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[摘 要]变频调速技术是一种高新节能技术，应用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。各个企业或者是水厂的水量需求都不会相同，通过调频控制技术可以根据工业或者社会需求进行自行调节设置。本文简单介绍了变频调速技术，并探讨了变频调速技术在水泵控制系统的应用。
[关键词]变频调速技术；水泵控制系统；应用
中图分类号：R117 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0040-01
引言
随着社会的进步，工业技术得到了快速的发展，在大多数的工业生产、居民生活过程中，水泵得到了广泛的普及和应用。在日常的工业生产或者是生活中，水资源的用量一般会根据实际工业、生活应用环境而定，而传统的水泵对水资源的控制基本上都是横流量控制，显然对于大多水企业或者是社区来说都存在着经济、水资源浪费现象。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置具有重大的现实意义。随着高频电力电子技术的发展，使得电动机及其拖动负载的转速能够根据实际和工作需求的变化而变化，变频调速是一种新型高效调速技术，它是由半导体电子元器件构成的电力变换器和三相交流电动机等组成，在工业水泵控制中得到了广泛的推广与应用。
1 变频调速技术简介
1.1 基本原理
变频调速技术的原理是电机转速与工作电源的输入频率成正比来实现的，在电机控制过程中，改变电机工作电源的频率就可以改变电机的转速，变频器就是基于以上原理开发设计的。该技术初始于20世纪70年代初，国外学者提出了相关的控制理论，对于交流电动机的耦合问题，用该理论解耦成功，并且，根据直流条件下的调速原理进行矢量的变换，明显的提高了交流调速的能力。在这个理论提出后，相关学者对其进行了完善，一个德国的学者在研究电压逆变器时，对于转子磁力链和定子磁力链进行了角度控制，可以成功控制两链之间的夹角，从而在控制电动机转矩时可以实现对其转矩的直接控制。变频调速技术效果比直流调速好，在可靠性方面，该技术性能也在日益提高，已经大范围的使用在工业电气自动化、计算机控制、工业系统中，并且实用性更强。
1.2 技术特征
首先，变频调速技术具有造价低廉、生产效率较高的特点，如今的变频调速器所使用的所有零部件大都采用生产效率较高的工艺制造而成，例如低K制造工艺等，新型生产技术的引入能够在更短的时间内完成设备生产，同时降低了其原有的生产成本；其次，为更好的满足不同工业领域需求，变频调速器实现了生产过程中的通用性，避免了不同地区、不同领域必须使用不同型号变频设备的繁琐，同时提高了变频调速技术的可推广性；最后，目前市面上较为常见的几类变频调速器性能仍处于逐步优化之中，以独立式变频调速器为例，其可以实现整流单元与逆变单元的一体化安置，大大提升了设备使用的便捷性，因而也得到了工业电气自动化控制领域的广泛认可。
2 变频调速技术在水泵控制系统的应用价值
2.1 水泵控制系统的特点
供水系统的供水量是受客观条件制约而变化的，是不均衡的，而水泵的选择又是以满足出现概率很低的最不利条件即最大工况的要求为原则的。其水泵供水能力一般按最高日最高时的用水量选择，水泵扬程则是按水泵净扬程与管网能量之和选择，但必须保证运行中的最高扬程。水量预测的不准确性和出于安全的因素，水泵的流量和扬程存在不同程度的富余量。此外，水泵的效率曲线不是一条平坦的曲线，其高效区段很窄。供水系统建成至达到设计能力，存在一个过渡期，该期间的长短取决于设计规模的合理性以及诸多因素的影响。由于以上这些原因，就注定了水泵实际运行的工况点在大多数时间内偏移高效区。因此，在运行管理中常需要人为地对工况点进行必要地改变和控制，以适应管网中流量和压力的变化。
2.2 变频调速技术的优势
水泵节能离不开工况点的合理调节，其调节方式有两种：管路特性曲线的调节，如关阀调节；水泵特性曲线的调节，如水泵调整、叶轮切削等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。采用变频调速技术后，由于水泵出口全开，消除了阀门因节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平常因调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会彭益。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。此外，由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。
