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灌溉系統(tǒng)中變頻恒壓供水的應用及工作原理

 

作者:湖人灌溉

 

  灌溉系統(tǒng)的流量范圍很廣,如:單個灌水器獨立使用時系統(tǒng)流量只有幾立方米/小時,系統(tǒng)   大工作流量時可以達到幾百立方米/小時,需要幾臺水泵并聯(lián)使用才能滿足;并且無論流量大小都要保證系統(tǒng)工作在設定壓力范圍內。

 

  灌溉系統(tǒng)如何實現壓力穩(wěn)定而用水流量不斷變化的工作狀態(tài)呢?在早期的灌溉泵站中使用閥門控制法,即通過改變閥門開度來調節(jié)流量。這種方法實質上是水泵本身供水能力并沒變化(轉速不變),而是通過改變管路中的阻力大小,從而改變水泵流量~揚程的工況點,以適應系統(tǒng)對流量的需求。該方法的系統(tǒng)組成較復雜、調節(jié)起來很繁瑣。

 

  變頻器的誕生給供水系統(tǒng)提供了更好的解決方案,因為可以通過泵轉速控制法來實現恒壓供水。轉速控制法是在閥門開度保持不變,通過改變水泵的轉速來調節(jié)泵的工況點。實際上是系統(tǒng)流量變化引起水泵揚程的變化,通過壓力傳感器感知泵揚程的變化,變頻器對應調整輸入電機的電源頻率,從而改變電機的轉速,即泵的轉速,以適應系統(tǒng)的這種變化。變頻器可以將輸入電動機的電源頻率從0~50Hz任意調節(jié)。

 

  交流異步電動機轉子的轉速n由下式確定:

 

 

  式中:

 

  f——輸入電動機定子的電源頻率;

 

  P——電動機的磁極對數;

 

  s ——異步電動機的轉差率。

 

  由此可見,電動機選定了,P、s就是定值,只要改變輸入電動機電源的頻率f,就可以改變電機的轉速n,這就是水泵調頻的理論基礎。

 

  在灌溉系統(tǒng)的水泵出口安裝一個壓力傳感器,用來檢測壓力和反饋壓力信號。它與變頻器、電機和水泵形成一個閉環(huán)系統(tǒng),就組成了變頻恒壓供水系統(tǒng)。

 

變頻恒壓供水系統(tǒng)

 

  壓力傳感器檢測管網壓力值并反饋給變頻器,變頻器可以設置恒定壓力值,并與壓力變送器反饋回的數值行比較,再運用控制理論進行運算,改變輸入電機的電源頻率,從而改變電機轉速,即改變水泵轉速(工況),實現恒壓供水,保證實際壓力與設定壓力一致。

 

  生活中大部分自動控制都是采用PID控制原理,比如:汽車的定速巡航、恒溫控制等,它可以實現無差調節(jié),即實際參數=設定參數,而且具備快速的響應能力。對于灌溉系統(tǒng)而言,就是說當系統(tǒng)實際壓力波動時,泵站調頻器的PID調節(jié)功能總能把它調到設定的壓力值,而且響應速度也就在幾秒之內。

 

  當灌溉系統(tǒng)用水量變大,即管網內流量增加時,管道壓力隨之下降,設定值與實際值之間的差值為正,這時變頻器輸出頻率增加,水泵的轉速增高,隨之系統(tǒng)壓力增大,以維持在大流量下壓力恒定,保證系統(tǒng)的壓力不變。反之,當用水變小時,管網內流量減小,管網壓力會升高,設定值與實際值之間的差值為負,這時變頻器輸出頻率減小,水泵的轉速降低,隨之系統(tǒng)壓力減小,從而維持在小流量下壓力也等于設定值。

 

  使用變頻器除了能夠實現電動機調速功能之外,它還具有其它的優(yōu)點:

 

  實現水泵電機的軟啟動,使其轉速緩慢增加,連續(xù)平滑調節(jié)泵的工況點,逐步加載到額定工況,從而對管網沒有沖擊,對電網也沒有沖擊,這樣就延長了設備的壽命;

 

  內置休眠功能,在用水量小且不影響用戶正常使用情況下,變頻恒壓供水系統(tǒng)可自動進入休眠狀態(tài),水壓降到一定值時水泵可自動喚醒,實現節(jié)能降耗;

 

  全方位的電機電器保護功能,如:欠壓、過流、接地、缺相、短路保護等;

 

  與上位機通訊功能,可以實現遠程監(jiān)測、控制功能。

 

 

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