WILO Advanced Technology Express:高效集成全变频泵组在恒压供水系统中的应用

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乐维(中国)水泵系统有限公司朱建阳、李平洲、李英光

摘要:随着半导体技术的发展，集成式全变频泵越来越受到用户的关注。通过对集成式全变频水泵机组与传统的单变频多变频恒压供水设备的对比分析，阐述了集成式全变频控制技术在建筑二次供水领域的高效、节能、智能化、集成化等显著特点。

关键词:变频器、恒压供水系统、一体化全变频泵、高效节能

一、导言

20世纪90年代以来，变频调速恒压供水设备在我国得到了广泛应用。它是近20年来中国使用最广泛的二次加压供水系统。然而，对于变频调速恒压供水设备的用户是否普遍取得了较好的节能效果，业内一直存在很大争议。利用高效集成全变频控制技术，开发出一款成功的水泵专用集成变频器，并成功应用于建筑二次供水领域，是变频调速恒压供水设备控制技术研发过程中的一大突破和重大创新。高效集成全变频恒压供水设备最突出的特点是高效、节能和集成化。其推广应用将引领未来建筑二次供水设备发展的主导趋势。

二。高效集成全变频泵节能原理分析

1.变频调速技术的节能原理

我们知道，影响变频调速供水设备节能效果的关键因素在于系统中选用的工作水泵能否在整个供水过程中持续稳定地在高效区运行。根据水泵相似定律，同一台水泵的输出功率、转速、扬程和流量关系如下:

从上面的公式可以看出，当扬程不变时，水泵的出水量减少，转速可以按同样的比例降低，水泵的功率也会迅速降低，能耗也会大大降低。

变频恒压供水设备实现节能的原理是:当工作泵的出水低于额定流量时，利用变频器(单变频)和相关电气元件组成的控制回路，根据系统的流量变化实现增压泵或减压泵的目的，然后通过工频和变频切换控制一组泵组。即使设备的每个工作水泵都装有变频器(多变频器)，其运行模式仍然相同。它只解决了各水泵启停时的软启动问题，有利于消除水锤。然而，整个设备只是一套控制系统。

这种技术的缺点是受水泵高效范围窄的限制，使得变频泵的转速在30 Hz至50 Hz范围内变化(即水泵的出水量在100%至60%范围内变化)，节能效果相对明显。当水泵的转速低于60%时，水泵和电机的效率将显著降低，没有或只有有限的节能。当频率降到25Hz以下时，水泵不产生水，电机不做有效的工作，能量浪费仍然存在。

2.高效集成全变频泵的节能原理

在民用建筑二次加压供水设备中，系统供水流量是设备实际运行时的动态过程。可以说，大部分时间对水的需求处于低峰值状态。在由可编程控制器组成的单(多)频变频供水系统中，当一台泵不能满足正常供水时，第二台泵需要在流量小于60%的情况下以大于60%的启动频率运行第二台泵，由于效率原因限制了最低运行频率，势必造成电能的浪费。为了解决上述系统运行中的能耗问题，我们可以利用高效集成全变频技术实现两台或多台水泵的同步变频运行，即实现泵组中多台水泵效率的平均分配和同时变频运行，使每台水泵在高效段运行， 同时可以克服变频供水系统中最低运行频率带来的制约问题。

三、高效集成全变频泵组

通过采用集成的全变频控制技术，每台水泵独立配备一台变频控制器。每台泵上的变频控制器通过内部的CAN总线技术实现多台泵之间的相互通信，使整个设备具有多个与水泵一一匹配的变频和控制大脑。设备中所有水泵共享系统运行数据信息，联动均衡运行，克服水泵不在高效区运行的现象，实现真正的全变频控制运行。

