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机电一体化系统设计
机械工业出版社（2004年9月版）
2．黄筱调等编
机电一体化技术基础及应用
机械工业出版社（第一版）
3.赵松年、张奇鹏主编《机电一体化系统设计》北京：
机械工业出版社
表6
序号
题目
变频器类型①
电动机台数②
楼层范围③
森蓝
三菱
安川
2台
3台
6层
8层
61
鲁琦
★
62
成广振
63
后国军
64
赵亚乐
65
周光宇
66
石旭华
54
徐华
55
桑自峰
56
单炎炎
57
咸建业
58
党大伟
59
杨祖伟
60
马利蒙
摘要
以公寓变频调速恒压供水系统为例，介绍了用变频调速系统实现恒压供水及进行水压控制的具体方法，阐明了
系统的工作原理及其与一般供水系统相比的优越性，论述了变频调速供水系统在节能等方面的优点，为小型变频器恒压酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
供水系统设计提供了参考依据。
关键词：
变频器，变频调速，节能，PID，恒压供水
近年来，我国的能源工业面临着经济增长与环境保护的双重
压力，对电能的有效利用已经成为必然要求，交流变频调速技术
因其优越的调速性能和显著的节能效果[¨
，成为现代电器传动的
主要发展方向之一。
变频调速系统在我国将有广阔的市场前景。
恒压供水是指无论用户端用水量大小，总保持管网中水压基本稳
定，这样既可满足各部位的用户对水的要求，又不使电动机空转，
造成电能的浪费。
变频调速恒压供水系统的主要特点是：
高效节
能；
投入小，效率高；
配置灵活，自动化程度高，功能齐全，安全可
靠；
运行合理；
由于能对水泵实现软停和软启，可消除水锤效应；
操作简单，省时省力。
因此，变频器恒压供水系统将来必定成为
供水系统的主流。
1水泵调速方案的选择
1）水泵调速时，其输出扬程H与转速的平方成正比；
在流量
为零时，管道也需维持一定的水压P。
因为流量是随用户的用水
量随机变化的，控制的对象只能是水压，故调速系统应根据水压
构成闭环控制。
2）泵类机械称为减转矩负载，即随着转速的降低，负载转矩
大体与转速的平方成比例地减小。
故变频器可选用减转矩的SF
模式。
水泵的调速范围要求不高，一般不会低至额定转速的40％
（转差率S<
O．4）。
3）水泵进行调速时，消耗功率与转速的三次方成比例，据现
场实测显示，近似为2．5次的比例关系，在计算损耗和节电时可
以此为基础。
4）恒压供水系统要求压力恒定，而且压力要连续可调，故系
统应采用压力闭环控制。
压力闭环控制采用PID调节器可保证
供水压力P的动态稳定性和无静差，但由于转速本身又与压力存
在二次比例关系，使得这种系统不能保证电机的动静态品质。
故
采用内环为速度闭环的SF控制系统。
这种带压力反馈的SF控制
变频调速使恒压供水系统获得优良的特性和显著的节能效果。
2变频调速恒压供水控制系统的结构及工作原理
整个系统结构如图1所示，其中，压力调节器PID是三菱变
频器FR—E540型自带的控制系统，是由比例控制（P）、积分控制
（I）和微分控制（D）组合成的E3j。
用PID调节器和变频器构成闭
环系统控制，可以提高供水压力的控制精度，改善控制系统的动
态响应。
与虚线关联部分为SF变频器调速控制系统为内环。
系
统工作时，先启动主泵，管网水压达到设定值，变频器的输出稳定
在某数值上。
而当用水量增加，水压降低时，压力变送器将该信
号实时送入比较器与给定压力H比较，其差值输入PID控制
器，PID的输出量作为SF控制变频器的转差给定输入，从而控
制电动机的转速上升，水压力P恢复到给定值P，系统稳定运
行。
如果用水量增加很多，主泵达到最大流量仍不能使管网水压
达到设定值，将自动启动备用泵；
反之，当用水量减少时，可自动
切断备用泵。
变频器根据压力信号以双位控制方式达到恒压供
水的目的。
给
力
图1变频器恒压供水系统
3恒压供水设备容量的确定
系统的供水条件是满足在用水高峰时无断水现象。
供水设
备的容量大小决定水泵机组的流量与扬程，而这两参数的确定源
于用户对供水的需求。
3．1用户供水量的确定
取位置相对较高、供水较困难的用户为恒压供水对象。
根据
具体的供水时间和水流量，选取较大的供水量作为计算供水量。
3．2供水扬程计算
在扬程计算中，一般把最远最高建筑作为依据，理论上0．1MPa
的压力可获得10ITl扬程。
3．3驱动水泵的电动机功率计算Hj
P：
kTQ（H+z~-I）×
10一
。
r／r／p
式中：
P——电动机功率，kW；
Q——泵的流量，m3／s，取0．035m3／s（高于实际值10％）；
忌——裕量系数，常取1．05～1．7，这里取1．6；
y——流体密度，kg／m3；
H——扬程，ITI，取30m；
7广一泵的效率，一般取0．6-0．84，这里取0．7；
△H——主管损失扬程，ITI，取3m；
——传动装置效率，与电动机直接连接=1。
参考以上计算的结果，选取主泵和备用泵的容量。
4结语
该系统从实际情况出发，本着实用原则而设计，实用性、经济
性良好，节能效果显著，据初步估计，耗电量可降低42．5％。
另外，
摘要：
变频调速恒压供水控制装置能够极大地改善给水管网的供水环境，该系统可根据管网压力变化，自动调节水泵电机的转速和多台水泵电机的投入及退出，使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值，整个供水系统始终保持高效节能和运行在最佳状态。
变频恒压供水控制系统主要采用变频器，PID调节部分、压力传感器及低压电气等，对水泵进行恒压调速统。
它通过压力传感器感知管网压力变化，并将电信号传输给PID调节部分，经分析运算后，单片机输出信号给变频器，由变频器控制水泵转速。
在供水过程中水泵用水量大时增加水泵，用水量少时件泵，用水量极少及无人用水时进入小泵补压或进入休眠状态，这些都由单片机控制进行控制。
本文提出了一种变频调速系统方案。
该系统无需水塔或压力罐，提出了变频调速在一定条件下具有节能、调节性好、控制灵活及运行可靠等特点；
根据供水管网用水量的变化，自动调节供水泵的转数和台数，使供水管网始终保持恒定的设定压力和所需流量，高效节能；
并且具有相当高的性能价格比。
恒压给水，可编程控制器，变频器，PID调节铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
Abstract：
Through
change
the
frequency
to
adjust
press
of
water
supply
system
the
control
device
can
improve
environment
pipe
net
biggest.The
according
varieble
tube
pressure
regulate
pump
motor
turn
automatically
and
decide
if
more
engineering
used
or
not,so
it
make
exit
net'
s
main
stem
keep
at
constant
that
settled,
whole
keeps
always
efficiently
economic
circulate
in
best
situation
efficiently.
The
frequency-change
contains
transduser,
PID
regulated
part,
censor
low-pressure
electricity
divice
etc.,
use
pumps
carry
on
variable
speed
.It
spreads
censor’s
feeling
know
net’ated
after
analysis
operation,
sigle-chip
microcomputer
outputs
signal
transduer,
transduer
output
pump’s
speed.While
number
by
net’s
pressure,
while
is
very
few
no
man
water,enter
enter
dormancy
appearance,
these
are
all
controled
microcomputer.
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