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變頻調(diào)速泵在二次加壓系統(tǒng)和消防系統(tǒng)中應(yīng)用探討

      隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,，電力電子技術(shù),、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的不斷進(jìn)步,，又因?yàn)樽冾l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(dòng)機(jī)的速度控制中較多采用。使用變頻器一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省能源，而且通過發(fā)揮其理想的控制特性，二次加壓系統(tǒng)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(diǎn)，在節(jié)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(tǒng)變頻調(diào)速的基本原理

      由離心泵原理,，在相似情況下水泵的流量,、揚(yáng)程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比,。對(duì)于用水經(jīng)常變化的場(chǎng)合,，二次加壓系統(tǒng)采用變頻調(diào)速泵供水，可以顯著降低節(jié)流損耗,，具有明顯的節(jié)能效果,。按用途建筑給水分為生活(生產(chǎn))給水和消防給水二大類。在生活二次加壓系統(tǒng)中采用變頻泵調(diào)速控制,，具有節(jié)能,，供水壓力可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用,。在消防給水中對(duì)穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時(shí)最好采用變頻控制,，但在消防泵滅火控制中應(yīng)采用直接啟動(dòng)或降壓?jiǎn)?dòng)控制方式。

三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率,、極數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系如下：

n=60f(1—s)／p其中:

n——每分鐘的轉(zhuǎn)速,；

f——交流電的頻率；

s——轉(zhuǎn)差率,；

p——磁極對(duì)數(shù),。

      在三相電動(dòng)機(jī)中對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法，如通過調(diào)整交流電的頻率,、電動(dòng)機(jī)的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來實(shí)現(xiàn),。以往人們通過對(duì)電機(jī)的極數(shù)變化來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速,，很少采用頻率調(diào)節(jié)，但隨著電力電子技術(shù),、微電子技術(shù)的發(fā)展,，變頻控制技術(shù)的不斷成熟，人們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整電源的頻率調(diào)速要比通過調(diào)整電機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)差率調(diào)速方便得多,，效果也好得多,。所以現(xiàn)在，一般我們對(duì)三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整都通過調(diào)節(jié)三相交流電的頻率來實(shí)現(xiàn),，其應(yīng)用范圍越來越廣,。以下是其在智能建筑中的一些應(yīng)用。

2,、變頻器在恒壓自動(dòng)二次加壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

      在智能建筑日益增多的今天,，供水問題成為業(yè)主比較關(guān)心的問題，所以變頻恒壓自動(dòng)二次加壓系統(tǒng)便提上了日程,。以前在一般建筑的建設(shè)中往往需要建設(shè)一個(gè)二次加壓系統(tǒng)水泵房并采用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)供水,。一般情況下，為保證建筑的供水正常,，在設(shè)計(jì)時(shí)往往設(shè)計(jì)成“一用兩備”三臺(tái)水泵,。由一臺(tái)變頻器(附加PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī),、PLC等器件構(gòu)成控制系統(tǒng))拖動(dòng)三臺(tái)水泵循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn),。與空調(diào)水泵控制不同，二次加壓系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)通過壓力傳感器采集管網(wǎng)中的壓力并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)行變頻控制,。這樣變頻恒壓二次加壓系統(tǒng)直接取代水塔,、高位水箱及傳統(tǒng)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(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系,，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40％,。與可編程控制器結(jié)合使用,，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動(dòng),，具有欠壓保護(hù),、過壓保護(hù)、短路保護(hù),、過流保護(hù)功能,，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。下面以遼寧省某市寶典大廈供水系統(tǒng)為例介紹其原理,。

      大廈二次加壓系統(tǒng)恒壓供水采用三臺(tái)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(jī)轉(zhuǎn)速隨著調(diào)節(jié)器輸出給變頻器控制信號(hào)的變化而改變,，以保持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定,。用水量大時(shí)，變頻器輸出頻率升高,；用水量小時(shí),，頻率降低。當(dāng)頻率上升到50Hz(即水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))仍不能滿足供水需要時(shí),，則PLC自動(dòng)將1#泵切換到工頻運(yùn)行,，1#泵由電網(wǎng)供電全速運(yùn)行，2#泵由變頻器供電投入運(yùn)行,，如果2#泵電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時(shí)仍不能滿足供水要求,，則PLC自動(dòng)將2#泵切換到工頻運(yùn)行,，3#泵由變頻器供電投入運(yùn)行,，依此規(guī)律逐個(gè)投入運(yùn)行；當(dāng)1#—2#泵都處于工頻全速運(yùn)行方式,，3#處于變頻運(yùn)行工作方式時(shí),，如果此時(shí)用水量減小，變頻器輸出頻率下降,，當(dāng)頻率到達(dá)一定的下限時(shí),，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動(dòng)將3#泵停止運(yùn)行,。同樣,，3#泵停機(jī)后，如果此時(shí)供水量還大于用水量,，則系統(tǒng)自動(dòng)將2#泵停止運(yùn)行,，依此類推。如果此時(shí)用水量又大于供水量,，則系統(tǒng)自動(dòng)將2#泵由變頻器供電運(yùn)行……,，所有水泵電機(jī)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(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng),，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給水泵電機(jī)帶來機(jī)械沖擊,，保證了管網(wǎng)壓力穩(wěn)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(yīng)用

