水泵工况的调节是通过改变水泵性能曲线得以实现的。本文重点对变频调速恒压供水系统中水泵能耗机理进行深入研究，得出一些有益的结论。
3.介绍了基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统，该系统由一台变频器拖动多台水泵电机变频运行。压力传感器采样管网压力信号经PID处理传送给变频器，变频器根据压力大小调整电机转速，改变水泵性能曲线来实现水泵的流量调节，保证管网压力恒定。重点对变频调速恒压供水系统的构成和工作过程，控制系统的硬件设计和PLC程序设计进行研究。根据现场需要，对上位机上的监控软件进行总体方案设计。
4.针对大功率电机如何实现变频转换成工频的关键问题，首先在理论上作深入细致的研究，并在现场工业试验中引入鉴频鉴相控制器，当变频器输出频率达到50Hz时，在工频电源和变频输出电源相位一致时，PLC发出指令切断变频器输出，真正实现了大功率电机的无冲击起动，保证切换电流为额定电流的1.5倍左右，从而减少对电机设备的损坏和电网的冲击。
2 变频恒压供水系统基本控制策略
2.1系统介绍
变频水控制系PLC控制屏显示调速器、
液位检测 变 频 器 消防信号 P L C 压力信号 P 4 # 泵 出水管网 恒压供统
市政供水管网 由
交流接触器 器、触摸器、变频压力变
3 # 泵 2 # 泵 1 # 泵 P 7 蓄 水 池
送器、水位变送器、交流接触器等其它电控设备以及3台水泵（功率为15KW）和一台小流量辅助泵（功率为5KW）等构成。在供水系统总出水管上安装压力变送器检测出水压力，在蓄水池安装液位变送器，PLC具有模拟量输入检测模块，检测压力变送器和液位变送器输出的4-20mA信号，将检测的压力信号与设定的压力信号经过PID运算后，通过控制变频器的输出频率来调整电动机的转速，保持供水压力的恒定，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统；自动检测水池水位信号与设定的水位低限比较，输出水位低报警信号或直接停机。触摸屏显示器可以显示电源电压、电流、变频器输出频率、实际供水压力和设定供水压力和各泵的工作状态等信息；可以通过触摸屏在线修改设定供水压力和控制水泵的运行。该系统还设有多种保护功能，尤其是强电逻辑硬件互锁功能，从而保证正常供水，且可以做到无人值守。如下图所示
2.2变频分析
2.1.1供水系统的基本特性
供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f (Q)，如下图所示。由图下可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀
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门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q之间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之
间的关系H=f (Qo)。管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量QC之间的关系。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如上图中A点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。
2.2.2变频调速原理
变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由鼠笼式异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转差率定义为:
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S=1－(n/n 1) 异步电机的同步速度为:
n1=60f/p 异步电机的转速为:
n=60f (1－s ) /p 其中:n1为异步电机的理想空载转速; n为异步电机转子转速; f是异步电机的定子电源频率; p为异步电机的极对数。
从上式可知，当极对数p不变时，电机转子转速n与定子电源频率f成正比，因此连续调节异步电机供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电机的同步转速，从而调节其转子的转速[2]。
变频调速时，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬的优点，调速性能可与直流电动机调速系统相媲美。因此，变频调速是交流异步电机一种比较合理和理想的调速方法，它被广泛地应用于对水泵电机的调速。 2.2.3水泵调速运行的节能原理 １、交流电机变频调速原理
交流电机转速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 为电机转速，f为交流电频率，s 为转差率，p为极对数。
电机选定之后s 、p则为定值，电机转速n和交流电频率f 成正比，使用变频器来改变交流电频率，即可实现对电机变频无级调速。 ２、根据离心泵的负载工作原理可知： 流量与转速成正比：Ｑ∝Ｎ
转矩与转速的平方成正比：Ｔ∝Ｎ２
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功率与转速的三次方成正比：Ｐ∝Ｎ３
而且变频调速自身的能量损耗极低，在各种转速下变频器输入功率几乎等于电机轴功率，由此可知在使用变频调速技术供水时，系统中流量变化与功率的关系：
Ｐ变＝Ｎ３Ｐ额＝Ｑ３Ｐ额
采用出口阀控制流量的方式，电机在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系：Ｐ阀＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ额 其中，Ｐ为功率 Ｎ为转速 Ｑ为流量
例如设定当前流量为水泵额定流量的６０％，则采用变频调速时Ｐ变＝Ｑ３Ｐ额＝０.２１６Ｐ额，而采用阀门控制时Ｐ阀＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ额＝０.７６Ｐ额，节电＝（Ｐ阀-Ｐ变）／Ｐ阀*１００％＝７１.６％。 流量% 100 90 80 70 60 50
节电率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1
由此可见从理论计算结果可以看到节能效果非常显著，而且在实际运行中小区变频恒压供水技术比传统的加压供水系统还有自动控制恒压、无污染等明显优势。
而且新型的小区变频恒压供水系统能自动地控制一至多台主泵和一台休眠泵的运行。在管网用水量减少到单台主泵流量的约1/6-1/8时，系统自动停止主泵，启动小功率的休眠泵工作，保证系统小流量供水，解决小流量甚至零流量供水时大量电能的浪费问题，从运行控制上进一步节能。 2.2.4变频调速方式
水泵多配用交流异步电机拖动，当电机转速降低时，既可节约能量，经济效益十分显著。由异步电动机的转速公式:
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