变频水泵原理

基本原理

公式

交流异步电动机的转子转速n可以用下式表示

式中 f——定子供电电源的频率；

p——电动机的极对数；

s——异步电动机的转差率.

由式（1）可见，当平滑地改变异步电动机的供电频率f时，即可改变电动机转子的转速n..

相似原理

式中的Q、H、P、n分别为水泵的流量、扬程、轴功率和转速.

由式（2）、式（3）、式（4）可知，基于转速控制比基于流量控制可以大幅度降低轴功率。

技术创新点

（1）把交流变频调速技术应用于城乡供水及农业灌溉中，达到节水节能效果；（2）根据项目需要，自己研制出水位显示控制器，提高自动化程度；（3）根据实际需要，研制出多段压力设置转换电路，适应农业多种灌溉方式；（4）将变频调速技术、可编程序控制技术、水位显示控制技术、压力传感技术等进行了集成。

产品介绍

B系列

1、基本构成

整个恒压供水系统由CX-B系列变频恒压供水自动控制装置与水泵电机组合而成（见图1）.该装置由变频器（内含PID调节器）、可编程时控开关、可编程控制器（PLC）、水位显示控制器、远传压力表、水位传感器及相关电气控制部件构成，是一种具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备（见图2），它可同时对一台或多台三相380V，50Hz的水泵电机进行自动控制.

2、工作原理

CX-B系列变频恒压供水自动控制装置以变频方式工作时，水泵电机以软启动方式启动后开始运转，由远传压力表检测供水管网实际压力，管网实际压力与设定压力经过比较后输出偏差信号，由偏差信号控制调整变频器输出的电源频率，改变水泵转速，使管网压力不断向设定压力趋近.这个闭环控制系统通过不断检测、不断调整的反复过程实现管网压力恒定，从而使水泵根据需水量自动调节供水量，达到节能节水的目的.

PLC的主要控制作用：（1）控制多台水泵（包括备用泵）循环软启动，周期性地以变频方式工作；（2）控制备用泵的自动启动.当第一台水泵电机以变频方式运行，并达到额定功率（即变频器输出电源频率达到50H），而供水管网压力未达到设定压力时，第二台水泵电机会自动启动，并以工频方式运行，这时若管网压力仍不能达到设定压力时，第三台水泵电机会自动启动，第一台水泵仍以变频方式运行，达到保持管网恒压的目的，投入运行的水泵数量由装置根据管网压力自动控制.

水位显示控制器设有上、中、下3个水位控制限，当池水位从上限降到中限位置时，控制器输出补水泵启动信号，使补水泵向池内补水，补至上限时，控制器输出补水泵停机信号，停止补水；当池水位降到下限时，控制器输出取水泵停机信号，使取水泵停止取水，待水位上升到中限后，控制器使取水泵自动启动，恢复取水.

3、控制功能

CX-B系列变频恒压供水自动控制装置具有以下控制功能：（1）设有手动/自动切换电路，当切换至自动位置时，系统可根据出口压力变化，自动调节变频泵的转速和自动启动、停止备用泵，以维持出口压力恒定，当变频控制电路出现故障时，可切换至手动位置，使水泵直接在工频下运行，保证正常供水；（2）能够在1d内设置1～9个供水时间段，一周内各天的供水时间可以不同；（3）用PLC控制水泵（包括备用泵）全循环软启动，周期性地自动交换使用，以期水泵寿命基本一致；（4）地下蓄水池缺水后取水泵自动停机保护，补水泵自动开机补水，蓄满水后补水泵自动停机，蓄水池水位以数字显示；（5）故障显示及报警，具有缺相、短路、过热、过载、过压、欠压、漏电、瞬时断电保护等电气保护功能.

D系列

1、基本构成

整个恒压供水系统由CX-D系列变频恒压节水灌溉自动控制装置与水泵电机组合而成（见图1）.一些节水灌溉基地设计有喷灌、微喷灌、滴灌等多种灌溉方式，不同的灌溉方式所需的工作压力不同.为使同一供水管网能为不同灌溉方式提供不同的工作压力，在CX-B系列变频恒压控制装置的基础上增加了多段压力设置转换电路，它可同时对一台或多台三相水泵电机进行自动控制（见图3）.

2、工作原理

CX-D系列变频恒压节水灌溉自动控制装置除多段压力设置转换电路外，其他部分的工作原理与CX-B系列变频恒压供水自动控制装置相同.多段压力设置转换电路中设计了对应于喷灌、微喷灌、滴灌及管道灌溉4个压力档位，在进行灌溉时，PLC按灌溉方式输出对应的控制信号，压力设置转换电路自动转换到相应压力档位，该装置就在这一设定压力下以恒压供水，实现节水灌溉.

3、控制功能

除具有CX-B系列变频恒压供水自动控制装置的功能外，还具有压力转换功能.