      在消防給水系統(tǒng)中,，平時(shí)消防管網(wǎng)由增壓、穩(wěn)壓泵穩(wěn)壓,，使之保持在高壓(消防水壓)的準(zhǔn)備消防狀態(tài),。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，啟動(dòng)主消防泵立即可以提供規(guī)定壓力和流量的消防用水,。按我國(guó)消防規(guī)范,，水消防的延續(xù)時(shí)間，最長(zhǎng)按3小時(shí)考慮,，因此主消防泵的節(jié)能問題可不予考慮,，因而也無必要采用變頻調(diào)速以節(jié)約電能。眾所周知,，發(fā)生火災(zāi)是百年,、千年一遇的事件，在一般情況下是不會(huì)發(fā)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(diào)速，消防泵變頻器長(zhǎng)期備而不用,，在發(fā)生火災(zāi)使用時(shí)反而容易發(fā)生故障,，降低了消防設(shè)備的可靠性。另一個(gè)重要問題是消防備用泵的自動(dòng)投入控制問題,。此外,，變頻控制系統(tǒng)的電氣較復(fù)雜，會(huì)降低可靠性,，增加造價(jià),。消防泵的功率一般較大，其控制用變頻器的價(jià)格也相應(yīng)提高,。綜上所述,，對(duì)于消防泵而言，從節(jié)能,、可靠性和造價(jià)幾點(diǎn)考慮,，無必要采用變頻調(diào)速技術(shù)。如果消防泵采用變頻調(diào)速控制,，由于消防泵(消防泵,、噴淋泵)長(zhǎng)期不投入使用，容易發(fā)生泵生銹堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象,，故應(yīng)對(duì)消防泵定期進(jìn)行低頻運(yùn)轉(zhuǎn),，以免有消防需要時(shí),，消防水泵不能正常起動(dòng)，貽誤火災(zāi)的撲救,。所以現(xiàn)在我們一般對(duì)消防泵進(jìn)行自動(dòng)巡檢,，即通過消防泵控制柜內(nèi)的巡檢電路讓消防泵每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次自啟動(dòng)，巡檢時(shí)采用變頻控制,，以利保養(yǎng)及節(jié)能,。但在正常火災(zāi)情況下,，消防泵,、噴淋泵一般通過直接啟動(dòng)、星三角或自藕降壓方式啟動(dòng),，以滿足消防要求,，且消防狀態(tài)時(shí)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(dòng)方式,。

      按我國(guó)消防規(guī)范,，消防泵應(yīng)設(shè)有備用泵，備用泵應(yīng)不小于任一臺(tái)主消防泵,。由多泵并聯(lián)恒壓供水理論,，多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻調(diào)速泵必須是其中最大的一臺(tái)泵,，其余并聯(lián)泵自動(dòng)投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動(dòng)控制的,。如果變頻泵故障可能會(huì)導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵,。從這一點(diǎn)考慮,，消防泵采用變頻調(diào)速會(huì)降低消防供水的可靠性,，不宜在水消防系統(tǒng)中應(yīng)用,。

4、結(jié)論

      通過以上分析,，我們知道變頻器在智能建筑中的應(yīng)用非常廣泛,，也非常有效。這也是筆者在實(shí)際工作過程中使用變頻器在智能建筑電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能或控制的具體體會(huì),。變頻器在智能建筑中的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些,，其它系統(tǒng)如空調(diào)、通風(fēng),、電梯等都有廣泛的應(yīng)用,。可以相信,，它的應(yīng)用將隨著電子技術(shù)的發(fā)展與變頻器的不斷更新會(huì)越來越廣泛,，將會(huì)給國(guó)家和個(gè)人帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,。