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生活定频泵控制原理(一)
生活变频泵工作原理
变频恒压基本工作原理
1）在自动模式下开机时用户管网压力P1低于用户所需的设定压力P2，控制系统自动控制1#水泵变频启动从水池抽水，直到用户管网的实际压力P1=P2，微机才控制水泵以一恒定的转速运行。管网的压力P1越高，变频泵的转速就越低，管网压力P1越低，变频泵的转速就越高。当压力达到上限、变频器频率低于休眠频率并超过延时时间变频器将启动休眠，当压力下跌到唤醒值时，水泵自动唤醒。
2）如果第一台泵到达频率上限仍无法满足用水，且延时数秒后，系统会自动启动第二台泵从水池抽水，启动流程如下：①第一台变频泵转为工频；②变频启动第二台泵；③判断压力，如果此时压力仍达不到用户管网压力设定值，则当前变频泵转为工频继续变频启动下一台水泵，直至用户管网压力达到压力设定值。
3）如果出水压力达到压力上限值，并超过延时时间后，系统将自动减泵，本系统采用直接停止工频泵的方式，如果压力仍高将继续停止下一台水泵，直至用户管网压力达到压力设定值。
4）系统中的水泵有两台以上（包括2台），如果一台水泵运行就完全满足用水要求时，系统将定时轮换使用水泵，轮换时间间隔为6小时。如果一台水泵不能满足用水要求，系统需要加泵或减泵，则采用递次使用的方式，先启先停后启后停。
5）小泵的工作方式：如果管网压力达到上限、工频主泵全部退出、变频器休眠且能维持数十秒，当管网压力下降至小泵电接点压力表下限值时，启动小泵补充压力，压力达到上限时，小泵停止；如果小泵不能满足补压的要求，压力继续下降，当下降到变频器唤醒值时，变频运行主泵，小泵退出，注：小泵的压力下限应比主泵唤醒值略高。
6）本系统有热继电器保护和故障切换功能，极力保证用户用水的不间断和出水管网的压力稳定。热继电器保护值整定为1.1In（In＝水泵电机的额定电流）。
生活定频泵控制原理(二)
生活用水泵控制方式改造方案
生活用水泵控制方式改造方案
批 准：
审 定：
复 审：
初 审：
编 制：
国电康平发电有限公司设备部电气检修班
2008年06月24日
生活用水泵控制方式改造方案
一、改造原因
我公司3台生活用水泵控制原设计为变频器一拖三运行，3台泵只能有一台泵变频运行，另两台可就地自动或手动启动工频运行。每台泵之间通过微机控制器实现变频备用，即一台泵跳闸后启动另一台泵变频运行，另外还可启动工频运行，作为自己的后备。但实际情况为#1、#2泵接于变频器，变频与工频互为备用，就地只能手动切换#1或#2泵运行，#3泵为手动就地启动方式。其缺点是不能3台水泵同时运行，不能实现远控操作。
根据生活用水及运行方式要求，将其控制方式改造为#1泵变频运行，#2、#3泵工频运行，3台泵均可实现远控及就地运行方式，可远方监视水泵运行状态，便于运行人员启停设备，及时处理故障。 二、具体内容
1.绘制改造图纸（见附图），保证控制方式符合要求，电路工作原理正确无误。
2. 拉开总电源开关QF，拆除#1泵工频主接触器KM2。拆除#2、#3泵变频主接触器KM3、KM5。
3.合上总电源开关QF，恢复#1泵变频运行，保证生活用水不长时间中断。
4.拆开#2、#3泵工频运行控制电源1及37，包好绝缘后按照改造图纸对其进行控制回路改造接线。
5.改造后测绝缘合格，拉开总电源开关，将#2、#3泵控制接入控制总
电源。
6.送电，倒泵至#2或#3运行，停止#1泵运行，对其进行变频控制部分改造。【生活定频泵控制原理】
7.增加以实现停泵及远控与就地闭锁功能。
8.送电试运，保证就地与远控均能正确控制电机启停，所有保护调整动作正确可靠。 三、元件选择
1.变频器、主接触器、热继电器仍用原有设备不变。 2.增加5块中间继电器－OMRON MY2NJ 220V AC。 3.微机控制器、按钮、指示灯、操作把手仍用原有设备不变。 四、安全技术措施
1、严格执行工作票制度，做好安全措施，杜绝无票作业。 2、停止总电源不能时间过长，应快速准确拆除不用元件，及时恢
复水泵运行，保证生活用水不长时间中断。
3、改造过程中相邻元件带电部位要做好措施，挡好绝缘挡板。 4、使用工器具扳手、螺丝刀做好防触电措施，手柄裸露部分包好绝缘。
