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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于ABB变频器的恒压供水系统的设计齐亚德阿西奥贝德，纳斯里苏莱曼和M.N.哈米顿博特拉大学工程学院，电气与电子工程部摘要变频器恒压供水系统是一个比传统供水方式更加高效，节能的解决方案，相对传统方式能够节能50以上。根据在特定的速度下，出水口和管道内水压与电机转速和运动频率之间的关系这一性能,可以实现变频调速恒压供水。这里介绍了恒压供水系统中使用ABB的ACS510驱动器和控制器。实际运行表明，所设计的系统，可以在误差允许的范围内，实现对设定的压力进行跟踪。假如一年工作8000小时，该系统可比阀门节流方式降低能耗54.4。1. 引言无论是在生产上还是生活上，恒压供水系
2、统被广泛使用。相比传统的水塔和高水箱的方式，新的变频恒压供水供电系统具有设备投资少，系统的稳定性强，自动化程度高的优势。该泵是一个典型的平方转矩类负载，这意味着它的扭矩和速度的平方成正比，和流动速度成正比，因此功率损耗是和速度是成正比的。当使用节流阀方式时，无论阀门开度如何，电机始终为额定转速。假设供水系统是理想态，阀门开度为80，在这一点上，速度为n1，功率为p。在相同的情况下，当涉及到变频的方式，不仅降低电机额定转速的80，而保持阀全开能满足供水需求。与这一点上的功率损耗P2与P1具有下列关系， （1）从公式（1）可以看出，与传统供水方式相比，阀门的开度是80，变频控制方式损耗功率只有传统
3、方式的0.512倍。通常情况下，电动机的容量因留有一定的余量而比实际需求更大，也就是说电机不能正常工作在额定状态和速度达不到最高，即使是在用水高峰期。变频恒压供水系统节能潜力巨大。本文所设计的供水系统运行了半年多，相比传统的方式，本系统节能54.4。目前，形成广泛的变频恒压供水系统由PLC，单片机，其他特殊控制器加逆变器这些额外的控制器不仅增加了成本，而且还系统的故障率。在本文中，我们要设计一个恒压供水系统，并根据实际运行结果证明，舍弃专用控制器只使用逆变器还可以实现稳定的恒压供水，达到同样的节能。2. 恒压原理2.1、供水系统的特点 供水系统的特点如图1所示，保持阀门打开不变，电机速度改变，
4、反映扬程H和流量Q之间的关系。保持电机转速不变，改变阀门的开度，反映扬程H和流量Q之间的关系。在扬程和流量的变化交汇点，系统同时满足两者，水消耗和水供给达到平衡，从而可以稳定运行。交叉点被称为供水系统的工作点，用水量是根据用户的需要随时间变化的。因此供水系统的任务是准确控制水流，使流量与耗水量动态平衡，以确保系统稳定运行。图1 供水系统工作点特性，H是指供水系统的扬程，Q是系统的流量。2.2、变频供水系统的原理从上一节中，供水系统稳定运行压力不变可以实现对供水流量的精确控制。当阀门开度不变，改变电机的转速可以改变流量。电机转速n与频率f的关系，其中p是极对数，s为转差率。公式（2） （2）根据
5、改变电机的电源频率变化的速度，然后改变供水流量，这是变频供水系统的原则。3. 变频恒压供水系统的设计3.1、耗水量的计算和分析 居住区用水量主要包括生活，消防用水，绿化用水和其他不确定水等几部分组成。生活用水量是最重要的用水需求分析依据，因为生活用水占总用水量的比例最高。根据建筑学标准供水流量的计算方法公式（3），作为流量最高时的水流量。 （3）Qh是在一个小时内，水的最大消耗量，它的单位是立方米/小时。Qd是一天的水流量，假设住宅区有600户居民，平均每户3.5个人，人口总数为2100个人。根据城市住宅标准：在日常生活中每人不应该少于230升的供水量，在这个系统里，我们假设每人300升，照公
6、式（3）所示， Qd是630立方米。Kh是小时变化系数，这意味着一天中最大小时用水量比例高于平均一小时的用水量，在我们的城市的Kh可以选择为2.5。 T是在一天中的水的使用时间，选择为20小时。然后可以计算出Qh值是78.75立方米/小时。居住最高的12层，根据每一层3.5米高，则扬程为48米的水泵满足要求。泵和电机的效率和系统的免税额的综合考虑，选择三个45KW泵能满足供水需求。3.2、系统结构 变频调速恒压供水系统的原理如图2所示。系统由控制器，执行器和检测环节组成，形成一个闭环控制系统。变频器作为整个系统的控制核心，根据一个给定的压力和泵速变化频率及泵转速之间的偏差，实现精确的压力控制。
7、变频调速恒压供水系统的主电路如图3所示。图2.变频调速恒压供水系统示意图。它是由逆变器，水泵电机和压力表组成的闭环控制系统。图3 恒压供水系统ACS510主电路是系统的控制核心，它的输出是直接到三台电机，根据实际压力反馈决定应该是启动电机还是启动变频电机。根据变频器的输出第一个泵变频启动，当水压不足，变频泵改工频运行，变频启动第二个泵，如果水压压仍不足，第二台泵工频运行，变频启动第三泵。通过调整到泵的数量和调整水泵电动机速度,实现恒压供水。该系统不使用单独的控制器，但通过变频器内置PID调节功能，所以在硬件配置，根据住宅区的实际用水需求，系统由一个逆变器，三个45KW水泵电机，一个远程压力传感
8、器，6个交流接触器，空气断路器和中间继电器和指示灯等辅助设备组成。选择ABB公司的ACS510，ACS510-01-088A-4系列标准变频器，系统I / O接线板如图4所示。Fig.4变频器I/O接线图。该系统分为手动运行方式和自动运行方式，当系统手动运行，AI1是电机的给定速度，AI2压力传感器反馈的实际压力值，它是变频器输出频率的重要依据。4. 系统运行测试4.1、出水口压力系统已投入运行超过半年，现在仍然运行稳定，该恒压供水系统能够满足要求。图5所示为站点观察到一天不同时间出水口压力的记录曲线。从图5可知，根据实际需求，不断改变该系统的设定值，系统反馈值成功地实现了对设定压力的跟踪。为
9、了保护电机，减少瞬间电流冲击，当电机加速和减速。变频器参数的上升和下降时间设置长为60秒。由于水流量变化的时刻和压力值波动两个原因，压力设定值和实际有一些偏差，但偏差在可接受的范围内。图5.实时压力曲线，X轴表示一天的运行时间，Y轴表示实际的反馈和设定压力值，他们都满足恒压供水。4.2、节能效果系统运行半年多，约50的时间系统工作在80的额定转速下，30的时间在70额定转速下工作，20时间在60额定转速下工作。假设系统全年8000工作小时，用单向阀控制消耗电力359兆瓦时，而使用频率控制系统消耗电力为164兆瓦时，节约能源54.4。根据发出1兆瓦时电力二氧化碳排放量为0.5吨计算，变频恒压控制系统每年可减少二氧化碳排放量97吨。5. 结论 系统投入使用，已超过六个月，仍能稳定运行。并能满足一个住宅小区的水供。通过使用变频调速控制之前和之后的功耗比较，所设计的系统节能效果明显，是一种有效和可行的恒压供水计划。这种设计节省了目前广泛使用的PLC，以及其他特殊的控制器，但需使用内置PID频率调整功能的变频器，变频器成为控制系统的控制器和驱动器，由于不使用PLC或其他特殊的控制器，使系统成本降低显着，操作更简单，更易于维护和减少系统的故障。专心-专注-专业