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变频水泵
图 L 供水系统示意图 W$)NL D6- =%.-: >+//<0 >0>.-’
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系统组成
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一般的多台变频泵供水系统如图 P 所示 ( 离心 式 水 泵 !图 中 只 画 出 * 台 &分 别 由 各 自 的 变 频 器 驱 动 " 在供水总管接近末端 P + Q 处 "或在系统的最不利 点 " 安装 P 个水压力传感器 ( 系统控制器 ! 可编辑逻 辑控制器或直接数字控制器 & 根据此水压力传感器 与设定值的偏差 " 通过 8"T 调节方式 " 改变水泵的转 速及投入运行的水泵数量 " 维持此水压力传感器读 数的稳定 " 以此保证对整个系统的稳定供水 ( 由于 水压力传感器安装在远离水泵出口 " 所以从本质上 讲 " 整个系统为变压力 )变流量供水方式 (
$!!! ! + $! ! 分别为电动机消耗的功率和运行频率 " #"# ! 台水泵与 # 台水泵运行的功率关系 设 ! 台水泵的额定功率为 $,!额定频率为 $% &’ ! 变频运行时的频率为 !!! 变频运行时的功率为 $!! 则 $! * % !! ! $% &+ " $ , 设 # 台水泵同时运行时的频率为 !#! 同时运行时 的总功率为 $#! 由于 # 台泵的型号完全一样 ! 则 ! ! ! ! ! $# * # " % !# ! $%&+ " $ , 设 ! 台水泵运行在 !! 时与 # 台水泵同时运行在 !# 时的总功率一致 ! 即 $! * $#! 则在忽略变频器损耗 的情况下 ! !! 与 !# 的关系为 !! * " # !# #!"#- !# 在理想情况下 !! 台水泵运行在 $% &’ 时所消耗 的功率 !与 # 台水泵同时运行在 +."/ &’ 时所消耗的 功率是相等的 " 据此 ! 可得到 ! 台泵与 # 台泵的等 功率曲线 !见图 #"
! 台水泵和 # 台水泵运行的流量关系 水泵在一个供水系统中的工作点是水泵的扬程 特性曲线与管阻特性曲线的交点 #!$! 见图 + % 图中 % ! & 分别为扬程和流量 &" 图中 ! 曲线 ! 为 ! 台水泵运行在频率 !0! 下的扬 程曲线 ! 曲线 # 为 # 台水泵同时运行在频率 !0! 下的 扬程曲线 ! 曲线 + 为 ! 台水泵在频率 !0# 下的扬程曲 线!曲线 1 为系统在某一特定工况下的管阻特性曲线 " #"+
收稿日期 $*%%S ’ LL ’ IL
常用的控制方法 以 M 台变频水泵为例 " 介绍其控制方法 ( (; 当系统用水量增加时 " 主泵的频率逐渐上升 到 OI U1 *P+" 并保持此频率 一 段 时 间 之 后 " 备 泵 投 入 运行 ( M 台水泵作同频率运行 % 初始频率记为 !! &" 直 至频率都增加为 OI U1 ( 7; 当系统用水量减少时 "M 台泵同时从高频率 往 下 降 " 当 降 至 比 !! 略 低 " 并 保 持 此 频 率 一 段 时 间 后 " 主泵退出运行 " 备泵升至略低于 OI U1 " 再根据水 压力逐渐减速 ( ’; 为使 M 台水泵的磨损尽可能一致 " 还需定期 或按照每台泵的累计运行时间来切换 P 台水泵为主 泵 " 另 P 台为备泵 (
李焦明 %FGHI J &" 男 " 河南沁阳人 " 高级工程师 " 主任工程
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作者简介 $ 师 " 主要研究方向为电力拖动与自动控制 (
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泵投入运行 " 下面详细分析 !( 的求法 "
图 + 水泵工作点 345"+ (67 <;=I4E5 :;4EGA ;@ :9C:
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节能的控制方式
水泵频率与功率的关系 离 心 式 水 泵 的 负 载 转 矩 与 转 速 平 方 成 比 例 ##$" 对三相异步电动机而言 ! 稳定运行时 ! 定子电流与转 矩成正比 ! 即定子电流与转速平方成正比 " 常用的 电压式正弦脉宽调制变频器 ! 是采用变频变压控制 方式 !其 输 出 电 压 在 水 泵 的 工 作 频 率 范 围 内 %一 般 为 #$ ) $% &’ &! 与频率成正比 ! 即 " ! ! * # ##$" 因此 ! 在理想情况下可以推出 ’
