基于PLC的变频恒压供水系统研究

　　1　变频恒压供水系统简介

　　1.1　基本特性

　　扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提,表明水泵在某一转速下,扬程H与流量Q之间的关系曲线H=f(Q),如图1所示。由图可以看出,流量Q越大,扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下,流量的大小主要取决于用户的用水情况,因此,扬程特性所反映的是扬程H与用水流量QU之间的关系H=f(QU)。

　　管阻特性是以水泵的转速不变为前提,表明阀门在某一开度下,扬程H与流量Q之间的关系曲线H=f(Q),如图1所示。管阻特性描述了水泵的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动的阻力变化规律。由图可知,在同一阀门开度下,扬程H越大,流量Q也越大。由于阀门开度的改变,实际上是改变了在某一扬程下,供水系统向用户的供水能力,因此,管阻特性反映的是扬程H与供水流量QG之间的关系H=f(QG)。扬程特性曲线与管阻特性曲线的交点,称为供水系统的工作点,如图1中的A点。在该点上,供水系统既满足了扬程特性,又符合了管阻特性,即用户的用水流量QU和供水系统的供水流量QG达到平衡状态,系统稳定运行。

　　1.2　变频调速原理

　　变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水,并且把电机和水泵做成一体,通过变频器调节异步电机的转速,从而改变水泵的出水流量来实现恒压供水,因此,供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速从而实现调速的。

　　异步电机的转差率定义为:s=1-(n /n0)

　　异步电机的同步速度为:n0=60f/p

　　异步电机的转速为:n=60f(1-s) /p

　　式中:n0为异步电机的理想空载转速;n为异步电机转子转速; f为异步电机的定子电源频率;P为异步电机的磁极对数。

　　从上式可知,当磁极对数P不变时,电机转子转速n与定子电源频率f成正比,因此连续调节异步电机供电电源的频率,就可以连续平滑地调节电机的同步转速,从而调节其转子的转速。

　　1.3　水泵调速运行的节能原理

　　在供水系统中,通常以流量为控制对象,由水泵管道供水原理可知,调节供水流量有2种方法:一是阀门控制,开大供水阀,流量上升;关小供水阀,流量下降。阀门控制调节法是通过调节阀门开度的大小来调节流量,而水泵电机转速保持不变,其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量,因此,管阻特性将随阀门开度的改变而改变,但扬程特性不变。二是转速控制,水泵转速升高,供水流量增加;转速下降,流量降低。转速控制调节法是通过改变水泵电机的转速来调节流量,而阀门的开度保持不变,其实质是通过改变水的势能来改变流量,因此,扬程特性将随水泵转速的改变而改变,但管阻特性不变。对于用水流量经常变化的场合(例如生活用水),采用变速控制调节流量,具有优良的节能效果。