变频供水设备的工作原理

发布者:广州市浩雄泵业有限公司 时间:2020年11月25日 21:27:40

 

  前言

  在了解变频供水设备的工作原理之前,首先我们要明白什么是变频供水设备。变频供水设备的全称是变频调速恒压供水设备,它是指采用交流变频器来驱动水泵电机并能根据管网压力变化实时调整水泵的运行速度以达到压力压力趋于恒定的二次供水系统。因此,变频供水设备的核心就是自动调速。

  变频供水设备的水泵为什么要调速

  供水设备上的水泵如果直接接通电源就会全速运行,也就是说水泵会直接工作在全载状态的,不管用水量多少都不会改变,我们知道水泵的流量和压力是成反比的,也就是流量变小的情况下压力会变大,因此,如果水泵不经过变频器驱动而直接接通电源的情况下,当管网用水量减小的时候,管网的水压会急剧上升;反之当用水量增大,压力又会迅速下降。整个用水过程压力波动非常大,这样不仅用水体验不好,还容易出现爆管危险。但如果如果能控制水泵的运行速度:小流量时低速运行,大流量时高速运行,这样就能就解决了用水量变化时候水压波动大的问题。由此,变频调速控制应运而生。那么,水泵如何调速才能做到恰到好处?

  变频供水设备调速的理论依据和原理

  我们已知:三相异步电动机的转速与频率的关系公式为n=60f/p,其中

  n:电机转速,转/分钟

  f:电源频率,在我国为50Hz

  p:电机磁极对数

  从公式我们可以看出,电机转速与频率高低是成正比的,也就是电源频率越高,电机转速越高;输出频率越低,电机转速越低。如果能改变电机的转速,那么同一个型号的泵,当转速改变的时候,工作点(流量扬程参数点)都会跟着发生变化。即用水量少的时候低转速低载荷运行,用水量大的时候高转速全载输出运行。

  从上面可以看出,要改变水泵的速度很容易,但是如何根据我们的想法去改变,这需要引入PID闭环控制这个概念。

  PID闭环控制——变频供水设备运行速度控制原理

  从上面介绍可知,改变电源频率可以改变水泵运行速度,那么速度如何来变化才符合供水需求呢?PID闭环控制理念可以轻松解决这一问题。PID控制是基于模糊动态控制的,基本原理是维持一个被控制量基本不变,就应该引这个量与目标量的恒值比较,形成一个闭环控制系统。也就是说我们要想保持供水设备水压的恒定,就必须引入水压反馈值与目标给定值来比较,如果目标压力值-反馈压力值的结果较大,则证明压力变化大(根据水泵流量和压力成反比特性,压力变化大证明用水量大了),此时需要增加输出频率以提升水泵运行速度补水;如果目标压力值-反馈压力值的结果较小,则证明压力偏差小(根据水泵流量和压力成反比特性,压力变化小证明用水量小了),此时需要降低输出频率以减速。如果目标压力值=反馈压力值,证明压力无变化或变化极小,此时证明用水量极小或已无人用水,可以考虑休眠待机。如此往复循环,即便实现了变频调速恒压给水的过程。变频供水不仅是压力恒压,还可以实现负载软启动和变功率运行,实现水泵的节能和长寿命运行。

变频供水设备工作原理图