变频水泵的控制原理

变频水泵的控制原理

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