摘要：本文分析了供水處理過程中，將變頻器應用于水泵的節能原理，提出了采用深圳日業電氣有限公司生產的SY3200變頻器作為水泵變頻器件的設計方案，采用SY3200變頻器后，供水系統運行穩定。
　　根據貴廠實際情況，工廠用水是由一臺水泵將外源水抽至工廠儲水池，再由另外一臺水泵根據工廠實際用水量的大小來將水供給工廠使用。
　　在一般情況下，水泵采用恒速交流電動機拖動，而用水量卻是變化的，為了保證水池的正常供水，工人要在現場經常調節擋板或閥門開度大小來控制水泵的抽水量，或者將水池中用不完的水白白流掉。這樣做不僅增大了工人的勞動強度，而且有大量的電能浪費在水泵閥門阻力的損失上。因此就要求水泵處于變工況運行，若利用變頻器進行調速，以調節電動機轉速的方法取代調節擋板或閥門，則不僅可以減輕工人勞動強度，還能達到節約電能目的，對提高企業經濟效益有重要意義。
水泵變頻器控制節能原理
1、水泵特性分析
根據離心泵特性曲線的有關公式：
　　　　　　　　　　　　　　　P=K1Qh （1）
　　　　　　　　　　　　　　　Q=K2n （2）
　　　　　　　　　　　　　　　H=K3n2 （3）
　　　　　　　　　　　　　　　由（1）、（2）、（3）式得：
　　　　　　　　　　　　　　　P=k4n3 （4）
　　　　　　　　　　　　　　　P/Q=K5n2 （5）
　　　　　　　　　　　　　　　式中：K1，K2，K3，K4，K5為常數：
　　　　　　　　　　　　　　　P為泵機軸功率；
　　　　　　　　　　　　　　　Q為泵機流量；
　　　　　　　　　　　　　　　H為泵機揚程；
　　　　　　　　　　　　　　　n為泵機轉速。
（1）式中說明在相同的軸功率下，若通過出口閥門調節泵機流量，將引起泵機揚程的相應改變，流量越小，揚程變得越大，但實際抽水時，由于揚程是基本不變的，由此就產生了更多的富余揚程。
（4）式說明泵機軸功率與轉速的立方成正比，若設法降低轉速，就可以減小泵機軸功率，再由（1）可知，就可實現流量或揚程的自由調節。
（5）式說明單位時間內，排放每m3 水能耗（即功耗）與轉速立方成正比，這說明在達到實際供水流量前提下，轉速越小，功耗越小。
2、電機特性分析
根據交流電動機的工作原理：
　　　　　　　　　　　　　n=60\p.f（I-s） （6）
　　　　　　　　　　　　　式中：f為電機的電源頻率；
　　　　　　　　　　　　　p為電機的磁極對數；
　　　　　　　　　　　　　S為轉差率。
由于電機的S和P為常數，所以（6）式可知電機的轉速與電源頻率有固定的正比例關系。
3、節能原理
　　由電機特性分析可知，均勻改變電機供電頻率F，就可以平滑地改變電動機的轉速，從而改變泵機的轉速；結合泵機特性分析，降低電動機轉速，電動機輸入功率也隨之減少，泵機軸功率就相應減少。這就是變頻器控制水泵的節能原理。
　　另外，水泵起動時的急扭和突然停機時的水錘現象往往容易造成管道松動或破裂，嚴重的可能造成電機的損壞，水泵采用變頻器調速以后，可以根據工藝的需要，實現泵機的軟啟和軟停，從而使急扭及水錘現象得到解決。而且在用水量不大的情況下，可以降低泵機的轉速，這樣不僅避免了水泵長期工作在滿負荷狀態，造成的電機過早的老化，而且變頻器的軟啟動大大減小泵機啟動時對機械的沖擊，也具有節能的作用，其節電率一般在15%-40%左右。
水泵變頻控制設計
變頻器選用深圳日業電氣有限公司開發生產的日業牌SY3200變頻器作為就頻調速系統的執行單元。日業SY3200系列變頻器是高性能空間電壓矢量控制通用變頻器。
它具有如下特點：
■　日立32位電機控制專用微處理器，高精度頻率輸出。
■　新穎的功率累計功能，觀察節能效果更直觀方便。
■　獨特時間累計功能，可以顯示單次通電運行時間，累計運行時間。
■　內置RS-485接口，可計算機聯網控制。多信號輸入，內置簡易PLC，自動化控制更方便。
■　參數交互功能，設定方便。
■　載波頻率可調，靜音運行。
■　控制方式多樣化，通用性強。
■　內置PID調節功能，閉環控制簡單。
■　低速額定轉矩輸出，運行穩定。
■　鍵盤操作方便，可在運行時在線調整和設定有關參數
■　內置剎車單元，快速停車。
■　風扇的運行狀態可以控制，調度和運行更簡易方便。
■　多樣的變頻器運行狀態參數顯示，對控制信號和負載有關情況一目了然。
　　系統被控對象為1臺30KW水泵電機，保留電機的原工頻啟動單元，另加變頻控制，兩者通過機械電氣聯鎖，既保證了泵機的正常運轉，又便于系統的維修，液位測量變送器用于測量水池液位，并將液位信號變換成4～20mA標準電信號，供給SY3200變頻器。圖一所示為SY3200變頻器控制泵面的結構框圖。

　　　　 圖一：SY320變頻器控制泵機結構框圖

　　當工廠用水量增大時，水池水位則相應的下降，液后測量變送器將液位下降以電信號的形式傳送給SY3200水池供水變頻器，使SY3200變頻器輸出頻率相應地增大，水泵電機轉速上升，供水量也相應地加大，從而保持了水池液位的相對穩定。反之，則變頻器輸出頻率降低，以保持水池水位不再上升。
4、結束語
水泵在使用了SY3200變頻器控制以后，不但免去了許多繁瑣的人工操作，降低了不安全隱患因素，并且使系統始終處于節能狀態運行，延長了設備的使用壽命，減小了維修工作量和維修頻率，還可以實現電機的軟啟動，使起動電壓降低，減小對電網的大電流沖擊，更好地適應了生產需要。而且日業電氣有限公司的 SY3200變頻器具有豐富的內部控制功能，可以很方便地與其他控制系統實現閉環自動控制。因此，在供水處理過程中使用變頻器具有很好的應用價值和推廣價值。

說明，改造方案須用工頻，變頻雙回路控制，變頻改造并不改變水泵原有的控制原理，原水泵系統保護裝置依然有效，并且工頻/變頻切換采用了電氣，機械雙重聯鎖，大大提高了系統的安全，可靠性。