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1.2变频调速恒压供水的节能分析
图1.1恒压供水系统特性图
如图1.1所示，供水系统阀门开度不变是系统扬程特性曲线的前提，扬程特性曲线表明了水泵在一特定转速下扬程H与流量Q之间的关系。由于供水系统的阀门开度和转速不变，流量Q近似为用水量，用Qu表示，所以图1.1中扬程特性曲线反映的是H与用水量Qu之间的函数。水泵的转速不变是管阻特性曲线的前提，管阻特性曲线表明了阀门在某一特定开度下扬程H与流量Q之间的关系。管阻特性，顾名思义，主要体现了水泵供水时克服各种阻力的变化规律。管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系，扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图1.1中A点。在A点，用户的用水量Qu和供水系统的供水量Qc处于平衡状态，既满足了扬程特性，同时符合了管阻特性，此时系统处于稳定运行状态[6]。
图1.2管网、水泵的运行特性曲线
由流体力学知识可知：
其中，P为水泵的输出功率，H为管网的压力，Q为出水流量，k、k1、k2、k3为比列系数，由公式可得，水泵的输出功率与管网的压力和出水流量的乘积成正比；n为水泵的转速，转速与出水流量成正比；管网的水压与出水流量的二次方成正比；水泵输出功率与转速的三次方成正比[7]。因此，转速的大小对水泵的输出功率影响很大，减低转速可以很好地减小水泵输出功率，从而大大降低了能耗。
如图1.2所示，系统在某一时刻的工作点为E点，此时的扬程为H0，出水流量为Q1，另一时刻，供水量从Q1降低到Q2，如果采用的是传统的阀门控制法的话，就必须关小阀门，这时阻力曲线由原来的b3变化为最上端的b1，即阀门关小后其摩擦阻力变大。但此时扬程特性不变，扬程由原来的H0变为现在的H1，水泵的工作点也由原来的E点变为现在的F点，水泵的输出功率与H1和Q2的乘积成正比，即此时输出功率与矩形H1FQ20成正比。并且此时扬程变大，即水压增大。如果采用变频调速恒压控制，即保持扬程不变，改变水泵转速，使管阻特性为图中的b2，扬程特性为图中的n2，这样，水泵的工作点就变为现在的D点，同理，水泵的输出功率正比于现在矩形H0DQ20的面积。显而易见，图中正比于矩形H1FDH0面积的部分即为节省的功率，所以本文所阐述的变频调速恒压供水方式要比阀门控制供水时水泵的输出功率要小得多，有着十分显著的节能效果[8]。
1.3本课题应该达到的目的
本课题是根据一般城市小区的供水要求，设计了一套由一台变频器拖动三台水泵组成的变频调速恒压供水系统，并且加上了一台工频备用泵。供水系统由泓格分布式测控模块、变频器、水泵机组、压力传感器、液位传感器和互感器、变送器等辅助设备构成。采用变频器实现对三相水泵电机的变频调速，压力传感器检测当前水压信号，与设定值比较在变频器内置的PID中进行运算，从而控制变频器的输出频率， 通过对水泵供电频率的变化来改变水泵转速，从而改变供水量，使压力文持在设定值上下一定的范围内。
1.4设计思路
本论文采用一个变频器拖动三台水泵工作的方式，为实现变频调速恒压供水，主要有以下三个方面组成。
（1）变频调速恒压供水系统控制回路来控制各水泵的启停和变频和工频运行方式的切换；
（2）主电路接线，各接触器与变频器和水泵的接线方式。
（3）检测回路。包括管网水压检测、水池内液位检测、变频器频率检测和各开关量检测等等，这些构成了水泵运行状态改变的条件以及监控系统是否正常运行。
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