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系统用户
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电 力 自 动 化 设 备
+ + ! , &! &# 1 #
第 $$ 卷
方法的不足之处 上述控制方式 ! 一般能满足系统中各用户对供 水压力及流量的要求 " 但从节能的角度分析 ! 还有 待改进 " 对大多数系统而言 ! 更节能的方法是并不 需要等主泵频率升至 $% &’ 时 ! 才启 动 备 泵 " 而 是 存在某一频率 !(! 当主泵的频率大于 !( 时 ! 即可将备
曲线 # 实际上是将曲线 ! 的横坐标值乘 # 所 得 " 图 + 中 !! 台水泵单独运行时的流量为 &!!# 台水 泵并联运行时的流量为 &#! 很显然 !&# 2 # &!" 引入 比例系数 ’&’
(& *一般为 #$ ) $% &’&!!2 (& 2 #" 而且在一个供水系统中 ! 随着系统用水量的增加 ! 即 水泵频率的增加 ! 管阻特性曲线由陡峭变平坦 " 即 随着水泵频率的增加 !(& 值增大 " 根据工程经验 ! 在一个变压力 ( 变流量的供水系 统中 ! 当保持供水总管接近末端 ! ! + 处 ! 或系统最不 利点的压力不变时 !(& 值以近似 # 次方的规律随水 泵频率的提高而增加 " #"1 ! 台水泵与 # 台水泵运行的等流量曲线 设 ! 台水泵单独以 !0! 频率工作时 ! 其向系统输 出的流量与 # 台水泵同时以 !0# 频率运行时一致 ! 都 为 &#!根据水泵的比例定律 #+$!有 &# ! &, * !0! ! !,! &# # !0! &, ! !, 式中
压力传感器
随着变频器技术的日趋成熟 " 产量的迅猛增加 以及价格的不断下降 " 变频器的应用场合不断扩大 ( 目 前 "在 大 型 楼 宇 )生 产 厂 房 的 供 水 及 冷 热 源 系 统 中 " 传统的多台定速泵并联运行 " 或多台定速泵加一 台变频泵并联运行的系统配置方式 " 已经逐渐被多 台变频调速水泵 " 并联供水的方式所取代 ( 本文根 据水泵的特性曲线 " 对这种多台并联调速水泵系统 的控制方式进行了探讨 (
345"1 (67 7894:;<7= DEF 7894@B;< >9=?7A ;@ A;B7%:9C: DEF F9DB%:9C: ;:7=DG4;EA
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小结 由图 1 可知 ! 在 * 点的上方 !# 台水泵同时工作 比较节能 )在 * 点的下方 ! 应只使用 ! 台水泵 " 大多数并联变频调速水泵的供水系统中 ! 要从 理论上求得等流量曲线是比较困难的 ! 可以通过实 验获得 " 具体的做法是 ’ 将系统中所有用户的阀门 固 定在某一开度 ! 只开 ! 台水泵 ! 调节水泵频率 ! 使
!! $% !(! #$ )
等流量
等功率
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图 # ! 台水泵与 # 台水泵运行的等功率曲线图
345"# (67 7894:;<7= >9=?7 ;@ A;B7%:9C: DEF F9DB%:9C: ;:7=DG4;EA
图 1 ! 台水泵与 # 台水泵运行的 等功率 ( 等流量曲线
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+
式中
&, ! !, 分别为 水泵的额定流量和额定频率 " 同时 !! 台水泵单独运行在 !0# 频率时 !&!!(& 也
可写为
&! # !0 # &, ! !,! (& * !0! ! !0# 根据 (& 的变化功率 ! 可以画出 ! 台水泵与 # 台 水泵之间的等流量曲线 ! 见图 1" 可以看到 ! 当频率 较小时 !(&$!) 当频率增加时 !(& 以较快速率增加 " 图中 ! 等流量曲线与等功率曲线相交于点 ) ! 其对应 的 ! 台水泵的频率为 !(!!# 台水泵的频率为 ! ( #"
第 *3 卷第 S 期 *%%3 年 S 月
电 力 自 动 化 设 备
,-./012/ 345.1 #604780249 ,:62;7.90
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