1_第六章 变频器在恒压供水系统中的应用

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图6-3 管阻特性
第一节 概 述
2.供水系统的工作点
图6-4 供水系统的工作点
第一节 概 述
(1)工作点 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6-4中的A点所示。 (2)供水功率 PG=CPHTQ(6⁃2)
三、泵的特性分析与节能原理
1.调节流量的方法 在供水系统中,最根本的控制对象是流量,因此要研究节能问题 必须从考虑如何调节流量入手。
PID控制属于闭环控制,是使控制系统的被控量在各种情况下, 都能迅速而准确地无限接近控制目标的一种手段。 1.变频器的PID接线
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
各种系列的变频器都有标准接线端子,只不过标识的符号各厂家 有所区别,它们的这些接线端子、功能和使用要求相差不大。 (1)PID控制基本原理接线 PID控制基本原理接线如图6-13所示。
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
1)由于变频器内部往往具有转差初始补偿功能,因此,同是在50 Hz的情况下,水泵在变频运行时,实际转速高于工频运行时的转 速,从而增大了水泵和电动机的负载。 2)变频调速系统如在50Hz运行时,还不如直接在工频下运行为好, 这样可减少变频器本身的损耗。 所以,将上限频率预置为49Hz或49.5Hz是恰当的。 (3) 下限频率 在供水系统中,转速过低,会出现水泵的全扬程 小于实际扬程,形成水泵“空转”的现象。 (4) 起动频率 起动前,水泵叶轮全部在水中,起动时,存在着 一定的阻力。
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
② 设定值输入端子2~5。由变频器端子2~5输入PID设定值(目 标值)。Pr.73设定为5,且AU端子开通,运行有效;否则外部输 入无效。0V电压对应0%,5V电压对应于100%变化量。 ③ 偏差信号输入端子1~5。偏差信号由端子1~5输入。当输入 外部计算偏差信号时,参数Pr.128设定为“10”或“11”。0V电 压对应0%,5V电压对应于100%变化量。 ④ 反馈量输入端子4~5。从传感器来的4~20mA 的反馈量由端 子4~5输入。4mA对应于0%,20mA对应于100%变化量。
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
1)主电路: 该装置主电路采用变频常用泵和工频备用泵自动与 手动双重运行模式。
图6-10 某生活小区恒压供水控制系统电路
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
2)控制系统电路:该系统主要由三菱FR—A540变频器和外围控制 电路组成。 ① 该控制电路可以实现变频、工频、一用一备自动与手动转换 控制运行,通过内置的频率信号变化范围,设定开关量输出,控 制主泵电动机和备用泵电动机之间的相互切换。 ② 压力给定和压力流量反馈通过电位器RP1和R1实现。 ③ 利用变频器内PID控制,比较给定压力信号和反馈信号的大 小,输出相应的0~5V电压控制信号,自动控制水泵进行调速运 行。
1.基本模型 如图6⁃1所示是一个生活小区供水系统的基本模型,水泵将水池 中的水抽出并上扬至所需高度,以便向生活小区供水。
图6-1 水泵供水的基本模型 a)全扬程的概念 b)基本模型
第一节 概 述
2.供水系统的主要参数 (1)流量 流量是泵在单位时间内所抽送液体的数量,常用的流 量是体积流量,以字母Q表示,其单位是m3/h。 (2)扬程 是指单位质量的液体通过泵后所获得的能量,通常称 为扬程。 (3)全扬程 也叫总扬程,是表征水泵泵水能力的物理量,包括 把水从水池的水面上扬到最高水位所需的能量,以及克服管阻所 需的能量和保持流速所需的能量,符号是HT。
第一节 概 述
(2)管阻(路)特性 是反映为了维持一定的流量而必须克服管阻 所需的能量。 从图6⁃3中可以看出在供水流量较小(QG=Q1)时,所需扬程也较 小(HT=HT1)如B1点;反之,在供水流量较大(QG=Q2)时,所 需扬程也较大(HT=HT2)如B2点。
图6-2 扬程特性
第一节 概 述
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
3.变频器中PID的调节功能设定和调整