应用推广

概述

引进先进技术主要的目的在于推广应用，把变频调速技术应用于水利行业及农业，实现了节能节水.几年来，通过向社会积极宣传变频节水节能技术的优越性，这一技术已逐步被水利行业及农业所接受.

推广方面

在城乡供水方面，我们已经推广应用变频恒压供水自控装置12套，根据对其中四套装置运行数据的统计计算可知，可节约电能25%～50%，节水3%～10%.各台装置的节能率和节水率差异较大，其主要原因是各装置的运行环境差异较大，用水高峰与低谷流量差值大的装置节能率高，用水高峰与低谷流量差值小的装置节能率低；供水管路完好率高的系统使用该装置后，节水效果不显著，供水管路完好率低的系统使用该装置后，节水效果显著（由于恒压供水，减少了管网高压所产生的漏水）.实践证明，使用变频恒压供水自控装置，不但能够节水节能，而且提高了供水质量，保证了供水管网的安全运行.

在农业灌溉方面，2001年6月为“99全国节水示范工程秦都项目区（咸阳市秦都区双照镇龙泉南村）节灌系统”设计并安装了变频恒压节水灌溉自动控制装置一套，使一条供水管网能够在不同时间段提供两种工作压力，既满足了微喷灌和滴灌的要求，又使灌溉管理大大简化.据2001年7～12月资料统计，节电17%，节水19%.2001年12月同陕西省农垦农工商总公司签订了合作合同，为该公司华阴农场节水灌溉增效示范项目设计安装6套变频恒压节水灌溉自动控制装置.该示范项目实施完成后，变频恒压节水灌溉自控装置与灌溉自动控制系统联网，将形成目前我国较高标准的节水灌溉自动控制网络，控制滴灌面积76hm2.

变频恒压自动控制装置，不但可广泛应用于高层建筑和自来水厂的供水系统中，而且能应用于农业水泵抽灌系统中，并在农业抽灌系统中刚刚开始应用，其节水节能技术具有强大的生命力和广阔的应用前景.

测试

水泵综合参数测控系统，是为水泵测控而量身打造的一款功能强大的测控系统。使用该系统能够同时测量水泵的进口温度，出口温度，进口压力、出口压力，扬程、流量、转速、电机轴输出功率（水泵输入机械功率）等基本参数，并准确计算出泵的效率。如增加相应的阀门控制模块，可进行水泵管路阀门的控制，配合水泵综合参数测控系统同步完成水泵试验工作，并按照国标要求生成水泵试验报告。该系统是水泵性能测试、经济运行、日常维护的理想设备。

特点

]安装简单、使用方便；水泵试验所有参数一机全部测量，无需再购置其他仪器，方便管理；水泵综合参数测控系统配有各种模拟量信号接口和数字量信号接口，可以直接与电压/电流传感器、功率传感器、互感器、流量计、转速仪、压力计、电子阀、PT100热敏电阻、扭矩仪等仪器连接，使用时只需将所需要的仪器设备接入水泵综合参数测控系统即可，安装简单，一个操作人员即可完成安装工作。

配置灵活；水泵综合参数测控系统的硬件采用模块化结构，并以虚拟仪器显示，方便接口扩展，使用者可以根据自己的需求选择合适的模块来搭配属于自己的系统，比传统的方法更为灵活，数据处理更为快捷，系统的维护和升级更为方便。

人性化的操作界面；水泵综合参数测控系统采用虚拟仪器的形式显示，拥有人性化的操作界面，用户可以根据自身的需求对所采集的数据进行管理。

多种显示方式；虚拟仪器界面提供了数显表、指针式、矩阵三种显示方式，人机界面更加友好。

瞬态数据采集功能；如果选择电子式扭矩仪，电机的输入功率将具有瞬态数据采集功能，能够采集电机启动的瞬时电量参数，并能生成瞬态启动曲线。

标准的试验报告；水泵综合参数测控系统在采集完数据后，可以自动生成水泵性能试验报告，试验报告响应相关国标的要求。

应用

水泵综合参数测控系统能满足试验室的精确测量，也能满足水泵工作现场的便捷式测量。

试验室应用；水泵综合参数测控系统为满足水泵试验室的高精度测控，本测控系统提供各种接口可以直接与试验室的扭矩仪、高精度电压/电流传感器、高精度互感器、以及高精度流量计和压力计，将测得的数据进行运算分析，并最终生成试验报告。

现场应用；在水泵使用现场往往不具备测试所需的一次仪表，对于这种情况下的监测水泵运行状况，水泵综合参数测控系统提供了一个高效且简单的解决方案。水泵综合参数测控系统拥有一个参数录入界面，可以将水泵机组的一些基本参数录入仪器中，再在水泵的进出口管路中分别安装一个压力计，水泵综合参数测控系统通过测量水泵的进出口压力，再结合之前录入仪器的参数，即可在仪表上显示出水泵的实时流量、效率等数据。