3 变频调速技术在水泵控制系统的具体应用
3.1 设计方案举例
变频调速可以分为手动调速和自动调速两种，目前，大部分的水泵调速机制都是在开环条件下通过人为的进行調控电机转速。本文将在此讨论基本的闭环条件的自动调控技术。系统主要由控制对象、变频调速器、压力测量变送器、调节器等组成。控制对象由电机（额定功率为150kW，额定电流为180A）、水泵（功率为100kW，流量为800m3/h，扬程35m变频调速器，拟定为选用FRN110/P9S-4（额定电流210A），在选择变频调速器时，一般其额定电流应该大于电机额定电流的1.1倍。压力测量变送器，选用DLK100-OA/0-1MPa。通过使用该压力测试变送器可以有效的测量水管压力，并将压力信号变换为4mA—20mA的标准电信号，输入到控制系统的调节器中。调节器系统选用WP—D905，输入电信号4mA—20mA，并输出为PID控制信号。
3.2 基本设计逻辑
水泵抽水，流经水管，压力测试器测定当前的水管压力，水管压力与水的流量成正比，相应的压力对应一个流量值，该压力数据会被转变为与之对应的电信号，送到调节器中，调节器根据输入的电信号与当前工业或者生活用水过程中所设定的标准值进行数据比对，如果出现在一定范围以外误差，调节器将其误差数据以及当前电信号传输到变频调速器中，变频调速器根据电信号对输出电源频率进行调整，直接供水泵使用，从而导致电机转速做出相应变动，实现转速调节的作用。
结束语
总而言之，变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术，但却具有较为严格的适用条件，不可能简单地应用于任何供水系统，具体采取何种节能措施，应结合实际情况区别对待。目前，变频器正朝着数控化、高频化、数显化、高集成化、强适应性的方向迅速发展，其在水泵控制系统中的应用，具有明显的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 成兰，杨秋鸽.基于变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].科技传播，2010，17：181+188.
[2] 马培华.变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].科技传播，2011，19：175.
[3] 杜杨.浅析变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].科技创新与应用，2012，13：89.
[关键词]变频调速技术；水泵控制系统；应用
中图分类号：R117 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0040-01
引言
随着社会的进步，工业技术得到了快速的发展，在大多数的工业生产、居民生活过程中，水泵得到了广泛的普及和应用。在日常的工业生产或者是生活中，水资源的用量一般会根据实际工业、生活应用环境而定，而传统的水泵对水资源的控制基本上都是横流量控制，显然对于大多水企业或者是社区来说都存在着经济、水资源浪费现象。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置具有重大的现实意义。随着高频电力电子技术的发展，使得电动机及其拖动负载的转速能够根据实际和工作需求的变化而变化，变频调速是一种新型高效调速技术，它是由半导体电子元器件构成的电力变换器和三相交流电动机等组成，在工业水泵控制中得到了广泛的推广与应用。
1 变频调速技术简介
1.1 基本原理
变频调速技术的原理是电机转速与工作电源的输入频率成正比来实现的，在电机控制过程中，改变电机工作电源的频率就可以改变电机的转速，变频器就是基于以上原理开发设计的。该技术初始于20世纪70年代初，国外学者提出了相关的控制理论，对于交流电动机的耦合问题，用该理论解耦成功，并且，根据直流条件下的调速原理进行矢量的变换，明显的提高了交流调速的能力。在这个理论提出后，相关学者对其进行了完善，一个德国的学者在研究电压逆变器时，对于转子磁力链和定子磁力链进行了角度控制，可以成功控制两链之间的夹角，从而在控制电动机转矩时可以实现对其转矩的直接控制。变频调速技术效果比直流调速好，在可靠性方面，该技术性能也在日益提高，已经大范围的使用在工业电气自动化、计算机控制、工业系统中，并且实用性更强。
1.2 技术特征
