摘要：本文主要论述了变频器应用于恒压供水的场合的优点，及其系统的架构。
关键词：变频器 水泵 恒压供水系统
Abstract：This paper describes excellence of the Inverter services in constant pressure water supply system, and frequency constant pressure water supply system..
Keywords: Inverter Pump Constant pressure water supply system.
离心式风力及水利机械，若负载上无固定阻力存在时，众所周知，其速度、转矩特性属于二次方递减转矩特性，所需要的轴功率如下所述是与其速度的三次方成正比。
q∝n h∝n2 p∝n3
q:流量 h:总扬程 p:轴功率 n:转速
所以对水泵实施变频调速后节能效果会十分可观，变频调速恒压供水系统(包括楼层恒压供水和自来水厂的恒压供水)已经为广大用户所接受，应用的非常普遍。对供水系统进行控制，归根结底是为了满足用户对流量的需求，所以流量是供水系统的的控制对象。但流量控制比较复杂，因此考虑到在动态情况下管道中水压P的大小与供水能力（用QG表示）和用水量（Qu）之间的平衡情况有如下关系：
供水能力QG＞用水量Qu 时，则压力上升（P↑）
供水能力QG＜用水量Qu 时，则压力下降（P↓）
供水能力QG =用水量Qu 时，则压力下降（P=常数）
图1.恒压供水系统框图
因此保持供水系统中某处的压力恒定也就保持了该处的供水能力和用水量的平衡，满足了客户对用水流量的需求，这就是恒压供水的目的。
1. 恒压供水的系统框图
现在以东元7300PA系列风机、水泵类负载专用变频器为例说明恒压供水系统框图(如图1所示)
图中SP为压力传感器用来检测主管中的水压，将检测到的压力值转换成为0~10V或4~20mA的标准电信号送给变频器的VIN端子，作为PID控制的反馈信号。主管中水压的给定量，是通过电位器给变频器的AUX端子输入0~10V电压的模拟量信号来给定的(也可以通过频率指令参数An-01来给定)。图中的1为压力储水罐，起缓冲水压的作用这样可以提高系统的稳定性。
2. 变频调速供水系统的优点
供水系统采用变频调速后，主要有以下三个方面的优点：
2.1 具有非常可观的节能效果。供水系统如果不采用变频控制时，水泵只能在工频电源的驱动下连续运转。当用水量下降管中压力上升时只能通过泄压阀将多余的压力放掉，这样造成了很大的能源浪费。采用变频控制后，可以通过调节水泵的转速来控制管中压力，这样就达到了节能的目的。
2.2 彻底消除水锤效应。异步电动机在全压起动时，从静止状态加速到额定转速，所用的时间≦0.5S。这意味着在不足0.5S的时间里，水的流量从零猛增到额定流量。由于流体具有一定的动量和一定程度的可压缩性，因此，在极短的时间内，流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，由如用锤子敲管子一样，这样的现象称为水锤效应。
水锤效应具有极大的破坏性：压力过高，将引起管子破裂；压力过低又会导致管子瘪塌。此外，水锤效应也可能损坏阀门和固定件。在直接停机时，供水系统的水头将克服电动机的惯性而使系统急剧停止。这也同样会引起压力冲击和水锤效应。
采用了变频调速后，可以通过对加减速时间的控制来延长起动和停止过程从而彻底消除了水锤效应。
2.3 延长水泵的寿命。水锤效应的消除无疑可以大大延长了水泵和管道系统 的寿命。采用了变频调速后由于水泵平均转速下降、工作过程中平均转矩减小的原因，使轴承的磨损和叶片所受的应力都大为减小，故水泵的寿命将大大延长。此外，由于很多公司的风机、水泵专用变频器都推出了PID控制下的睡眠(SLEEP)和唤醒(WAKE-UP)功能，该功能大大减小了水泵在低频时的运转时间，从而也提高了水泵的寿命。
3. 变频器的选择与功能设置
选择变频器时要注意与水泵容量的配合，即变频器的容量要大于或者等于水泵的容量。要选择风机水泵专用的变频器。变频器功能的设置如下：
3.1频率上限
水泵的机械特性是二次方率递减的机械特性，所以上限频率fH不能超过额定频率fN
fH≤fN
3.2下限频率
在决定下限频率时，有两种情况应予以考虑：
一是水泵的扬程必须满足供水所需的基本扬程；
二是供水系统常常是多台水泵共同供水，如果其它水泵在高速下运行，一台水泵转速过低实际上将无法供水。故下限频率一般设置为：
30HZ≤fL≤35HZ
3.3加、减速时间
水泵由于水管中有一定的压力的缘故，在一次转速上升和下降的过程中，惯性的作用极微。但过快的升、降速，会在管道中引起水锤效应。所以，应将加减速时间适当的拉长一些。
3.4睡眠（SLEEP）、唤醒(WAKE UP)功能
