变频器.docx

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置， 变频器（图2）能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。莱芜专业做各种恒压供水系统一、 概述 恒压供水是指在供水网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水箱、气压罐等设施实现的。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用变频器、PID调节器、单片机、PLC等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水。该技术以在供水行业普及。变频恒压供水系统主要特点： 1、 节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色用电。 2、 占地面积小，投入少，效率高。 3、 配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。 4、 运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高。 5、 由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。 6、 通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。二、 传统定压方式的弊病 1、 管理不便、因与大气连通易引起的管道腐蚀； 2、 由于水箱内微生物、藻类孳生，还可能对系统造成二次污染，所以每年定压水箱都需定期维护，并由卫生防疫部门检验； 3、 定压水箱需占用较大空间，需要专门的地点来放置； 4、 高位定压水箱系统的控制靠投入泵的台数来调节，但这种调节方式不能做到供水量和用水量的最佳匹配，水泵长期偏离高效区工作，效率低下； 5、 系统频繁的起停泵，对水泵、电机及开关器件都会缩短使用寿命； 6、 使用高位水箱供水，在系统流量较大时，管网压力会有较大的变化，造成部分用户资用压头不够，出现诸如流量不足、冷热不均等情况； 7、 在供水泵的选型上，设计人员为了提高系统安全系数，电机选型都较大；在用水负荷较小或低区采用减压阀、节流孔板等来调节剩余水头时，大量的能量消耗在阀上，都造成电能的浪费。三、 变频调速恒压供水设备的主要应用场合 1、 高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水。 2、 各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等。 3、 中央空调系统。 4、 自来水厂增压系统。 5、 农田灌溉，污水处理，人造喷泉。 6、 各种流体恒压控制系统。四、 恒压供水技术实现 通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成420mA的模拟信号，通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不在变化，使管网压力恒定在设定压力上；反之亦然。五、 恒压供水示意图WHG系列变频调速恒压供水设备 我公司采用日本三垦公司最新一代IPF系列变频调速器、 并配以恒压供水控制基板IWS，开发生产出“WHG系列变频恒压供水设备”。该设备无需附加多余的控制器件（如PLC可编程序控制器、 PID调节器及其它的专用控制器等），提高了系统的可靠性。 该系统可根据管网瞬间压力变化， 自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入和退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的用水要求， 使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。 该设备可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，节能效果显著， 是国家重点推广的节能新技术产品。 一、主要性能和特点 1、自动化程度高，可实现恒压变量、生活供水/消防供水双恒压等控制方式，多种启、停控制方式。 2、节电率30-50（配以节能运转模式，还可进一步提高节能效果）。 3、变频器可对电机进行软启软停，减少设备损耗，延长电机寿命。 4、管网压力恒定，压力误差1，无冲击。 5、功能齐全，运行可靠，操作维护简便。 6、具有手动、自动操作功能。 7、智能化控制，可任意修改参数指令（如压力设定值、控制顺序、 控制电机数量、压力上下限、PID值、加减速时间等）。 8、设备具有完善的电气安全保护功能，对过流、过压、 欠压、过载、断水等故障均能自动保护，特别是输入缺相、输出缺相保护功能，彻底解决了电机缺相运行烧毁电机的问题，提高了电机的使用寿命。 9、可根据用户的需要，选择各种附加功能，如电机定时切换、 添加附属小泵，自动定时开机、关机等。 二、工作原理 在设备运行中，由于用水量的变化，使供水压力发生变化，通过压力传感器将压力变化信号传送给运行控制器，经控制器电脑与设定压力比较判断后， 调整变速泵转速或水泵运行台数，调整供水流量使供水压力重新回到设定的压力值，满足用水要求。 若用水量很小时，经控制器电脑分析确认后自动停止主供水系统运行，启动夜间值班小泵，以维持管网压力和少量用水，当用水量达到值班小泵不能维持设定的压力时，主供水系统自动启动，值班小泵停止运行，从而提高了系统运行的安全性，并获得了明显的节电效果。 三、适用范围 1、城镇居民生活区供水可供5010000户单楼或楼群。 2、高层建筑、饭店宾馆及各类其它建筑的室内供水。 3、各类自来水厂的加压系统。 4、农村居民自来水泵站。 5、各类锅炉给水系统。 6、消防供水系统。 四、 产品及选型介绍 1 、单泵恒压变量供水控制系统WHG-(空) （1）该系统是为各企事业单位自备井设计制造的供水系统， 可利用原有旧泵进行改造，对原有供水管网不做任何改动，工程量小，见效快，节约资金。 系统从安装在总管出口处的远传压力表采集管网压力， 依据该反馈信号作出判断，并对水泵进行变频调速，调节水泵的出水量，满足用户的用水需求，并达到节能目的。 （2）该系统还可以做成一用一备的控制方式； 如当第一台泵出现故障时手动转换到另外一台泵工作，或做成第一台水泵工作一段时间后，系统自动切换到另外一台泵工作的定时切换方式。 （3）此系统具有自动控制回路、手动控制旁路及各相应的运行指示状态，并且具备各种完善的保护功能，如缺相报警、过载报警、变频器故障报警等功能。 （4）对于控制深井泵或潜水泵的单泵恒压变频调速控制系统，因潜水泵泵的额定电流比同功率变频器的额定电流大，输出转矩也比较高，因此在选用时应选比水泵额定功率大一级的控制系统。 2 、多泵恒压供水固定方式控制系统WHG-P 该系统由两台以上主泵（及一台附属小泵）组成，其中一台变频运行， 其余工频运行。 该系统可根据压力变化，一台固定的水泵变速运行， 其余水泵以工频方式自动投入，实现水压恒定。系统具有自动与手动双控制回路。 系统功能可根据用户需要，选择如下： (1) 启动方式（先启先停、后启先停）； (2) 液位控制，可依据蓄水池的水位高低情况控制系统的启停状态； (3) 辅助小泵功能，在夜间用水量较小时，关掉变频泵，通过辅助小泵维持管网一定压力，可使节能效果更显著。 3、多泵恒压供水循环软启动方式控制系统-WHG-X 该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软启动及转速的调节，实现恒压。 