首先，变频调速技术具有造价低廉、生产效率较高的特点，如今的变频调速器所使用的所有零部件大都采用生产效率较高的工艺制造而成，例如低K制造工艺等，新型生产技术的引入能够在更短的时间内完成设备生产，同时降低了其原有的生产成本；其次，为更好的满足不同工业领域需求，变频调速器实现了生产过程中的通用性，避免了不同地区、不同领域必须使用不同型号变频设备的繁琐，同时提高了变频调速技术的可推广性；最后，目前市面上较为常见的几类变频调速器性能仍处于逐步优化之中，以独立式变频调速器为例，其可以实现整流单元与逆变单元的一体化安置，大大提升了设备使用的便捷性，因而也得到了工业电气自动化控制领域的广泛认可。
2 变频调速技术在水泵控制系统的应用价值
2.1 水泵控制系统的特点
供水系统的供水量是受客观条件制约而变化的，是不均衡的，而水泵的选择又是以满足出现概率很低的最不利条件即最大工况的要求为原则的。其水泵供水能力一般按最高日最高时的用水量选择，水泵扬程则是按水泵净扬程与管网能量之和选择，但必须保证运行中的最高扬程。水量预测的不准确性和出于安全的因素，水泵的流量和扬程存在不同程度的富余量。此外，水泵的效率曲线不是一条平坦的曲线，其高效区段很窄。供水系统建成至达到设计能力，存在一个过渡期，该期间的长短取决于设计规模的合理性以及诸多因素的影响。由于以上这些原因，就注定了水泵实际运行的工况点在大多数时间内偏移高效区。因此，在运行管理中常需要人为地对工况点进行必要地改变和控制，以适应管网中流量和压力的变化。
2.2 变频调速技术的优势
水泵节能离不开工况点的合理调节，其调节方式有两种：管路特性曲线的调节，如关阀调节；水泵特性曲线的调节，如水泵调整、叶轮切削等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。采用变频调速技术后，由于水泵出口全开，消除了阀门因节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平常因调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会彭益。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。此外，由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。
3 变频调速技术在水泵控制系统的具体应用
3.1 设计方案举例
变频调速可以分为手动调速和自动调速两种，目前，大部分的水泵调速机制都是在开环条件下通过人为的进行調控电机转速。本文将在此讨论基本的闭环条件的自动调控技术。系统主要由控制对象、变频调速器、压力测量变送器、调节器等组成。控制对象由电机（额定功率为150kW，额定电流为180A）、水泵（功率为100kW，流量为800m3/h，扬程35m变频调速器，拟定为选用FRN110/P9S-4（额定电流210A），在选择变频调速器时，一般其额定电流应该大于电机额定电流的1.1倍。压力测量变送器，选用DLK100-OA/0-1MPa。通过使用该压力测试变送器可以有效的测量水管压力，并将压力信号变换为4mA—20mA的标准电信号，输入到控制系统的调节器中。调节器系统选用WP—D905，输入电信号4mA—20mA，并输出为PID控制信号。
3.2 基本设计逻辑
水泵抽水，流经水管，压力测试器测定当前的水管压力，水管压力与水的流量成正比，相应的压力对应一个流量值，该压力数据会被转变为与之对应的电信号，送到调节器中，调节器根据输入的电信号与当前工业或者生活用水过程中所设定的标准值进行数据比对，如果出现在一定范围以外误差，调节器将其误差数据以及当前电信号传输到变频调速器中，变频调速器根据电信号对输出电源频率进行调整，直接供水泵使用，从而导致电机转速做出相应变动，实现转速调节的作用。
结束语
总而言之，变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术，但却具有较为严格的适用条件，不可能简单地应用于任何供水系统，具体采取何种节能措施，应结合实际情况区别对待。目前，变频器正朝着数控化、高频化、数显化、高集成化、强适应性的方向迅速发展，其在水泵控制系统中的应用，具有明显的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 成兰，杨秋鸽.基于变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].科技传播，2010，17：181+188.
[2] 马培华.变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].科技传播，2011，19：175.
[3] 杜杨.浅析变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].科技创新与应用，2012，13：89.