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摘要：近年来，随着建筑业和电子技术的发展，建筑给排水工程也在创新和节能方面得到了相应的发展。特别是随着交流电机调速技术越来越成熟，变频器被越来越多的应用于建筑供水系统上。我们的工程技术人员通过变频调速恒压供水设备的安装使用，对变频调速技术有了一定的了解。
关键词：变频器 变频调速 恒压供水 供水系统
1 前言：生活供水既要满足用水高峰和低谷时的不同流量要求，还要保证相对恒定的供水压力，以确保供水质量。加压水泵是根据用水高峰时的流量和压力来选择的。但在用水低谷时，水泵在小流量或小流量以外工况下工作，这时就会有相当一部分的能量损失，造成极大的浪费；而如果选择较小功率的水泵，在用水高峰时，随着用水量的增加，水泵出口压力会降低，可能造成部分高层住户无水用的状况，严重地影响居民的用水生活质量。在这种情况下，采用变频恒压供水装置，上述难题就迎刃而解。
2 变频器工作原理
变频器的工作原理主要是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路可分为电压型和电流型两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，一是将工频电源变换为直流功率的“整流器”，二是吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，三是将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
3 变频调速恒压供水技术
3.1 工作原理：
根据用户需要，先设定供水压力值（可调），然后运行，压力变送器检测管网压力变为电信号送至PID微機控制器，经分析处理输出信号控制变频器。当用水量增加时，其输出压力及频率升高，水泵转速增加，出水量增加。当用水量减少时，使水泵转速减小保持管网压力恒定，运行在设定压力值。在多台水泵运行时，逐台泵启动，由变频转工频，增加出水量；用水量减小时，逐机先启动的先停运，减少出水量，水泵循环工作。
3.2 主要功能特点：
不用设高低位水箱（池），减少占地面积和建筑成本
充分利用市政管网压力，节能环保
系统恒定压力供水，确保供水质量
水池低水位（设低位水池时）自动监测、报警并停机，当水位恢复时自动回复工作状况
全自动运行，另有手动运行方式，操作简便
可以直接以实际数字值设定和显示工作压力，客观明了
预置RS485/232通信口，方便实现远程计算机监控，自动化程度高
可以随时改变供水设定压力（但不能超过水泵的最大扬程）
泵组循环工作，最大限度保护泵组电机
3.3 系统硬件构成
系统采用压力传感器、PLC和SAJ变频器作为中心控制装置，实现所需功能。来源：安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20 mA的电流或者是0~10V的电压信号，提供给SAJ变频器。
SAJ变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50 Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。SAJ变频器功能强大，即预先编制好的参数集，将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。变频器根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。
4 变频恒压供水系统组成和工作流程
4.1 系统组成
变频恒压供水系统通常是由水源、离心泵（主泵和辅泵）、压力传感器、PID调节器、变频器、管网等组成。
4.2工作流程
利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈到PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。
用变频器进行恒压供水时有两种方式，一种是一台变频器控制一台水泵；另一种是一台变频器控制几台水泵。前种方法是根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单。后种需要利用恒压供水器PLC（如图），当变频器被投入自动运行时，1#泵电机接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出水管网的压力信号与恒压供水器PLC管网压力设定信号负反馈闭环，当电机频率上升到最高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通1#泵，使1#泵全速投入运行，同时变频器经过时间延迟，对2#泵进行变频控制。当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制当前变频电机维持在一定的频率，当水需求量减少，管网压力逐渐升高，变频器输出频率降低，当变频器输出频率低至0HZ，而管网在一定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频控制泵，转而控制下一个工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统可靠性。
此种方式一般要求自灌式，水泵从水源中直接取水，不能直接安装在管路上增压。而水池的污染也是目前用户不能接受的，因此，我们一般采用供水装置自带一个不锈钢水箱，连通市政管网和变频供水设备，这样既充分利用了市政管网的压力，达到节能目的，又避免了水池的二次污染。
此种供水设备是目前主要采用的。
5 变频恒压供水系统的运行特点
变频恒压供水装置的流量调节依靠处于工作状态的主泵的数量增减以及变频主泵的频率变化来调节。不管处于工作状态的主泵有几台，变频调速的主泵只有一台。安装在水泵出口管路上的压力传感器会将压力信号传给PLC，PLC根据相应的压力信号对泵组进行控制，增加或减少处于工作状态的泵的数量。PLC将变频信号传给变频器，由变频器控制电源频率的变化（有时，电源频率也可由变频器根据压力传感器的压力信号直接作出反应，而不必通过PLC）。根据装置扬程的要求,PLC或变频器中存有一个出口压力的设定值（恒压）。当系统用水量增加时，变频水泵出口压力会低于设定值，变频器的频率会逐步增加（一般是从 30HZ 到50HZ变化），这样，泵出口压力就会上升，达到设定值时，变频器的频率就会停止增加。如果频率增加到工频时，泵出口压力仍低于设定值,PLC便会发出增加水泵投入工作指令，并且变频器的输出频率值被置为30HZ，由30HZ再次上升，直到出口压力等于设定值。如果系统用水量减小，泵出口压力会上升，这时出口压力高于设定值，变频器的频率会逐步减小，这样，泵出口压力就会下降，达到设定值时，变频器的频率就会停止下降。如果频率下降到30HZ时，泵出口压力仍高于设定值，PLC 便会发出减泵指令，接着变频器的频率再次由30HZ上升，直到出口压力等于设定值。
6 结语
变频调速恒压供水系统具有设备投资少，系统运行稳定可靠，占地面积小，节电节水，自动化程度高，操作控制方便等优点。随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频供水设备已广泛应用于多层住宅小区生活供水系统及高层建筑生活和消防供水系统。但在实际应用中若选型及控制不当，不但达不到节能目的，反而会造成电能“浪费”。因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开