(1)PID输入与输出(I/O)端子功能 PID输入与输出(I/O)端子功
能见表6-2。
表6-2 PID输入与输出(I/O)端子功能
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
表6-3 设定信号与反馈信号的实现
1)输入信号。 ① PID控制选择端X14。X14的闭合、断开由参数Pr.180~Pr.18 6设定。当X14信号接通时,开始PID控制;反之信号关断时,变 频器的运行不含PID的作用。
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
(5) 升速与降速时间 对于水泵,它不属于频繁地起动与制动的 负载,其升、降速时间的长短并不涉及生产效率问题。 (6) 暂停功能 在日常供水系统中,夜间的用水量常常是很少的, 即使水泵在下限频率下运行,供水压力仍能超过目标值。
图6-12 暂停运行功能
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
第一节 概 述
图6-5 调节流量的方法与比较
第一节 概 述
(1)阀门控制法 即通过关小、开大阀门来调节流量变水泵的转速来调节流量,而阀门开 度则保持不变(通常为最大开度)。 2.转速控制法的节能效果
第一节 概 述
(1)供水功率的比较 比较上述两种调节流量的方法,可以看出, 在所需流量小于额定流量的情况下,转速控制时的扬程比阀门控 制时小得多,所以转速控制方式所需供水功率比阀门控制方式小 很多,即图6-5中CBFH阴影部分的面积,两者之差ΔP便是转速控 制方式节约供水的功率,它与CBFH的面积成正比,这也是采用调 速供水系统具有节能效果的最基本方面。 (2)从水泵的工作效率看节能 1)工作效率的定义。 ηP=PG/PP(6⁃3)
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
可见,供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在流体压力上 的变化,从而压力就成为用来作为控制流量大小的参变量。 2.恒压供水系统的构成和工作原理
图6-9 恒压供水系统框图
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
(1)恒压供水系统框图 恒压供水系统框图如图6-9所示。 由图6⁃9可知,变频器有两个控制信号。 1)目标信号XT:即给定端2上得到的信号,该信号是一个与压力 的控制目标相对应的值,通常用百分数表示,也可以用键盘直接 给定。 2)反馈信号XF:即反馈信号端4上得到的信号,是压力传感器SP 反馈回来的信号,该信号是一个反映实际压力的信号。 (2)某生活小区恒压供水控制系统 图6-10是某生活小区住宅楼 宇自动恒压供水泵站的控制系统电路。
① Pr.128。 PID动作选择,该功能设定范围为0~34种控制方 式,具体说明如下。 参数值为10:对于加热或压力等控制,PID为负作用。 ② Pr.129。P增益,该功能设定范围分为两种控制。一种是无 比例控制,参数值为9999;另一种是有比例控制,参数设置范围 为0.1~10。 P(增益)是决定P动作对偏差响应程度的参数,增益取大时响应 快,增益取小时响应滞后,但过大将产生振荡。
第一节 概 述
图6-6 水泵的效率曲线
第一节 概 述
图6-7 水泵的轴功率曲线
第一节 概 述 四、二次方律负载实现变频调速后是如何得到最佳节 能效果的
如图6⁃8a所示,曲线0是二次方律负载的机械特性。
图6-8 电动机的有效转矩与低频U/f曲线 a)有效转矩与二次方律负载 b)低频U/f曲线
第一节 概 述
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
注意:反馈量选择电流信号控制时,选择电流输入端子AU一定要 接通,否则无效。 2)输出信号。 ① 上限输出端FUP:输出指示反馈量信号已超过上限值。 ② 下限输出端FDN:输出指示反馈量信号已超过下限值。 ③ 正(反)转方向信号输出端子RL:按照参数Pr.191~Pr.195的 要求设定。参数单元显示“Hi”表示正转(FWD)或显示“Low”表 示反转(REV)或停止(STOP)。
变频调速
陈立香 主编
电子 教案
第六章 变频器在恒压供水系统中的应用
本章应知
1.了解水泵供水系统的主要参数 及其特性,理解供水系统的节能 原理。 2.了解变频调速恒压供水系统的 组成。
本章应会