该系统控制原理不同于前两种系统之处为，变量泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足设定恒压值时，系统自动将当前变量泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变量泵，运行过程同前。 除启动方式只可为先启先停外，固定方式系统的选择功能同样适用于该系统。 4 、消防加压变频调速供水控制系统 WXG- 消防供水控制系统除具备可接受远程火灾信号远程操作和远程报警功能外，规格同 WHG 系列，可按 WHG 系列样本选型。 五、选型建议 目前我公司生产的WHG系列恒压供水控 制设备，固定和循环两种方式控制精度和节能效果均相同，切换过程中对管网压力的扰动同样很小。不同点为：固定方式设备投资少， 运行维护简单，故障点少，但工频泵切换时对泵的机械磨损较大，各泵的使用寿命不均；而循环方式则可减少泵切换时的机械磨损， 使各泵的使用寿命均匀，不足之处是设备投资相对较高，因该方式泵切换时可能出现电流冲击，日久容易造成接触器接触点粘连现象， 所以对接触器质量要求较高，如选择不当，有可能会损伤变频器。 我们建议，对于控制功率较小的系统两种方式均可选用，而控制功率较大的系统以固定方式为好。 六、型号规格说明 以 WHG-37M3-PF 为例说明如下： WHG-设备型号（微机控制恒压供水设备） 37-控制水泵电机额定功率（KW） M-工频泵普通方式启动（C-Y-三降压启动方式，J-自耦降压启动方式） 3-控制主水泵数量（1-7） P-固定工作方式（X-循环工方式，空-一台变频） F-有辅助小泵（空-无辅助小泵）七、设备节能分析 根据理论分析，当电源电压一定时，电机消耗的功率与其转速 的立方成正比，即 N1 / N2 =( n1 / n2)3 其中 N1 和 N2 是电机消耗的功率， n1 和 n2 是相应于 N1 和 N2 的转速。当水泵的扬程一定时，其出水量与转速成正比，即： Q1 / Q2 = n1 / n2 其中， Q1 和 Q2 表示相应于 n1 和 n2 的水泵的出水量。因此在维持水泵压力恒定的条件下，通过调整水泵机组的转速从而调整水泵的出水量，就可以大大节约电机所消耗的功率而达到节能的目的。据统计大多数水泵实际平均供水量只是额定值的 70% 80% ，当供水量分别为额定值的 100% 、 90% 、 80% 、 70% 时，水泵的转速和功率与额定值之比将如下表所示： Q / Q0 n / n0 N / N0100% 100% 100%90% 90% 72.9%80% 80% 51.2%70% 70% 34.3%一般的说，变频调速恒压供水方式用于生活供水，节电效率很高，可达 50% ，用于工业供水则在 30% 40% 之间。对于郊区或农村用水量变化大的用户，变频调速恒压供水方式 更加优越。摘 要随社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。本设计是针对居民生活用水/消防用水而设计的。由变频器、PLC及PID调节器组成控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组之间的切换及速度，使系统运行在最合理的状态，保证按需供水。 本文介绍了采用PLC控制的变频调速供水系统，由PLC进行逻辑控制，由变频器进行压力调节。在经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等优点。关键词：变频调速 ； 恒压供水； PID调节； PLC ABSTRACTWith the rapid development of social economy, it demands the better of water supply s quality and reliability of water supply system. Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation, control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields.It is very important of the Water Supply System in Constant Pressure for the water supply in industrial and citizen existence. It is consist of the variable frequency and speed regulation, PLC, PID control system for the control system. It controls the outcome of the pumps. The generator pumps are consist of parallel three pumps, and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid. According to the water supply of constant pressures outcome water press and flux, the control system control the variable frequency and speed regulation, parallel pumps speed and cut over, cause the system move in the best rational situation, assure according to wants supply water. This design has many merits such as save energy.In this paper, the control principle of VVVF providing-water system is introduced, PLC is used to carry on logic control and invertered to modulate pressureThrough PID control principle. We realize Closed-loop control in VVVF Providing-water System. The result indicates that the system has the stable pressure, simple structure, and reliable work.Keywords： variable frequency and speed regulation； water supply of constant pressure； PID control system； PLC 目录摘 要. IABSTRACT .II1 绪论. 11.1变频恒压供水产生的背景和意义 .11.2变频恒压供水系统的国内研究现状. 31.3课题来源及本文的主要研究内容 .41.4本论文中所做的工作. 错误！未定义书签。2 恒压供水系统的基本构成 .63 变频器和压力传感器 .83.1 变频器的基本结构 83.2 变频器的分类及工作原理 .113.3 变频器的操作方式及使用 .123.4 变频器硬件选择 .133.5 压力传感器 .144 PLC选择及应用 .164.1 PLC在恒压供水泵站中的主要任务 .164.2 PLC