5、严格按照二次回路配线工艺标准施工。 6、工作结束后，进行就地及远控启停试验。 五、组织措施
施工单位： 设备管理部-电气检修班
配合单位： 运行部-化学运行、设备部-机控班
安全负责人：李超 技术负责人：孟广新 六、材料计划见下表
七、具备的条件 八、工程概算： 设备费： 材料费： 万元 人工费： 万元 合计: 万元
生活定频泵控制原理(三)
变频调速在动力设备中的应用
供水系统由定频到变频的技术改造
变频调速在动力设备中的应用
摘要：介绍了水泵供水系统由定频到变频调速控制系统的节能原理、基本工作原理及系统的控制过程，并且针对实际应用中应注意的问题进行了归纳总结。
关键词：变频 水泵 节能 调速技术
一、 概述
某公司自来水由公司自建净水站由三台水泵供应，一台45KW水泵和二台22KW水泵，它们交替运行为厂区及生活区供水，用水量大时，开一台45KW水泵或二台22KW水泵，供水量小时，开一台22KW水泵，由于用户24小时用水量不断变化，仅仅靠调节电机的数量来调节水量，不便操作。并且靠调节电机的数量来调节水量变化幅度太大，与用水量的变化幅度达不到协调一致，为保障供水，经常会出现用水量小时，水泵满负荷工作，浪费大量电能。因此，搞好水泵的节能工作，对股份公司的发展具有重要意义。
二、供水供水流程
公司供水从净水站经三台供水泵分二路向公司供水，一路为经厂区水塔，再向公司供水，另一路为经厂区管道直接向公司供水，厂区水塔并联在厂区管网中，用水低峰期，净水泵向水塔补水，用水高峰期，净水站与水塔同时向管网补水，保证公司的正常用水。
三、 水泵变频调速运行的节能原理
1.变频供水系统概述
公司净水站变频控制系统以水塔水位为参考点，水塔水位最高为35米，最低水位为30米，当水塔水位达到35米时，控制信号传至净水站，二台并联小功率水泵电机变频减速；当水塔水位降至30米时，控制信号传至净水站，二台并联小功率水泵电机变频加速；当水
塔水位降至30米时，还继续下降，手动启动另一台大功率水泵，同时二台小功率水泵停运。
整套变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元及微处理单元等组成。
2.变频器的工作原理
我们知道，三相交流电动机的转速表达式为：
n=（1— s）60f/p （1）
式中 n—异步电动机的转速；
f—三相电源的频率；
s—电动机转差率；
p—电动机极对数。
由式上式可知，当电动机转差率s为常数时，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
3.性能比较及节能原理
水泵电机变频前后，性能曲线如下：
H
Hb
HaHQQ 阀门调节功耗（图1） 变速调节功耗（图2）
图1为水泵用阀门控制时，当流量要求从Q2减小到Q1，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，管路曲线从R移到R′, 扬程则
从Ha上升到Hb，运行工况点从a点移到b点。
图2为调速控制时，当流量要求从Q2减小到 Q1，由于阻力曲线R不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从n降到n′，性能曲线由1下降到2，扬程则从Ha下降到到Hc，运行工况点从a点移到c点。
根据离心泵的特性曲线公式：
P= QHγ/102η
式中：
P—水泵使用工况轴功率（KW）
Q—使用工况点的流量（m³/s）
H—使用工况点的扬程（m）
γ—输出介质单位重量体积（kg/ m³）
η—使用工况点的泵效率
水泵在a点的轴功率和在c点的轴功率分别为：
Pa= Q2Haγ/102η
Pc = Q1Hcγ/102η
所以a点与c点的轴功率差为:【生活定频泵控制原理】
△ P= Pa – Pc=(Q2Ha-Q1HC) γ/102η
上式表明，用阀门控制流量时，有∆ P功率被损耗掉了，并且随着阀门不断关小，损耗量不断增加。
当采用变频调速控制时，流量Q、扬程H及转速N之间的关系如下：
Q / Q=n/n′ ?【生活定频泵控制原理】
H /H =（n/n′）²
P /P =（n/n′）³
从上式可以看出，流量Q与转速n的一次方成正比；扬程H与转n的二次方成正比；轴功率P与转n的三次方成正比。即功率与转速成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在同样流量的情况下，原来消耗在阀门上的功率就可以全
