水泵恒压供水变频节能改造方案

一、水泵使用情况概述

工业企业生产设备的负荷大部分是交流异步电动机，仅电动机的耗电量约占企业全部电耗的65%左右，尤其水泵类负荷的效率比较低。在2002年中国加入世贸组织之后，企业必须通过降低成本来提高经济效益。才能增强竞争力，在降低生产成本中，节约用电是一个重要的经济举措。例如某一供水站，供水系统是根据用水量的需求进行调节，是采用调整泵出口阀门来调节流量，需要专人值守，在不同的用水情况下，人工开关阀门。劳动强度较大，同时，由于阀门的强制节流使管道内形成旋涡冲击，电动机产生了强烈的振动和噪声，降低了水泵和管网的使用寿命、增加了维护修理的成本。再就是由于电动机的转矩基本恒定，这种调节方式形成的供水压力较高，造成严重的节流功率损失，泵的效率降低，造成电力的浪费严重。

二、水泵变频节能改造的调速性能

水泵在改变转速时，其内部几何尺寸没有改变，所以，据水泵的相似原理可知：当转速变化时，流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，得出：同一台泵当转速变化时，水泵的主要性能参数将接上述比例定律而变化，并且，在变化过程中可保持效率基本不变，若水泵机组转速可调，我们就可以改变某台水泵的转速以适应当时需水量的变化，这样就可以避免水泵机组在低效率区域运转造成的电动机过载，另一方面，也可以避免供水压力偏高所造成的浪费。同时，水泵随着转速的变慢而使轴功率大为减少，电动机输入功率也随之减少，这就是调速水泵在供水系统中所起的节能作用。

三、水泵变频节能改造的机泵原理

根据交流电动机工作原理中的转速关系，n=60f(1-s)/p,从公式中得出：均匀改变电动机定子绕组的电源频率，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少，这就是水泵调速的节能作用。

交流电动机转速特性为一条稍向下倾斜的曲线，如图A所示，调速时的特性仍为稍向下倾斜曲线，是在不同频率时相互平等的一组曲线，如图B所示：

从图 A、图B中可以看出，变频器的调速特性基本保持了电动机固有的转速特性，它是一组不同频率时相互平行的特性曲线。

变频调速具有以下优点：

• 转差率小，转差损失小，效率可高达90~95%以上。
• 实现平滑地无级调速，精度高，调速范围宽（0~100%），频率变化范围大（0~50Hz）。
• 起动转矩大（可达额定值的1.1倍），实现软启动减轻启动电流的冲击。
• 提高电网侧功率因数。
• 变频器可采用高速度的16位CPU与专用的大规模集成电路配合，用软件实现V/f自动调整，具有与计算机可编程控制器联机控制的功能，容易实现生产过程的自动控制。
• 安装容易，调试方便，操作简单。
• 不仅适用于水泵，风机类负荷的节能调速，而且也适用于旧设备的改造，对改善工艺条件，提高产品质量都有其明显作用。

四、水泵恒压供水变频控制原理

恒压供水的实质是为了满足用水流量的要求并实现自动控制。因为供水管道中水压的大小与供水能力和用水需求，最终反映在水压的变化上，所以通常都是用水压来间接控制用水流量的大小；即只要保持供水管道上的压力，也就保证了该管道中的供水流量与用水流量的平衡。也就达到了恒压供水的目的。原理图如下：

1、系统稳定时

水泵供水流量与用水流量处于平衡状态时，供水压力稳定在设定值，且无变化。此时供水压力测量信号(反馈信号)与给定信号(目标信号)基本相等，水泵在变频器输出的某一频率下运行。

2、用水流量减小时

用水流量的减小将导致水泵供水流量大于用水流量，则供水压力上升，供水压力测量信号(反馈信号)增大，则设定值与供水压力测量信号之差减小，变频器内置PID产生负的控制量，结果使变频器的输出频率下降，电动机的转速也下降，水泵的供水流量也下降，水压也开始下降使之回复到给定区(目标值)，系统又处于平衡状态。

3、用水流量增加时

当用水流量增加时，供水压力会下降，则供水压力测量信号(反馈信号)减小，则设定值与供水压力测量信号之差增大，变频器内置P1D产生正的控制量，结果使变频器的输出频率上升，电动机的转速也上升，水泵的供水流量增加，供水压力也开始上升使之回复到给定值(目标值)，系统又处于平衡状态。