水泵變頻軟啟動運行。隨用水流量增大,以后各臺水泵的軟啟動依次類推。當用水量減小時,先停轉為工頻運行的那臺水泵。系統主電路如圖1所示。有一點需要說明,由于水泵在工頻運行時,變頻器不可能對電機進行過載保護,所以必須接入熱繼電器FR,用于工頻運行時的過載保護。

圖1 一拖多變流量變頻供水主電路

我們以臺達變頻器VFD-F系列為例,其輸入,輸出端子外部接線見圖2,RA1至RA8為多功能繼電器輸出端子,其中RA3至RA8為選件RY00所提供。為便于理解，把圖1控制電路圖進行簡化,簡化后的圖省略了斷路器,熱繼電器。在這之前我們要先注意到由于在變頻器的輸出端是不允許與電源相連接的,因此接觸器KM1和KM2絕對不允許同時接通,相互之間必須有非常可靠的機械互鎖。經驗表明,KM1和KM2采用有機械互鎖的接觸器是工程推薦的機電復合可靠性設計。同時,電機側由KM1切離到KM2閉合之間的延遲時間也是必須的,這可通過調節F系列變頻器11-04的時間參數來實現。

圖2 VFD-F變頻器外部接線

現在根據圖2所示簡略描述工變頻切換過程。假定現在用戶用水流量加大,管道中的壓力減小,1號變頻泵達到11-06所設定的50HZ后仍未滿足壓力要求,此時需要加泵以補充管網壓力,KM1要等到11-05參數所設定的延遲時間后當面板顯示Pu-cH幾個字母后(變頻器完全停止輸出以后)斷開,然后KM2要經過11-04所設置的延遲時間后閉合,同時KM3閉合。

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