石家庄工程职业学院
变频恒压供水系统设计 设
计 报 告
系 别： 装备制造系 班 级： 12 电气自动化 学 号： 20120383 姓 名： 袁兴兴 指导老师： 李翠花
2014 年 6 月 2 日
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目 录
一、 阐明变频调速的工作原理 二、 阐明恒压控制理论
三、 阐述变频恒压供水系统的设计
要求：附上设计图（包括原理图，电路图等），说明元器件的参数，说明工 作原理，对设计进行说明。说明变频器在本设计实施时如何安装、操作及 维护。
四、 阐述设计方案实现了什么样的功能以及优缺点。
五、 说明设计方案的前景。
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变频恒压供水系统设计
——12 电气 吴立磊 一、 阐明变频调速的工作原理
变频器的功用是将频率固定的（通常为 50Hz 的）交流电（三相或单相）
变成频率联系可调（多数为 0-400Hz）的三相交流电。
由公式：n0＝60f/p .
其中 n0 为旋转磁场的转速通常称为同步转速 f 为电流的频率 p 为旋 转磁场的磁极对数
当频率 f 连续可调时（一般 P 为定数），电动机的同步转速也连续可调。
又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些，所以，当同步转 速连续可调时，异步电动机转子的转速也是连续可调的。变频器就是通过 改变 f（电流的频率）来使电动机调速的。
二、 阐明恒压控制理论
对供水系统的控制，归根结底是为了满足用户对流量的需求。所以，
流量是供水系统的基本控制对象。而流量的大小又取决于扬程，但扬程 难以进行具体测量和控制。考虑到在动态的情况下，管道中水压的大小
（用压力
p
表示）与供水能力（用流量 Qg 表示）和用水需求（用水量 Qu 表示）之间的平衡有关。当供水能力 Qg 大于用水需求 Qu，则压力上升（
p
↑）;当供水能力 Qg 小于用水需求 Qu，则压力下降（
p↓
）； 当供水能力 Qg 等于用水需求 Qu，则压力不变（p
为常数）。可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体反映在流体压力的变化 上。因此，压力就成为控制流量大小的参变量。就是说，保持供水系统 中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量处于平衡，
恰到好处的满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所要求达到的
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目的。
三、 阐述变频恒压供水系统的设计 1、 水泵的扬程特性
在水泵的轴功率一定的前提下，扬程 H 与流量 Q 之间的关系 H=f
（Q），称为扬程特性。其曲线如图 11-6 中的曲线 2 和曲线 4 所示。
曲线 2 为水泵转速较高的情况，二曲线 4 为水泵转速降低的情况。
2、 管路的阻力特性
装置的扬程 Hc 与管路的流量去 Q 之间的关系 Hc=f（Q），称为管 路的阻力特性。其曲线如图 11-6 中的曲线 3 所示，曲线 1 为开大管 路阀门（管阻较小）的情况，而曲线 3 为关小管路阀门（管阻较大）
的情况。
3、 调节流量的方法
如图 11-6 中的曲线 1 表示阀门全部打开时，供水系统的阻力特 性；曲线 2 表示水泵额定转速时的扬程特性，则这时供水系统工作在 A 点：流量为 Qa，扬程为电动机的轴功率与面积 OQaAHa 成正比。要 将流量调整为 Qb，有两种方法：
（1） 转速不变，将阀门关小，工作点移至 B 点，流量为 Qb，扬程为 Hb，电动机的轴功率与面积 OQbBHb 成正比。
（2） 阀门的开度不变，降低转速，阀门的开度不变，降低转速后扬 程特性曲线如图 11-6 中的曲线 4 所示，工作点移至 C 点，流量 仍为 Qb，扬程为 Hc。电动机的轴功率与面积 OQbCHc 成正比。
将上述两种方法加以对比，可明显的看出，采用调节转速的方法来调 节流量，电动机所用的功率将大为减少。
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11-6 水泵的流量调节
变频调速恒压供水系统的组成框图
两台水泵供水时顺序运行过程
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11-1 不同住宅类型的用水标准
11-2 供水规模换算表
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11-3 水泵、电动机和变频器选型表
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1、 设定供水压力经验数据：平房供水压力
p=0.12MPa；
楼房供水压力 p=（0.08+0.04*楼层数）MPa。2、 系统设计还应遵循以下原则：
蓄水池容量应大于每小时最大供水量 水泵扬程应大于实际供水高度
水泵流量总和应大于实际最大供水量 四、设计实例
某居民小区共有 10栋楼，均为七层建筑，总居住 560 户，住宅类型为 10-1 中的 3 型，试设计恒压供水变频调速系统。