关键词：变频器 变频调速 恒压供水 供水系统
1 前言：生活供水既要满足用水高峰和低谷时的不同流量要求，还要保证相对恒定的供水压力，以确保供水质量。加压水泵是根据用水高峰时的流量和压力来选择的。但在用水低谷时，水泵在小流量或小流量以外工况下工作，这时就会有相当一部分的能量损失，造成极大的浪费；而如果选择较小功率的水泵，在用水高峰时，随着用水量的增加，水泵出口压力会降低，可能造成部分高层住户无水用的状况，严重地影响居民的用水生活质量。在这种情况下，采用变频恒压供水装置，上述难题就迎刃而解。
2 变频器工作原理
变频器的工作原理主要是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路可分为电压型和电流型两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，一是将工频电源变换为直流功率的“整流器”，二是吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，三是将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
3 变频调速恒压供水技术
3.1 工作原理：
根据用户需要，先设定供水压力值（可调），然后运行，压力变送器检测管网压力变为电信号送至PID微機控制器，经分析处理输出信号控制变频器。当用水量增加时，其输出压力及频率升高，水泵转速增加，出水量增加。当用水量减少时，使水泵转速减小保持管网压力恒定，运行在设定压力值。在多台水泵运行时，逐台泵启动，由变频转工频，增加出水量；用水量减小时，逐机先启动的先停运，减少出水量，水泵循环工作。
3.2 主要功能特点：
不用设高低位水箱（池），减少占地面积和建筑成本
充分利用市政管网压力，节能环保
系统恒定压力供水，确保供水质量
水池低水位（设低位水池时）自动监测、报警并停机，当水位恢复时自动回复工作状况
全自动运行，另有手动运行方式，操作简便
可以直接以实际数字值设定和显示工作压力，客观明了
预置RS485/232通信口，方便实现远程计算机监控，自动化程度高
可以随时改变供水设定压力（但不能超过水泵的最大扬程）
泵组循环工作，最大限度保护泵组电机
3.3 系统硬件构成
系统采用压力传感器、PLC和SAJ变频器作为中心控制装置，实现所需功能。来源：安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20 mA的电流或者是0~10V的电压信号，提供给SAJ变频器。
SAJ变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50 Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。SAJ变频器功能强大，即预先编制好的参数集，将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。变频器根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。
4 变频恒压供水系统组成和工作流程
4.1 系统组成
变频恒压供水系统通常是由水源、离心泵（主泵和辅泵）、压力传感器、PID调节器、变频器、管网等组成。
4.2工作流程
利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈到PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。
用变频器进行恒压供水时有两种方式，一种是一台变频器控制一台水泵；另一种是一台变频器控制几台水泵。前种方法是根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单。后种需要利用恒压供水器PLC（如图），当变频器被投入自动运行时，1#泵电机接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出水管网的压力信号与恒压供水器PLC管网压力设定信号负反馈闭环，当电机频率上升到最高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通1#泵，使1#泵全速投入运行，同时变频器经过时间延迟，对2#泵进行变频控制。当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制当前变频电机维持在一定的频率，当水需求量减少，管网压力逐渐升高，变频器输出频率降低，当变频器输出频率低至0HZ，而管网在一定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频控制泵，转而控制下一个工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统可靠性。
此种方式一般要求自灌式，水泵从水源中直接取水，不能直接安装在管路上增压。而水池的污染也是目前用户不能接受的，因此，我们一般采用供水装置自带一个不锈钢水箱，连通市政管网和变频供水设备，这样既充分利用了市政管网的压力，达到节能目的，又避免了水池的二次污染。
此种供水设备是目前主要采用的。
5 变频恒压供水系统的运行特点
变频恒压供水装置的流量调节依靠处于工作状态的主泵的数量增减以及变频主泵的频率变化来调节。不管处于工作状态的主泵有几台，变频调速的主泵只有一台。安装在水泵出口管路上的压力传感器会将压力信号传给PLC，PLC根据相应的压力信号对泵组进行控制，增加或减少处于工作状态的泵的数量。PLC将变频信号传给变频器，由变频器控制电源频率的变化（有时，电源频率也可由变频器根据压力传感器的压力信号直接作出反应，而不必通过PLC）。根据装置扬程的要求,PLC或变频器中存有一个出口压力的设定值（恒压）。当系统用水量增加时，变频水泵出口压力会低于设定值，变频器的频率会逐步增加（一般是从 30HZ 到50HZ变化），这样，泵出口压力就会上升，达到设定值时，变频器的频率就会停止增加。如果频率增加到工频时，泵出口压力仍低于设定值,PLC便会发出增加水泵投入工作指令，并且变频器的输出频率值被置为30HZ，由30HZ再次上升，直到出口压力等于设定值。如果系统用水量减小，泵出口压力会上升，这时出口压力高于设定值，变频器的频率会逐步减小，这样，泵出口压力就会下降，达到设定值时，变频器的频率就会停止下降。如果频率下降到30HZ时，泵出口压力仍高于设定值，PLC 便会发出减泵指令，接着变频器的频率再次由30HZ上升，直到出口压力等于设定值。
6 结语
变频调速恒压供水系统具有设备投资少，系统运行稳定可靠，占地面积小，节电节水，自动化程度高，操作控制方便等优点。随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频供水设备已广泛应用于多层住宅小区生活供水系统及高层建筑生活和消防供水系统。但在实际应用中若选型及控制不当，不但达不到节能目的，反而会造成电能“浪费”。因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开