避免，从而获得比较大的节能效果，这就是水泵调速节能的原理。
4.变频调速的基本原理
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系： n=(1-s)60f/p
式中：f—水泵电机的电源频率
p—电机的极对数
s—转差率
由上式可知，在转差率S变化不大的情况下，可以认为调节电动机定子电源频率时，电动机的转速n大致随之成正比，若均匀改变电动机定子绕组的电源频率f，就可以平滑地改变电动机的转速，电动机转速变慢，轴功率就相应减小，电动机功率也随之减小，这就是水泵变频调速节能作用。
四、 水泵变频调速控制系统的设计
在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速是异步电动机的一种比较理想的调速方法，其调速性能最好，效率最高。目前，国内在水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为的根据工艺或外界条件来改变变频器的频率值，以达到调速目的。根据公司现有的供水情况，净水站供水泵也采用开环调速控制，变频调速控制系统如图3所示：
45KW22KW22KW
图3 变频调速控制系统图
（1） 主控制器：二台水泵电机M2、M3功率各为22KW，水泵流量
为100m3/h，另一台水泵电机M1为45KW，水泵流量为150 m3/h。
工作时，由主控制器根据水位信号控制二台小流量泵与一台大流量泵交替工作;高峰期开大流量泵M1，低峰期开二台小流量泵M2、M3变频调速。
（2） 主电路控制部分：控制电路有接触器、热继电器、控制按钮等
组成。
（3） 变频调节部分：选用二台变频器驱动二台22KW电动机。 变频器主要构成如下：
生活定频泵控制原理(四)
分布式变频泵供热系统分析
【摘 要】科学技术的发展推动了我国供热系统的发展，分布式变频泵供热系统被应用到我国的供热系统中，不仅减少了供热系统的耗电量，而且还节约了资金成本的投入，实现了我国供热系统的绿色发展。本文先是对分布式变频泵供热系统进行了概述，又详细阐述了分布式变频泵供热系统与传统供热系统的比较和分布式变频泵供热系统的节能性，最后分析介绍了分布式变频泵供热系统的工程举例。 【关键词】分布式变频泵供热；节能；耗电量
随着我国变频技术的不断发展，在我国的供热系统中还出现了分布式变频泵供热系统，由于分布式变频泵供热系统具有良好的节能优势，在我国供热系统中得到了大范围的应用。分布式变频泵供热系统能够在现有的供热系统基础之上，尽可能的节约能源资源，将供热系统的运行费用控制在最小化的范围内。分布式变频泵供热系统在城市供热系统中的应用不仅大大提高了城市供热方案的可行性，而且还有效降低了城市供暖系统的资金成本投入，减少了浪费现象的出现。
1 分布式变频泵供热系统的概述
分布式变频泵供热系统是通过气候补偿器进行控制的，不仅能够对供热设备进行及时、有效的调节，而且还能够根据室外温度进行回水温度的调节，有效控制城市供热系统中的能源消耗。分布式变频泵供热系统的设计如下：
（1）对管网中存在的阻力进行计算，以保证管网系统设计的科学性与合理性。
（2）根据使用的设备进行压差控制点的选择，以实现城市供热系统的经济运行。
（3）进行主循环泵的选择，需要对供热系统中的流量、扬程、应变能力等进行综合性的考虑，在保证城市供热系统正常运行的前提条件下，尽可能的减少经济的投入和能源资源的消耗。
（4）对分布式变频泵进行选择，要对城市供热系统的所有分支用户所产生的流量与阻力进行思考，通常情况下，都是选用特性曲线较陡的分布式变频泵进行使用，以保证城市供热系统的正常运行。
分布式变频泵供热系统是通过供热系统中的循环泵取代调节阀来满足资用压头的需求，但是分布式变频泵供热系统中的热源循环泵只负责热源正常运行所需的循环动力。
2 分布式变频泵供热系统与传统供热系统的比较
在传统供热系统中，使用的是循环水泵，在近户端的位置形成了超过规定范围的资用压头，大大增加了近户端形成水力失调的几率，实现了小温差大流量的运行方式。