以东元7300PA系列变频器为例介绍该功能(如图2所示)：
使用睡眠（PID SLEEP）功能时，首先要设定PID SLEEP功能的开始频率（Bn-18），当变频器输出频率≦参数Bn-18设定值时，PID SLEEP及PID WAKE-UP功能动作延迟时间（Bn-19）开始计时，此时变频器输出频率（fout）仍跟随频率指令（fCMD）变化。经过（Bn-19）所设定的时间后变频器开始减速停止。当变频器停在SLEEP模式时，PID控制机能仍一直在动作中，只要频率指令（fCMD）≧Bn-20 (PID WAKE-UP功能动作频率)时，开始计时，计时时间（Bn-19）一到，变频器开始依加速时间加速。在PID SLEEP／WAKE-UP动作延迟时间计
图2 PID Sleep／Wake-up动作示意图
时中，若变频器输出频率（fout）又大于Bn-18或频率指令（fCMD）小于Bn-20设定值时，此延迟时间会被Reset，重新再计时。
＊ 1. 当PID控制无效时，PID sleep及Wake-up功能也跟着无效。
＊ 2. 当sleep延迟时间到时，变频器会依参数Sn-04所设定的停止方式停止。
但是其它厂家产品的睡眠功能设定会有所不同，例如森兰的SB12系列变频器的睡眠及唤醒功能的动作准为是与反馈值作比较的，因此睡眠值设定的要高于唤醒值。在使用时要参考不同厂家的使用说明书来设定。
4. 1拖4（或更多）的恒压供水系统
图3变频水泵固定模式
所谓1拖4（或更多）的恒压供水系统是指由一台变频器带动4台水泵运转的供水系统，这种系统目前应用的非常广泛。1拖4并不是一台变频器同时带动多台水泵运转，而是一台变频器分时控制其中的一台水泵，其余水泵是由工频电源直接拖动的。这样做的目的是减少设备费用。但是就总体节能效果来说，与多台变频器驱动多台水泵的系统相比，节能效果是大为逊色的。下面就以东元7300PA系列风机、水泵专用变频器为例来说明1拖4(或更多)恒压供水系统的架构以及工作方式。
东元的7300PA系列风机水泵类负载专用变频器(加PA-PID卡)可提供两种基本运行模式：变频水泵固定模式与变频水泵循环模式。
4.1变频水泵固定模式：即以变频器只固定驱动1台水泵,其余水泵都是由工频电源直接驱动的运行模式，最多可以控制8台水泵。如图3所示。由图3可以看出只有第一台水泵(M1)是由变频器驱动的，其余7台水泵都是由工频电源驱动的。该模式又有三种停止方式：
4.1.1先开后关顺序，全部停止。
即在水管中压力过大需减少运转的水泵数量时，是采取关闭最后打开的水泵的顺序，此种方式适用于马达容量大小不同的情况下。
4.1.2仅变频水泵停止。
即当时变频器发出停止指令时，仅让以变频器驱动的水泵停止。这种方式适用于用水量比较大且持续用水的情况下。
4.1.3 依先开先关顺序，全部停止。
即在水管中压力过大需减少运转的水泵数量时，是采取关闭最先打开的水泵（运转时间较长的水泵）的顺序，以便使水泵的使用频度均等，此方式主要用于水泵容量相等情况下。
这三种停止方式是由变频其系统参数Sn-30的设定值来选择的。
变频水泵固定的运转模式的优点是：系统种可同时驱动的水泵数量较多，可用在容量较大的供水系统中。缺点是：不能消除水锤效应，控制精度不高。
4.2变频水泵循环模式：以变频器驱动的水泵不是固定的某1台，而是每台水泵都可由变频器来控制起动，当该水泵转速达到最高转速（上限频率）并经过上限频率延迟时间（参数Bn-23）后，就会将该水泵切换至工频电源驱动。最多可以控制4台水泵。如图4所示 。在图中可以明显的看出，每一台水泵都可以通过切换与之相连的两个继电器来改变其驱动方式（工频还是变频）。这种运转模式也有两种停止方式：
4.2.1依先开先关顺序，全部停止。
即所有的水泵均以变频器来起动后，而在水管中压力过大需减少运转的水泵数量时，采取关闭最先打开的水泵的顺序。以便使水泵的使用频度均等。
4.2.2 停机时只停止变频运转的水泵。
即当变频器发出停止指令时，仅让以变频器驱动的水泵停止。这种方式适用于用水量比较大且持续用水的情况下。
这两种停止方式也是由变频其系统参数Sn-30的设定值来选择的。
这种运转模式的优点是：由于每台水泵都是由变频器来控制起动的，所以可以彻底消除系统的水锤效应；控制精度高。缺点是整个系统比较复杂，同时驱动的水泵数量较少。
图4. 变频水泵循环模式
在选择这两种运转模式时，要综合考虑系统的各项要求，根据两种运转模式的特点，选择一种最适合系统要求的运转模式。在变频器具体参数设置时请参考东元7300PA系列变频器操作说明书。
参考文献：
《变频器应用基础》 机械工业出版社 石秋洁 主编 张燕宾 副主编
《东元7300PA系列变频器使用说明书》
《东元PA-PID卡操作手册》
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