（1） 设备选用
1、 根据表 11-1 确定用水标准为 0.19m^3/人日 2、 根据表 11-2 确定每小时最大用水量为 105m^3/h 3、 根据 7 层楼的高度可确定设置供水压力值为 0.36MPa
4、 根据表 11-3 确定水泵型号为 65LG36—20*2 共 3 台，水泵自带电 动 机 功率 为 7.5W ， 选 用 三垦SAMCO---vm05 变 频 器 SPF—7.5K, 配 接 SWS 供水基板，容量为 7.5kw。
（2） 变频调速恒压供水系统原理图设计
变频调速恒压供水系统采用三垦 SAMCO—vm05 变频器，内置有 PID 调节器配置有 SWS供水控制基板，可直接驱动多个电磁接触器，
可以方便的组成恒压供水控制系统，图 11-9 所示为变频调速恒压 供水系统原理图
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11-9 变频调速恒压供水系统原理图
现对图11-9 中的几个控制点加以说明：Mf为冷却风机，SA 为选择 开关，系统用户可方便的进行自动运转和手动运转的切换，给定压力是通 过操作面板设置的，压力反馈用的压力传感器采用远传压力表，价格低廉，
电路中的 P 为远传压力表，中间继电器 KM*是为了进行手动-自动电路之间 的互锁并发生瞬时停电时起作用，在发生停电时，KM*线圈失电，使辅助触 点切换，MBS 与 DCM 接通，运转的电动机空转停止，中间继电器 RD 用于电 路自动工作时运转和停止的控制，按钮 SB7 用于自动工作的启动，按钮 SB8
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用于自动工作的停止，当选择开关 SA 置于手工运转位置时，分别按下按钮 SB1,SB2，SB3，可起动电动机 M1，M2,M3.
分别按下按钮 SB4，SB5，SB6 可停止电动机 M1，M2，M3。当由市电工频电 源驱动电动机时，电动机回路中串有热敏继电器进行过载保护，由于变频 器和市电可切换驱动电动机，故必须使用电磁接触器触点互锁，防止双方 的电磁接触器同时接通而损坏变频器。
（3） 系统主要电器的选择
1、 断路器 QF2 选择，断路器具有隔离、过电流及欠压等保护功能，
当变频器的输入侧发生短路或电源电压过低等故障时，可迅速进行 保护，考虑变频器允许过载能力为 150%，1min。所以，为了避免误 动作，断路器 QF2 的额定电流 Iqn 应选
Iqn>=(1.3-1.4)In=(1.3-1.4)*16.4A=23A QF2 选 30A 式中，In 为 变频器的输出电流，In=16.4A
2、 断路器 QF1 的选择。在电动机要求实现工频和变频驱动电路中，
断路器应按电动机在工频下的启动电流来考虑，断路器 QF1 的额定 电流 Iqn 应选
Iqn>=2.5Imn=2.5*13.6A=34A QF1 选 40A 式中，Imn 为电动机的额 定电流 Imn=13.6A。
（4） 接触器的选择。接触器的选择应考虑到电动机在工频的启动情况，
其触电电流通常可按电动机的额定电流再加大一个档次来选择，
由于电动机的额定电流Imn=13.6A，所以接触器的接触点电流选
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20A 即可。
（5） 安装于配线注意事项
1、 变频器的输入端 R,S,T 和输出端 U,V,W 是绝对不允许接错的，否 则将引起两相间的短路而将逆变管迅速烧坏。
2、 变频器都一个接地端子“E”，用户应将此端子与大地衔接，当变 频器和其他设备，或多台变频器一起接地时，每台设备都必须分别 和地线相接，不允许将一台设备的接地端和另一台设备的接地端后 再接地。
3、 在进行变频器的控制端子接线时，务必于主动力线分离，也不要 配置在同一配线管内，否则有可能产生误动作。
4、 压 力设 定 信号线 和来 自 压力 传 感器的 反馈 信 号线 必 须采用 屏蔽 线，屏蔽线的屏蔽层与变频器的端子 ACM 相接，屏蔽线的另一端屏 蔽层悬空。
5、 变频器功能参数设置，变频器的主要功能参数设置见表 11-4 11-4 变频器的主要功能参数设置
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五、 说明设计方案的前景。
随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心 的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，
起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于 泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除 起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、
以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高 效率的运行目的。
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