而在分布式变频泵供热系统中，是通过在近户端设置循环泵，随后沿途进行多个循环泵的设置，利用接力棒的方式类进行热媒的输送。而处在热源处位置的循环泵只需要负责内部所需的水循环即可，供热系统中的换热站中的循环泵则承担着资用压头与热媒输送的责任，并利用自身的变频装置进行供热系统流量的调节。不仅对节约了电能的消耗，而且还能有效减少资金成本的投入。
传统供热系统中还容易出现冷热不均的情况，在近户端容易存在过剩的资用压头，又没有及时有效的调节手段，因此极容易在近用户端形成流量超标的现象，那么用户远端的流量势必会出现流量不足的现象，就导致供热系统中出现冷热不均的现象。同时又会存在着回水压差较小的现象换句话说也就是资用压头不能满足供热系统用户的需要。因此要想满足用户对资用压头的需求，就需要进行增设加压泵的操作，但是又容易导致传统供热系统中出现小温差大流量的现象。
而分布式变频泵供热系统中各个设备所产生的能量都可以自行被消耗，不会出现多余的电消耗量，不仅大大降低了无功消耗，而且还有效降低了分布式变频泵供热系统正常运行所需的资金成本投入，实现了分布式变频泵供热系统的绿色发展。
3 分布式变频泵供热系统的节能性分析
如果分布式变频泵供热系统中存在的供回水管道呈现完全对称类型的话，就需要进行直接连接操作，且将回水温度控制在110/70℃，每平方米建筑的节能热指标是45W，如果在分布式变频泵供热系统中有10个用户的话，位于第10位的用户最为不利，但是用户的资用压头在数据上是保持一致的。那么按照特兰根定律，传统供热系统中的循环水泵所具备的轴功率就可以用一下公式进行表示：
Pn=2.73qh/（1000η） （1）
在公式（1）中，Pn―传统供热系统中的循环水泵所具备的轴功率，单位为KW；
q―循环泵的流量，单位为m3/h；
h―循环泵所具备的扬程，单位为m，h=；
η―循环泵的工作效率，一般取额定效率的70%左右；
―传统供热系统中热源中内部压力存在的损失，一般取15m；
―传统供热系统中换热站中压力的损失，一般情况下也取值为15m；
―是指传统供热系统中最为不利的路途遭受阻力的损失，单位为m。
使用分布式变频泵供热系统进行城市供热时，分布式变频泵供热系统中循环泵的轴功率可以用以下公式进行计算：
（2）
在公式（2）中，Pm―分布式变频泵供热系统中循环泵所具备的轴功率，单位为KW；
q―循环泵的流量，单位为m3/h；
qi―位于i个的换热站中的循环泵所具备的流量，单位为m3/h；
hi―位于i个换热站和热源之间所遭受阻力而造成的损失，单位为m；
η―循环泵的工作效率，一般取额定效率的70%左右；
―分布式变频泵供热系统中热源内部压力存在的损失，一般取15m；
―传统供热系统中换热站压力的损失，一般情况下也取值为15m；
假设供热系统中存在着5个用户时，供热系统中循环泵q=159.65m3/h，h=33m，传统供热系统的循环泵的轴功率通过计算为20.55KW，分布式变频泵供热系统的循环泵的轴功率为20kw。
通过比较可知，分布式变频泵供热系统节能0.55KW。
4 分布式变频泵供热系统的工程举例
在某供热系统工程改造过程中，使用了分布式变频泵供热系统，不仅保证了良好的运行效果，而且还大大减少了供热系统的耗电量，将单位面积的耗电量由3.14KW下降至1.90kw。
根据设计图纸将原有的锅炉房拆除10余座，并选择原有锅炉中条件较好的锅炉房使用，热网主线分为东、西、北三条，传统供热系统所消耗的电量超过了电力系统的供电负荷，而如果重新修建的话，不仅需要大量的资金成本投入，而且还不能短期内完成，经过反复的对比之后，才决定选择使用分布式变频泵供热系统进行改建，在满足用户要求的同时，尽可能的降低资金成本的投入，体现供热系统改造过程中的灵活性。
5 结语
综上所述，分布式变频泵供热系统在供热系统中的应用，不仅能够满足用户的需求，降低供热系统的耗电量，而且还能够减少传统供热系统改造的资金成本投入，且分布式变频泵供热系统在应用过程中的节能效果较为明显，将供热系统的运行费用控制在最小化的范围内。分布式变频泵供热系统在城市供热系统中的应用不仅大大提高了城市供热方案的可行性，而且还有效降低了城市供暖系统的资金成本投入，减少了浪费现象的出现，实现了城市供热系统的可持续发展。
参考文献：
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