1.产品成分

该系统主要由高效不锈钢多级离心泵、集成变频器、控制柜、底板、不锈钢管道、阀门、气压罐等组成。

2.产品特征

a)配置集成变频器

智能变频高效电机，内置PID和先进的节能软件。

精确的控制性能输出满足液压要求。

b)分散控制

每个变频器内置一个主板控制器，具有独立的控制和操作功能，泵和泵通过CAN总线联动运行。当一个泵控制器出现故障时，其他泵可以正常工作，向用户供水。

c)节能系统

在同一个工作泵组中，可以实现所有工作泵的同步变频运行，运行效率可以根据总需水量自动平均分担(如图1所示)，与传统恒压变频供水设备(如图2所示)相比，节约电能13%以上。

d)高效液压部件

获得专利的3D叶轮设计将每一级高压叶轮保持在相同的高效率水平。图3显示了传统液压部件和3D高效液压部件之间的性能比较。从图3可以看出，使用3D高效液压部件的泵效率增加了10%以上。

e)易于维护

根据EN 2006/42/CE标准设计的耦合保护装置，如图4所示，独特的耦合垫片

该设计如图5所示，并且组装的机械密封可以被配置，如图6所示。所有上述设计确保最短的维护时间。

f)系统安全可靠

该系统通过半导体数字芯片的非接触开关实现水泵的启停，不需要继电器电路，减少继电器电路中触点的频繁吸引和断开，降低故障率，提供系统的安全性和可靠性。

g)低噪音

变频降噪技术可以大大消除变频电流声音的退化。与普通变频技术相比，降低了噪声

10-20dB .变频输出切换自保持技术可以最大限度地降低控制柜组件的动作声音。

h)全不锈钢结构

水泵、管道、阀门和配件由食品级不锈钢制成，以确保清洁的水质。

I)控制系统本身消耗较少的能量

水泵专用变频器集变频器和控制器于一体，不需要庞大的控制柜(如图7和图8所示)，减少了控制系统中部件和电路发热造成的能耗，约占水泵能耗的3 ~ 5%。

3.系统功能

a)恒压控制功能:保持供水压力稳定，并能根据用水量的变化，在变频和工频条件下自动调节所有水泵配合，遵循“先启动，后停止”的原则。

b)超越故障泵的运行功能:当使用CAN通信的泵出现故障时，系统可以自动启动下一次正常的泵运行。

效率共享功能:每台泵都有相同的变频运行效率。该功能可以克服电机最小启动频率转换限制造成的电能浪费。

d)节能:系统采用先进的高效集成全变频控制技术。与传统的PLC变频控制技术相比，该系统平均节能13%以上。

e)保护功能:泵组采用“先启动，先停止”的运行方式，循环运行，不管主泵和备用泵。所有泵均匀运行，以避免备用泵长期不启动造成的腐蚀损坏。在夜间用水的低峰值期间，稳压泵的低频运行用于稳定压力。这样，延长了泵组的使用寿命，降低了泵组的维护成本。

f)自动定时切换功能:控制系统配有定时器，可以记录每个水泵的累计工作时间。当某台泵的累计工作时间达到设定值时，控制系统会根据数据比较中断泵的运行，泵会自动切换到待机和再计时，停机的水泵会自动切换到运行并依次循环，达到定时切换的目的。

g)无水自动关机功能:无水时自动关机保护报警，有水时自动启动。

h)小流量停泵保压:当用水量较低时，系统自动切换到小流量自动停泵保压状态。

I)瞬时停电自恢复功能:由于电网变化，瞬时停电发生，来电后自动恢复运行状态。

四.结束语

随着中国城市化的快速发展，城镇对自来水的需求也越来越大。随着城市化进程，各种二次加压变频恒压供水设备蓬勃发展，变频恒压供水设备是实现二次加压设备可靠运行的核心部件。在我国，基于集成技术的系列变频控制技术因其安全、可靠、低能耗、功能强大、智能化程度高、操作维护方便等优点，受到广大用户的欢迎。可应用于旧二次供水泵房节能改造、新建工程二次加压供水、供热、通风及循环供水系统、工业及生活供水等领域。特别是随着全球变暖和能源短缺，国家可持续发展的战略需求和更加紧迫的节能减排任务，可以预见，采用高效集成全变频控制技术的恒压供水设备的需求和应用将会越来越多。

参考

1]李，王，王。变频调速技术及其应用[。电子工业出版社，2004。

[2]刘枫桂。传统高位水箱供水与变频供水的对比研究。《科技创新指南》，2009年5月。

[3]王守礼。再论住宅建筑调速供水的节能。建筑节能。2009年6月。