变频恒压水泵工作原理及常见故障处理与保养

水泵组网工作原理示意图：

         

变频恒压水泵供水系统的工作原理：

         

变频恒压供水机组是一种对水泵机组进行转速调节从而实现恒压变量供水的智能型机电一体化装置，该设备由压力传感器、变频器、可编程控制器、控制回路、水泵、气压罐及其他附件组成，可通过控制水泵的转速实现恒压变量供水，具有压力平稳、节能显著等优点。

变频恒压供水工作模式：

1.  变频泵  固定工作模式：

投入：当用水量小于一台泵在工频恒压条件下的流量，由一台变频泵调速恒压供水；当用水量增大时，变频泵的转速上升，当变频泵转速上升到工频转速，而用水量进一步增大，由变频供水控制器自动启动一台工频泵投入，该工频泵提供的流量是恒定的(工频转速恒压下的流量),其余各并联工频泵按相同的原理投入。

退出：当用水量下降，变频调速泵的转速下降，当频率下降 到零流量的时候，变频供水控制器发出一个指令，自动关闭一台工频泵使之超出并联供水。为了减少工频泵自动投入或超出时的冲击（水力的或电流的冲击）。在投入时，变频泵的转速自动下降，然后慢慢上升以满足恒压供水的要求。

2. 变频循环软启动工作模式

投入：在这种供水模式中，当供水流量小于变频泵在恒压工频下的流量时，由变频泵自动调速供水，当用水流量增大，变频泵的转速升高，当变频泵的转速升高到工频转速，由变频供水控制器控制把该台水泵切换到由工频电网直接供电(不通过变频器供电)变频器则另外启动一台并联泵投入工作。随着用水流量继续增大，其余各并联泵均按上述相同的方式软启动投入。

退出：当用水流量减小，各并联工频泵按次序关泵退出，并且泵退出的顺序按先投入先关泵退出的原则由变频控制器单板计算机控制。

两种工作模式的比较：

在变频泵固定方式中，各并联水泵是按工频方式自动投入或退出的。当用水流量变化，变频泵始终处于运行状态，变频泵运行时间最长。为了均衡各水泵的运行时间，对于变频泵固定运行方式，可以设计成变频泵定时轮换运行方式。变频泵定时轮换，即任何一台并联泵都有可能成为变频泵。

按变频器工作原理，在运行中的变频器不允许在其输出端进行切换；否则在切换过程中会使变频器中的某些电子器件受到大电流冲击而降低其寿命。在变频泵自动轮换过程中，要在变频器的输出端进行切换；为了保护变频器，在进行自动切换之前应使变频器停止运行。在变频器停止运行的条件下，在其输出端进行切换。在切换好后再重新启动变频器恢复正常运行。因此，自动轮换控制的电路比较复杂，会增加变频控制柜的造价并降低其使用可靠性。

当变频恒压变量供水系统具有变频泵自动轮换功能，其优点是各并联泵可定时轮换到变频运行，使各并联泵的磨损均衡。但是，在任一台泵变频运行时，万一水泵故障有可能使变频器保护跳闸而停止工作。各并联水泵是由变频器控制运行的；当变频器跳闸，必然使所有并联水泵停机而中断供水。

采用循环软启动工作模式的变频恒压给水系统，同样存在上述变频泵自动轮换工作模式的缺点。

主程序流程图：

         

加泵流程图：

         

减泵流程图：

         

变频恒压供水系统工作过程：

通过压力传感器检测罐体压力，压力电信号经过自动控制电路识别、放大，控制接触器动作，从而使水泵根据罐体内压力变化，自动运行和停止，达到自动供水的目的。

         

工作过程：水泵启动，将水通过止回阀注入罐体，从而使罐体内压力增大，当压力达到所设定压力上限时，压力自动控制器自动关闭水泵，使水泵停止运行。由于供水罐体内压力高于供水管网压力，所以能自动降压供水，当压力减小到设定压力下限时，自动控制水泵启动，自动向供水罐内注水，如此往复，使设备不停供水，全自动运行。

