学校供水系统水泵变频节能技术研究

摘要：针对先阶段我国校园供水的实际现状。随着高校的扩招，学生人数显著增多，造成了经常性的供水不足，现有的城市管网供水系统己远远不能满足高校校园的供水需要。为此，将变频调速技术在高校供水系统中进行了应用，收到了明显的效果，为高校校园供水系统的改革提供了理论依据。将变频调速技术在高校供水系统中进行了应用，论述了系统的组成，节能原理和循环控制原理。

关键词：学校供水；变频节能

1变频调速恒压供水系统的组成及工作原理

变频调速恒压供水系统主要包括：控制器（PID，PLC）、变频器、微机控制、电气控制和水泵机组等部分组成（见图1）。由此构成一个压力负反馈闭环控制系统（见图2）。该系统通过安装在水泵出水管上的压力传感器，把出口压力变成0- 5v的模拟信号，经前置放大、多路切换、A/ D变换成数字信号，送入单片机，经单片机运算与给定参量进行比较，得出一调节参量，经由D/ A变换把这一调节参量送给变频器，控制其输出频率变化[1-2]。用户需水量与频率的变化有关：用水多时，频率提高，水泵电机转速加快。

2变频调速恒压供水系统的节能原理

2.1调速原理

水泵电机绝大部分是二相交流异步电动机，根据交流电机的转速特性，电动机的转速n的大小与电压、、电源频率f、电机的极对数P及转差率、的大小有关，由下式表示：

n= 60f（1-s）/p

式中 n一电机转速，r/ min；

f一电流频率，Hz；

s一转差率，一般取0.2；

P一电机极对数。

当水泵电机选定后，p、s都为定值，也就是说电机转速的大小与电源的频率高低成正比，频率越高，转速越高，频率越低，转速也就越低。变频调速就是根据这一原理应用微机和压力传感器，将供水管网所需压力选定，管网内流量的变化引起压力变化，由传感器将变化的压力信号传给微机，经微机处理后，变频器改变水泵电机供电频率，从而改变电机的转

速，达到管网测压点的压力恒定。以满足管网最不利点的用水要求。

2.2变频调速泵节能原理

供水系统的水泵在变速运行时通过改变水泵的转速，从而调节输出流量以适应用水量的变化，并可保证管网压力的恒定，水泵始终在高效率的工作状况下运行。用水量减少时，水泵转速降低。由于水泵的轴功率与转速的二次方成正比，转速下降时，轴功率急剧下降。故变速调节流量在提高机械效率和减少能源损耗方而，是最为经济合理。

轴功率与转速的关系式：

式中 N一额定轴功率，kW；

N1一变速运行时轴功率，kW；

n1一变速后的转速，r/ min；

n一额定转速，r/ min。

当水泵转速降低10%时，轴功率降低27%。当水泵转速降低20%时，轴功率降低49%。恒速泵与变速泵（变频调速）的轴功率相比，当水泵运行的平均流量为额定流量的80%以下时，恒压变频调速供水系统节能近50%，节能效果特别显著。

3变频调速恒压供水系统的循环变频控制原理

变频调速恒压供水系统可控制多台（2～6）性能相同的水泵，其中总有一台（任意一台）水泵处于变频调速状态，其他为恒速或停机等待状态。

以3台水泵为例，采用可编程控制器（PLC）及变频器（带PID），循环变频控制原理[3-4]。如下：首先规定各参数的代表符号：P0（压力设定值），P1（压力检测信号值），f（变频器输出频率），f0（变频设定最高频率），f1（变频器设定最小频率）。加上启动信号后，变频启动1号泵，比较P0与P1的值，如果P0>P1，则f上升；反之，则下降。

当f f0时，将1号泵切换为工频运行，2号泵变频启动。此时若f仍大于f0，将2号泵切换为工频运行，3号泵变频启动，1号泵继续工频运行。当f f1时，则停止1号泵，2号泵工频运行，3号泵继续变频运行；若f仍小于f1，则停止2号泵，3号泵继续变频运行。当f再次大于f0时，将3号泵切换为工频运行，1号泵变频启动，2号泵停止；此时若f仍大于f0，将1号泵切换为工频运行，2号泵变频启动，3号泵继续工频运行。

当f f1时，2号泵继续变频运行，1号泵继续工频运行，停止3号泵；若f仍小于f1，则停止1号泵，2号泵继续变频运行。当f f0时，将2号泵切换为工频运行，3号泵变频启动；此时若f仍大于f0，将3号泵切换为工频运行，1号泵变频启动，2号泵继续工频运行。当f f1时，则停止2号泵，3号泵继续工频运行，1号泵继续变频运行；若f仍小于f'1，则停止3号泵，1号泵继续变频运行。

这样，使每台水泵在工频和变频之间切换，水泵之间做到先开先停，后开后停，即所谓循环调频，合理利用资源。

4变频调速恒压供水系统的特点

4.1系统安全可靠

采用变频调速技术实现交流电机平滑调速，启动电流小，减小了启动时对电网的冲击和对管路、阀门的机械冲击，延长了管路和阀门的使用寿命，使交流调速系统的性能指标能与直流调速系统媲美。

4.2控制精确

自动环节采用了PLC与变频器控制，多台电机均能可靠地实现软启动，避免了启动电流过大对电网的影响，大大延长了设备的使用寿命。

4.3高效节能

节能效果显著，控制器依据测量压力自动调节管网压力，实现恒压变量或变压变量控制，在高用水期内多台泵工作，在低用水期内自动减少工作水泵的台数，使水泵一直在高效率下运行，既满足了供水需要，又节约了电能。

5结语

高校校园供水系统采用变频调速恒压供水装置可节约电能，压力传感器最好装于最不利用水点。变频范围在40- 50Hz，电动机及水泵木身的效率均工作于高效区，节能效果明显。

参考文献：

[1]许振茂.变频调速装置及调试、运行与维修.北京：兵器工业出版社

[2]郭立君.泵与机.北京：水利电力出版

[3]潘新民.微型计算机与传感器技术.北京：人民邮电出版

[4]田立秋.高校供水系统中水泵变频节能技术的应用探讨[J].给水排