變頻調速泵在二次加壓系統和消防系統中應用探討
變頻調速泵在二次加壓系統和消防系統中應用探討
隨著科學技術的迅猛發展，電力電子技術、微電子技術及現代控制理論的不斷進步，又因為變頻器所具有的高效率性能和良好的控制特性，目前在交流電動機的速度控制中較多采用。使用變頻器一個突出的優點就是節省能源，而且通過發揮其理想的控制特性，二次加壓系統使用性能可以大幅提高。但在智能建筑中，生活給水和消防給水各有其特點，在節能和可靠性方面要作具體分析，從而選擇更合理控制方式。
1、二次加壓系統變頻調速的基本原理
由離心泵原理，在相似情況下水泵的流量、揚程和功率分別與其轉速的一次方、二次方和三次方成正比。對于用水經常變化的場合，二次加壓系統采用變頻調速泵供水，可以顯著降低節流損耗，具有明顯的節能效果。按用途建筑給水分為生活(生產)給水和消防給水二大類。在生活二次加壓系統中采用變頻泵調速控制，具有節能，供水壓力可調等突出優點，在國內外獲得了愈來愈廣泛的應用。在消防給水中對穩壓泵以及在消防泵巡檢時最好采用變頻控制，但在消防泵滅火控制中應采用直接啟動或降壓啟動控制方式。
三相交流電動機的轉速與頻率、極數及轉差率之間的關系如下：
n=60f(1—s)／p其中:
n——每分鐘的轉速；
f——交流電的頻率；
s——轉差率；
p——磁極對數。
在三相電動機中對轉速的調節有多種方法，如通過調整交流電的頻率、電動機的極數以及轉差率來實現。以往人們通過對電機的極數變化來調整電機的轉速，很少采用頻率調節，但隨著電力電子技術、微電子技術的發展，變頻控制技術的不斷成熟，人們發現通過調整電源的頻率調速要比通過調整電機的極數與轉差率調速方便得多，效果也好得多。所以現在，一般我們對三相交流電動機進行轉速調整都通過調節三相交流電的頻率來實現，其應用范圍越來越廣。以下是其在智能建筑中的一些應用。
2、變頻器在恒壓自動二次加壓系統中的應用
在智能建筑日益增多的今天，供水問題成為業主比較關心的問題，所以變頻恒壓自動二次加壓系統便提上了日程。以前在一般建筑的建設中往往需要建設一個二次加壓系統水泵房并采用變頻器實現恒壓自動供水。一般情況下，為保證建筑的供水正常，在設計時往往設計成“一用兩備”三臺水泵。由一臺變頻器(附加PID調節器、單片機、PLC等器件構成控制系統)拖動三臺水泵循環運轉。與空調水泵控制不同，二次加壓系統自動控制系統通過壓力傳感器采集管網中的壓力并將其轉換成模擬信號進行變頻控制。這樣變頻恒壓二次加壓系統直接取代水塔、高位水箱及傳統的氣壓罐供水裝置，為局部加壓供水開辟了新的途徑。另外由于水泵耗電功率與電機轉速的三次方成正比關系，所以水泵調速運行的節能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節省40％。與可編程控制器結合使用，可實現循環變頻，電機軟啟動，具有欠壓保護、過壓保護、短路保護、過流保護功能，工作穩定可靠，大大延長了設備的使用壽命。下面以遼寧省某市寶典大廈供水系統為例介紹其原理。
大廈二次加壓系統恒壓供水采用三臺水泵,其中1#泵為主泵，2#、3#泵為備用泵。首先，1#泵由變頻器供電工作，水泵電機轉速隨著調節器輸出給變頻器控制信號的變化而改變，以保持管網壓力的穩定。用水量大時，變頻器輸出頻率升高；用水量小時，頻率降低。當頻率上升到50Hz(即水泵全速運轉時)仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將1#泵切換到工頻運行，1#泵由電網供電全速運行，2#泵由變頻器供電投入運行，如果2#泵電機達到滿轉速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將2#泵切換到工頻運行，3#泵由變頻器供電投入運行，依此規律逐個投入運行；當1#—2#泵都處于工頻全速運行方式，3#處于變頻運行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當頻率到達一定的下限時，供水量仍大于用水量，則系統自動將3#泵停止運行。同樣，3#泵停機后，如果此時供水量還大于用水量，則系統自動將2#泵停止運行，依此類推。如果此時用水量又大于供水量，則系統自動將2#泵由變頻器供電運行……，所有水泵電機從停止到滿載工作及從滿載工作到停止都由變頻器來控制，實現帶載軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給水泵電機帶來機械沖擊，保證了管網壓力穩定，滿足了大廈的正常供水。
3、變頻器在消防泵巡檢柜中的應用
在消防給水系統中，平時消防管網由增壓、穩壓泵穩壓，使之保持在高壓(消防水壓)的準備消防狀態。當發生火災，啟動主消防泵立即可以提供規定壓力和流量的消防用水。按我國消防規范，水消防的延續時間，最長按3小時考慮，因此主消防泵的節能問題可不予考慮，因而也無必要采用變頻調速以節約電能。眾所周知，發生火災是百年、千年一遇的事件，在一般情況下是不會發生的，變頻器是一種電子器件，如果采用變頻器控制主消防泵變頻調速，消防泵變頻器長期備而不用，在發生火災使用時反而容易發生故障，降低了消防設備的可靠性。另一個重要問題是消防備用泵的自動投入控制問題。此外，變頻控制系統的電氣較復雜，會降低可靠性，增加造價。消防泵的功率一般較大，其控制用變頻器的價格也相應提高。綜上所述，對于消防泵而言，從節能、可靠性和造價幾點考慮，無必要采用變頻調速技術。如果消防泵采用變頻調速控制，由于消防泵(消防泵、噴淋泵)長期不投入使用，容易發生泵生銹堵轉等現象，故應對消防泵定期進行低頻運轉，以免有消防需要時，消防水泵不能正常起動，貽誤火災的撲救。所以現在我們一般對消防泵進行自動巡檢，即通過消防泵控制柜內的巡檢電路讓消防泵每隔一段時間進行一次自啟動，巡檢時采用變頻控制，以利保養及節能。但在正常火災情況下，消防泵、噴淋泵一般通過直接啟動、星三角或自藕降壓方式啟動，以滿足消防要求，且消防狀態時所有的非消防電源均已切斷，故一般情況下不采用變頻器啟動方式。
按我國消防規范，消防泵應設有備用泵，備用泵應不小于任一臺主消防泵。由多泵并聯恒壓供水理論，多泵并聯恒壓供水，變頻調速泵必須是其中最大的一臺泵，其余并聯泵自動投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動控制的。如果變頻泵故障可能會導致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點考慮，消防泵采用變頻調速會降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統中應用。
4、結論
通過以上分析，我們知道變頻器在智能建筑中的應用非常廣泛，也非常有效。這也是筆者在實際工作過程中使用變頻器在智能建筑電氣自動控制系統中實現節能或控制的具體體會。變頻器在智能建筑中的應用還遠遠不止這些，其它系統如空調、通風、電梯等都有廣泛的應用。可以相信，它的應用將隨著電子技術的發展與變頻器的不斷更新會越來越廣泛，將會給國家和個人帶來巨大的社會效益和經濟效益。
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