程序中使用的元器件及其功能说明：

变频恒压供水设备的主要技术要求 ：

1 、设具有定时泵切换功能，而使各泵的运转时间均一化，从而提高了泵的使用寿命。  

2 、具有自动和手动运行功能。当自动部分出现问题时，可转换到手动档工作。

3 、设备有消防供水接口系统，可以与用户的火警传感系统连接，可达到遇火警时消防高压用水自动开启的目的。

   即两种设定压力。

4 、内置实时钟。可编程压力运行时间图，多达每日8   段定时高低压供水功能。（需配供水控制器）

5 、系统提供了二种节能工作方式，休眠功能或附属小泵功能。（需配供水控制器）

6 、该设备具有过压、欠压、过流、过载，瞬间停电，电子热保护等保护功能。

7 、变频器有完善的自诊断功能，当故障出现时能显示出故障信息代码以便用户对照。  

8 、设备设有液位传感器系统，可防止水池缺水时烧毁水泵、变频器。  

9 、设备设有相序保护和断相保护功能，如设备在使用过程中出现断相，相序错换，设备能自保护停机。

变频恒压相对工频的节能优势：

众所周知，水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即P=Kn3．：P 为水泵消耗功率；n 为水泵运行时的转速；K 为比例系数。而水泵设计是按工频运行时设计的，但供水时除高峰外，大部分时间流量较小，由于控制系统采用了变频技术，因此可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化，最终达到节能的目的。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。

 PLC   可编程控制器的工作原理：

PLC 是整个变频恒压供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。

主程序大体包括以下几部分功能：

调用初始化子程序，设定各初始值；

根据增、减泵条件确定工频泵运行数；

根据增泵、倒泵情况确定变频泵号；

通过工频泵数和变频泵号对各泵运行情况进行控制；

进行报警和故障处理。

PID 回路调节器的工作原理：

压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID 控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID 回路调节器，由PID 回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。当然，随着变频器技术的快速发展，后一种办法更经济、实用。

PID  比例增益rPG、积分增益rlG、微分增益rdG：

此设置此是为了确保在运行过程中系统的稳定性，防止因泵的切换和反馈的压力值突变，引发系统剧烈震荡，使系统能平稳快速的响应外界压力的变化。各参数对系统的影响见下图。

功能原理图：

         

         

常见故障分析及解决：

泵运行高能耗原因：

设计因素：

a  设计任务书不明确，负荷计算往大的靠；

b  滥用单位负荷指标估算，造成“一大三大”的后果；

c  安全系数层层加码；

d  对复杂水路系统水泵参数计算或组合配置错误；

施工因素：

a  堵气现象；

b  水力不平衡；

c  有堵塞现象；

材质因素：

a  阀门关闭不严；

b  水泵效率不高。

运维因素：

a  水泵主机运行组合错误；

b  系统维保不良，有跑、漏、堵塞现象。

水泵和管道不相匹配，“大马拉小车现象”严重，水泵处于“大流量、低效率、高功耗” 的不利工况运行；

对复杂系统，水泵并联或串联运行配置不合理，增加水送能耗；

管路因设计、施工或运行原因导致局部阻力偏高的不正常现象，增加了水送能耗；

回路漏渗、水流旁通，增加无效流量，增加水泵能耗；

系统回路阻力严重不平衡，增加主机能耗和水泵能耗；

水泵质量偏差，效率偏低，增加能耗。

在用户用水时，有很大噪音，水的压力也不是很稳，请问这是什么原因造成的？

1. 用户用水时，水压波动剧烈，变频泵一直处于变频状态。

2. 由于用户用水和变频泵频繁变频导致的水压波动引起一些管道共振。

3. 变频部分频率可能和泵的机械振动频率相近引起共振。

4. 检查是否有气蚀现象（泵充水是否完全）、出口管路是否有空气积聚。

5. 检查无负压供水设备水泵的轴承是否有磨损。

6. 变频的参数没有设置好。

7. 用户用水量变化快，变频器里对信号响应处理慢，归结到底，就是PID设置积分值过大或微分值过小。先看看变频器是什么牌的，拨打相应的客服电话，询问PID设置里的积分参数和微分参数是，然后积分值下调或微分值上调（如果微分参数不为零），在看看供水是否还是不稳定。

水泵启动瞬间压力很大？

1. 要检查管道是否有阻塞现象，造成压力突变（因为流量变小），要检查管道是否有漏水现象，造成压力不能保持。

2. 一般来说，供水机组是自动的，它的自动动作是靠压力来控制机组的开关动作。管道的流量大小也会影响很大，流量变小会造成水泵一启动，出口处至阻塞处压力突然变大，造成压力控制误动作，启动就会频繁（漏水也会）。

启动水泵的瞬间，产生了水锤。

设备常见硬件故障：

         

本文来源于互联网，暖通南社整理编辑于2021年9月2日。