一、應(yīng)用背景：
各種泵類的使用無(wú)論在工業(yè)生產(chǎn)還是在百姓生活中都起著非常重要的作用，水泵的使用范圍非常廣。根據(jù)全國(guó)第三次工業(yè)普查公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，我國(guó)風(fēng)機(jī)和水泵等通用機(jī)械總裝機(jī)容量為1.6億kW，其中風(fēng)機(jī)約為4900萬(wàn)kW，水泵約為1000萬(wàn)kW，年耗電3200億kWh，約占耗電總量1/3，占工業(yè)用電量的40%，從這一組數(shù)據(jù)中我們可以看到水泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有舉足輕重的位置，但它的高耗能也給國(guó)家能源帶來(lái)了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)；因此水泵系統(tǒng)的節(jié)能勢(shì)在必行。
二、工作原理：
一般企業(yè)通過(guò)水泵給全廠供水（包括生產(chǎn)用水、生活用水）。對(duì)于用水量不大的企業(yè)常采取的方法是首先水泵將水打到廠內(nèi)的水塔上，水塔通過(guò)高低位水壓給廠區(qū)供水。由于廠內(nèi)用水量并不穩(wěn)定，這樣為了能夠滿足多變的供水要求，在水塔內(nèi)安裝了液位傳感器，當(dāng)水塔水位到達(dá)低點(diǎn)時(shí)，啟動(dòng)水泵送水，當(dāng)水位達(dá)到高點(diǎn)時(shí)，停止水泵。通過(guò)水塔水位低點(diǎn)、高點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化來(lái)滿足用水量變化。
對(duì)于用水量大的用電單位多采用二次供水泵方式供給用戶，即把水先存在蓄水池中，利用多臺(tái)二次泵直接供給用戶。在高峰期（例如早上5:30～8:30，中午11:30～13:30，晚上17:30～24:00）使用多臺(tái)水泵（例如3臺(tái)）；用水低谷時(shí)（24：00～5：03）只使用少數(shù)水泵（例如1臺(tái)），平時(shí)采用正常的水泵臺(tái)數(shù)（例如2臺(tái)）。由于用戶用水量是波動(dòng)的,但不是階梯狀波動(dòng)，這樣用水量和供水量存在不平衡。頻繁的開泵停泵給電機(jī)、水泵及管網(wǎng)造成沖擊，增加維護(hù)量。
三、存在的問(wèn)題：
1、供水泵不能根據(jù)實(shí)際需求來(lái)自動(dòng)調(diào)整輸出功率，電機(jī)工作效率低，造成大量電力浪費(fèi)；
2、供水泵啟動(dòng)電流大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)造成泵軸損傷，降低電機(jī)使用壽命；
3、供水泵系統(tǒng)運(yùn)行噪音大，停泵時(shí)產(chǎn)生的水錘現(xiàn)象會(huì)對(duì)管路和水泵造成傷害，增加了系統(tǒng)維護(hù)成本。
目前水泵的耗電已經(jīng)受到廣泛的重視，水泵的節(jié)電改造也普遍接受。由于各地方改造技術(shù)水平參差不齊，改造效果也不太相同。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)字，目前無(wú)論工業(yè)用水還是民用水，噸水耗電量相差很大，每噸水耗電從0.15到5.5度不等。
很多場(chǎng)合目前還是通過(guò)水泵閥門來(lái)調(diào)節(jié)用水量的大小，給水泵和管網(wǎng)的使用壽命帶來(lái)很大的影響，而且電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
四、改造方案
水泵在實(shí)際應(yīng)用中可分為：恒壓供水和恒液位供水。以下重點(diǎn)介紹恒壓供水
圖8 恒壓供水系統(tǒng)圖
1、節(jié)電改造方案分析
不管用戶處在什么位置，要滿足用戶日常需水量，只要保證管網(wǎng)水壓達(dá)到一定值就可滿足用戶正常用水要求。
為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，可利用專用控制器去控制水泵，控制水泵根據(jù)實(shí)際管網(wǎng)壓力做出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)管壓恒定的要求，從而達(dá)到水泵節(jié)電目的。
2、節(jié)電改造方案實(shí)施
節(jié)電控制系統(tǒng)有“手動(dòng)”、“自動(dòng)”兩種控制方式，用一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換。具有輸出頻率、輸出電流、電源電壓、管道壓力指示功能及故障報(bào)警功能。
1)手動(dòng)控制方式：變頻器按照設(shè)定的運(yùn)行頻率對(duì)水泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具有軟啟動(dòng)、軟停機(jī)功能。
2）自動(dòng)控制方式：采用PLC作為控制器，它通過(guò)專用模塊處理壓力傳感器送來(lái)的實(shí)際壓力信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部計(jì)算與設(shè)定壓力進(jìn)行比較，然后輸出信號(hào)控制變頻器；變頻器隨時(shí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,當(dāng)實(shí)際壓力小于設(shè)定壓力則調(diào)高水泵轉(zhuǎn)速，反之則降低水泵轉(zhuǎn)速；如果管道壓力等于設(shè)定壓力則保持此時(shí)的水泵轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制管網(wǎng)水壓實(shí)現(xiàn)恒定的目的。這種工作方式既滿足了用戶用水要求又實(shí)現(xiàn)了水泵節(jié)電目的。變頻智能供水系統(tǒng)如圖8所示。
3）根據(jù)用戶實(shí)際要求可增加遠(yuǎn)程通訊功能：通過(guò)上位機(jī)對(duì)供水泵運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并且可通過(guò)上位機(jī)對(duì)水泵進(jìn)行控制。
供水泵節(jié)電控制系統(tǒng)與水泵原控制系統(tǒng)互為備用，兩套系統(tǒng)之間存在互鎖關(guān)系，以確保水泵的正常、安全運(yùn)行。
五、改造后性能
1、可隨時(shí)對(duì)管網(wǎng)壓力進(jìn)行設(shè)定，操作簡(jiǎn)單，控制穩(wěn)定。簡(jiǎn)化了原來(lái)操作步驟，降低了現(xiàn)場(chǎng)操作員的 工作強(qiáng)度；
2、系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際壓力隨時(shí)調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行功率，節(jié)電效果明顯，節(jié)電率平均可達(dá)30%以上；
3、水泵軟啟動(dòng)、軟停機(jī)，運(yùn)行智能化，大幅度的降低了噪音，改善了現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境；
4、避免了啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)的沖擊，降低了對(duì)電網(wǎng)的干擾，延長(zhǎng)了電機(jī)壽命；水泵管道水錘現(xiàn)象的消除避免了水柱對(duì)水泵和管道的沖擊，延長(zhǎng)了水泵和管道壽命，降低了設(shè)備維修率。
5、控制系統(tǒng)的變頻—工頻切換功能可以使變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)將泵組切換到工頻工作，保證了水泵正常工作。
6、能對(duì)節(jié)電系統(tǒng)運(yùn)行故障進(jìn)行聲光報(bào)警，并自動(dòng)停止水泵運(yùn)行。
7、具備遠(yuǎn)程通訊功能。
六、節(jié)電原理
變頻節(jié)電原理參見(jiàn)第一節(jié)第五部分，這里不再贅述。
