1、概述

恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水网系的出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高水位箱、气压罐等设施实现的。

      近年来，随着变频调速技术的日益成熟，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在供水系统中得到广泛的应用。变频恒压供水系统对水泵电机实行无级调速，依 据用水量及水压变化通过微机检测、运算，自动改变水泵转速保持水压恒定以满足用水要求，是目前*********，合理的节能供水系统。与传统的水塔、高位水箱、气压 罐等供水方式比较，不论是投资、运行的经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势。

2、变频恒压供水控制系统的主要特点：

（1）高效节能。与传统供水方式相比变频恒压供水能节能30%-60%。

（2）占地面积小，投入少，效率高。

（3）配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。

（4）运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上的平均扭矩和磨损减少，水泵的寿命将大为提高。

（5）由于能对水泵实现软停和软起，并可消除水锤效应（水锤效应：直接起动和停机时，液体动能的急剧变人，导致对管网的极大冲击，有很大破坏力）。

（6）操作简便，省时省力。

3、变频恒压供水控制系统的主要应用场合

（1）高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水。

（2）各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等。

（3）中央空调系统。

（4）自来水厂增压系统。

（5）农田灌溉，污水处理，人造喷泉。

（6）用水量变化大，供水压力要求稳定及各种流体恒压控制系统。

4、变频恒压供水的节能原理

    图1

        图1为水泵调速时的全扬程特性（Ｈ－Ｑ）曲线。横坐标为水泵流量Q，纵坐标为水泵扬程H。泵的扬程和出水压力是线形关系，因此也可近似表示为出水压力P。H1A是恒压线，n₁、n₂、…n₀是不同转速下的H-Q特性。可见，在n₁转速下，如果通过控制阀门开度使流量从Qa减小到Qc时，压力将沿n₁曲线升高到D点。很显然，在减少流量同时，提高了压力(DC段是压力升高值)。如果将转速由n₁减小到n_3，则流量沿着恒压线从Qa减小到Qc时，而压力没变。

       据水泵的特性曲线公式：

P_L=QρH/η_b·η×10^-3-------------------------(1)

         式中： P_L─水泵使用工况轴功率（ｋＷ）；

　　　           Q─泵每秒排出的流量；

           ρ─液体的比重（N/m³），水的比重ρ=9810 N/m^3；

           H─泵的扬程；

          η_b─泵的效率；

        η─传动机构的效率；

        可以求出运行在D点和运行在C点的水泵工况轴功率分别为：

    P_D= Q_CΡH₂/η_b·η×10^-3----------------(2)

    P_C= Q_CΡH₁/η_b·η×10^-3----------------(3)

         两者之差为：

   ΔP= P_D－P_C= Q_CΡ(H₂－H₁)/η_b·η×10^-3------(4)

      也就是说，用阀门控制流量时，有ΔＰ功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，根据流量Ｑ、扬程Ｈ、功率Ｐ和转速Ｎ之间的关系，有：

Q₂ / Q₁=N₂ / N₁

H₂ / H₁=(N₂ /N₁ )² ----------------(5)

P₂ / P₁=( N₂ / N₁ )³

      由 （５）式可知，流量Ｑ与转速Ｎ的一次方成正比；扬程Ｈ与转速Ｎ的平方成正比；轴功率Ｐ与转速Ｎ的立方成正比，即功率与转速成３次方的关系下降。如果不是用 关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，从而获得图１中H2-H1-C-D矩形区域大小的节能效果，这就是水泵调速节能原理。  

      变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：

          N=60f(1-s)/p  ----------------(6)

       由（６）式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，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。这就是水泵变频调速的节能作用。

5、变频调速控制系统的设计原理

目前水泵控制系统中使用变频调速技术，大部分是采用闭环调速控制，即自动采集外界条件的变化如压力等信号通过PID调节来改变变频器的频率值，以达到调速目的。变频调速控制系统原理框图如图２所示。

 图 2

通过采集供水点水压,反馈至控制器，与水压设定值比较,产生的偏差经PID调节后输出信号至变频器,实现水泵电机的变频变速运行,从而获得稳定的出水水压。

系统主要由四部分组成：

（１）水泵电机;

（２）变频调速器;

（３）压力传感器

（４）控制器（PID调节）

系统的控制过程为：由压力传感器将出水口压力测出，并转换成与之相对应的0—5V（或4～20mA等）标准电信号，送到控制器与工艺所需的设定值进行比较，得出偏差。其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号经过处理送到变频器，从而使变频器将输入为380V／50Hz的工频交流电变成输出为0～380V／0～50—60Hz连续可调电压与频率的交流电，直接供给水泵电机。

水泵电机装上变频调速器后，节能效果非常显著，经过实测，比未装变频器节约43%左右的电能，而且生产工艺稳定。
       （1）节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，减少了无功功率消耗，具有明显的经济效益。

（2）采用变频调速技术后，电机定子电流下降，电源频率下降，水泵出水压力恒定。由于电机水泵的转速普遍下降，电机水泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。

（3）系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高。

（4）由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。