变频水泵的控制原理

【专家解说】：现代大厦都采用集中供冷（水），而分散的中央空调机组和众多的风机盘管，随时都在调节过程中，冷冻水的使用量也在不断变化。在供水管和回水管之间加装一只压差传感器，将压差数值转换成标准信号，送到微处理器，该数据经处理系统计算并与设定压力值比较后，给出比例调节（PID）后的输出频率，以改变水泵电动机的转速，从而来控制供回水管之间的压差恒定，形成一个完整的闭环控制系统。当管道用水量加大时，管道内的压差下降，通过控制回路使变频器输出频率上升，电动机转速上升，使管道内的压差回升至设定值；反之，频率会降低，管道内的压差回落，从而使冷冻水循环泵的转速（即改变冷冻水流量）跟踪冷冻水的需求量而变化，更好地解决压差平衡，最终达到供回水压差恒定的目的。冷冻水水多台，示所2 图成，如组水泵环循多台由可系统循泵处于并联工作，配置一台智能控制器，实现一台电动机在变频方式下工作，其余几台电动机在工频状态下工作。 图2 冷冻水循环水泵控制电路 在工频多泵并联+ 变频恒压供水系统中，当冷冻水的用水流量小于一台水泵在工频恒压条件下的流量时，则由一台变频水泵调速恒压供水，当冷冻水用水流量增大时，变频泵的转速自动上升；当变频泵的工作频率上升至50Hz 仍达不到设定压差时，变频供水控制器将自动启动一台工频水泵投入工作，这时变频水泵和工频水泵并联工作，工频水泵提供恒定的流量(工频转速恒压下的流量)，变频水泵转速将随着用水流量的大小而变化，从而调节供水量;如果用水量继续增加，则其余各并联工频水泵将按相同的原理相继投入运行。当冷冻水用水流量下降时，管道压差提高，变频调速泵的转速下降，当频率降低到一定值（如10Hz）时并经一定延时后，变频供水控制器发出一个指令，自动关闭一台工频水泵供水；如果用水流量继续下降，变频调速泵的频率再一次低到10 Hz ，则再切出一台运行在工频的循环泵；其余各并联工频水泵将按相同的原理相继退出运行。当用水流量接近于零，变频水泵处于自动停止状态 ，从而可以做到不用水时没有能量损耗，具有最佳的节能效果。为了减少工频泵自动投入或退出时的冲击(水力或电流冲击)，所有水泵都具有软启动功能，变频控制器能够自动控制电动机转速的上升，下降。在投入时，变频水泵的转速自动下降，然后慢慢上升以满足恒压供水的要求。在退出时，变频泵的转速应自动上升，然后慢慢下降以满足恒压供水的要求。 2.2 在补水定压装置中的应用 变频调速控制的补水系统如图3 所示，该系统由回水压力传感器、变频器、补水泵和装在循环泵房内的软水箱等组成，这些设备组成一个闭环系统。当循环系统的压力值设定后，如果系统有瞬时水量损失时，压力传感器的压力值将下降，导致变频器的输出频率增高，使补水泵转速增大，从而使循环水系统补水点压力恒定在系统要求的静水压力值上。该系统具有水泵运转低速平稳，使用可靠，寿命长的特点。 图3 补水定压装置原理框图 2.3 在楼宇自动化恒压供水中的应用 恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式，以保障住宅建筑的自动恒压供水。该系统的结构框图如图4 所示，由电动机变频调速装置与可编程控制器(PLC) 构成控制系统。系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时地将压力、流量转换为电信号，输入至可编程控制器的输入模块，信号经CPU 运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，对恒压供水进行优化控制，自动控制电动机的投运台数和电动机的转速，从而使给水总管压力稳定在设定的压力值上。 图4 楼宇自动化恒压供水原理框图 2.4 在楼宇消防给水设备中的应用 楼宇消防给水系统如图5 所示, 消防水管路系统中的水压应始终保持在一定的压力值，图5 中的1 号泵和2 号泵为变频稳压泵，3 号泵和4 号泵为大功率消防泵。平时压力传感器对管路上水压进行检测，检测的信号送至控制器，再由变频器控制1、2 号泵交替工作。水泵的转速始终跟踪设定的消防压力值，从而保证平时稳定的消防压力值。当出现火警打开消防栓时，通过控制器启动3 号或4 号消防泵（3 号、4 号互为备用）开始工作，提供较大的消防用水。 图5 楼宇消防给水系统原理框图 2.5 在排风机中的应用 地下停车场（库）的换气控制系统如图6 所示， ，排风机的排风量要求是根据换气次数标准计算出来的，它必须满足“最大需求量”原则。但事实上一个环境的排风量并不是一个定数。地下停车场（库），在不同时段的停车量是变化的，即废气的排放量时刻在变化。该系统采用CO2 传感器检测车库空气质量，并由控制系统控制变频器输出，以改变风机的转速，从而改变排风量的大小，风机无须始终运行在高速排风状态，这样既节省能源也减少了噪音污染。 图6 排风机控制系统原理框图