變頻器在恒壓供水控制系統中的應用

1 引 言
在送水工程中，為了維持恒壓供水而又節能，除了不用大桶槽或虛耗能源的節流閥而能維持恒壓，還必須防止泵浦急速開停循環而導致壓力涌浪。采用變頻器是個好的解決方法，但在控制上需要技巧。一般變頻器由外部PLC或PID控制器接受運轉指令，整合調整有一定難度并且比較耗時。臺達 VFD-F水泵專用變頻器使用內建泵浦控制邏輯，大幅簡化了送水系統的變速控制。
2 變頻調速特性
按照電機理論，電機轉速公式為：
式中：P為電動機的極對數，S為轉差率，f為供電電源頻率，n為電動機的實際轉速。從公式可以看出，電機轉速與頻率近似成正比，改變頻率即可平滑地調節電機轉速，從而可以連續方便地改變風機的風量。風機是泵類負載，屬平方轉矩負載，其轉速n、流量Q、壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n, H∝n2, P∝n3，即流量與轉速成正比，壓力與轉速平方成正比，軸功率與轉速立方成正比。由上述分析可知，通過改變電動機轉速就可方便地改變風機的風量，保證空氣燃料比的優化；通過改變電動機轉速，可以有效保證系統期望的工況，降低系統的電動損耗。在監控系統中使用變頻調速技術（變頻器）有以下優點：
（1）可方便地實現電機軟起動、自由停車。電機均通過變頻器或軟起動從0—50HZ作緩慢加速起動，減少了機泵因突然高速起動所帶來的影響，減少了直接起動時起動電流對電網的沖擊；
（2）可提高功率因數，改善電動機電源質量，保證電動機的功率與實際負荷相匹配，達到系統節能運行的目的；
（3）可消除機泵的喘振現象，使機泵運行處于最佳工況狀態；
（4）可方便地實現自動控制，使被調節量得到更平穩的調節，增強了系統的穩定性和可靠性。
使用變頻調速技術不僅調節方便，而且節能效果也是很明顯的，設電動機額定功率為PN，額定轉速為nN, 轉速為n時實際輸出功率為P，則節能（用功率表示）△P可以表示為：
如取
，則△P=0.67PN , 即節能效果在理想情況下可達到67%，可見只要采用變頻調速技術，用變頻調速其節能效果是很顯著的。
3 基于變頻調速的恒壓供水控制系統
基于變頻調速的恒壓供水控制系統如圖1所示。在圖1控制系統中，壓力及流量是泵浦控制的兩個重要參數。VFD-F可借助壓力或流量傳感器回傳的電壓或電流信號持續跟蹤壓力及流量，泵浦按預先設定的運轉方式工作或停止,可大幅度節電并延長馬達及泵浦的使用壽命。控制多臺泵浦
為了提高流量，可使用一臺以上泵浦組成控制系統，VFD-F可使用內建Relay(或選購Relay卡)控制額外泵浦在需要時的起動或停止，以維持恒壓。VFD-F變頻器參數的特別設置，可防止擾人的開開停停，提供泵浦之間平順的轉移及維持壓力在容許的誤差范圍。VFD-F可控制任何以馬達驅動的泵浦，內建最小速度設定點可符合深井泵馬達制造廠家的最低速度要求。由于VFD-F變頻器可使用V/F曲線，設定提供低速能達到100%的額定轉矩，提供正排量泵浦低轉速時所需的轉矩，使用者不必加大變頻器與馬達容量，使用Line-shaft透平泵浦時可消除危險轉速。