1.掌握变频调速PID闭环运行在恒 压供水系统中的应用。 2.熟悉变频调速恒压供水系统的 改造、调试方法。
第一节 概 述 一、水泵供水的基本模型与主要参数
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
④ 输出公共端子SE是FUP、FDN和RL的公共端子。 (2)端子功能设定 1)设定PID控制用的输入端子功能。
表6-4 参数功能的选定(一)
2)设定PID控制用的输出端子功能。
表6-5 参数功能的选定(二)
(3)PID参数功能的设定 1)PID参数的功能。
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
图6-13 PID控制基本原理接线
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
(2) 控制系统的接线 1)反馈信号的接入。 2)目标信号的接入。 2.PID控制的工作过程 PID控制的基本工作过程流程如图6⁃14所示。
图6-14 PID控制的基本工作过程流程
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
图6-15 PID控制过程中各参数的功能
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
④ 控制系统的各控制参数可通过变频器面板进行显示。 ⑤ 具有短路、过电流、过载等保护功能。 (3)PID调节功能 系统之所以能实现恒压供水,主要就是利用变 频器的PID调节功能。
图6-11 变频器的PID控制
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
表6-1 各控制量间的关系
1)U/f线选用曲线01。 2)适当加大起动频率,以避免死点区域。 应该注意的是,几乎所有变频器在出厂时都将U/f线设定在具有 一定补偿量的情况下(U/f>1)。
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
一、变频调速恒压供水系统的组成
1.恒压供水的控制要求 对供水系统进行控制,实质就是为了满足用户对流量的需求,所 以流量是供水系统的基本控制对象,而流量的大小取决于水泵的 扬程。 1)如供水能力QG>用水需求QU,则压力上升(p↑)。 2)如供水能力QG<用水需求QU,则压力下降(p↓)。 3)如供水能力QG=用水需求QU,则压力不变(p=常数)。
第一节 概 述
(4)实际扬程 即通过水泵实际提高水位所需的能量,符号是HA。 (5)损失扬程 全扬程与实际扬程之差,即为损失扬程,符号是H L。 HT=HA+HL(6⁃1) (6)管阻 表示管道系统(包括水管、阀门等)对水流阻力的物理 量,符号是P。
二、供水系统的特性与工作点
1.供水系统的特性 (1)扬程特性 即水泵的特性。
第一节 概 述
2)水泵工作效率的近似计算公式。 η*=C1(Q*/N*)-C2(Q*/N*)2(6⁃4) 3)不同控制方式下的工作效率。 (3)从电动机的效率看节能 水泵厂在生产水泵时,由于对用户 的管路情况无法预测,而且管阻特性难以准确计算;同时,还必 须对用户的需求留有足够余量。 采用了转速控制方式后,可将排水阀完全打开而适当降低转速, 由于电动机在低频运行时变频器的输出电压也将下降,从而提高 电动机的工作效率,这是变频调速供水系统具有节能效果的第三 个方面。
1)暂停运行(睡眠)功能:在恒压供水系统中,当由于用水流量太 小而使压力超过其预置值(如图6-12中的pSL所示)时,便开始计 时。 2)暂停中止(唤醒)功能:当由于用水流量增大,使供水压力低于 压力下限值pWU时,暂停中止(唤醒),重又进入正常的恒压供水 运行状态。
三、变频器的PID调节功能的实现
二、变频器的选型及功能预置
1.变频器的选型与控制方式 (1)变频器的选型 现在大部分变频器制造厂都专门设计生产适 用于“风机、水泵专用型”的变频器,无特殊情况下可直接选用。 1)过载能力较低。
第二节 变频调速恒压供水系统的实现
2)具有闭环控制和PID调节功能。 3)具有“1控X”的切换功能。 (2) 控制方式与U/f设定 对于二次方律负载,以选用U/f控制方 式为宜。 2.变频器的基本功能预置 (1) 最高频率 水泵属二次方律负载,当转速超过其额定转速时, 转矩将按平方规律增加。 (2) 上限频率 一般上限频率也可以等于额定频率,但最好预置 得低一点为宜,主要有如下考虑。
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