一、前言
變頻調(diào)速恒壓供水設備從二十世紀九十年代開始在我國推廣使用，是我國近二十幾年來應用最為廣泛的二次增壓供水系統(tǒng)。但圍繞采用變頻調(diào)速恒壓供水設備的用戶是否普遍都有較好的節(jié)能效果，業(yè)內(nèi)卻又一直存有較大爭議。采用高效集成式全變頻控制技術研發(fā)成功的水泵專用集成式變頻器并將其成功應用于建筑二次供水領域，是變頻調(diào)速恒壓供水設備控制技術研發(fā)進程中的關鍵突破和重大創(chuàng)舉。高效集成式全變頻恒壓供水設備的最顯著特點是高效、節(jié)能、集成化，它的推廣應用將引領未來建筑二次供水設備發(fā)展的主導潮流。

二、高效集成式全變頻泵節(jié)能原理分析
1、變頻調(diào)速技術的節(jié)能原理
我們知道，在變頻調(diào)速供水設備中，影響變頻調(diào)速供水設備節(jié)能效果的關鍵因素取決于系統(tǒng)中所選的工作水泵是否在整個供水過程中都能連續(xù)穩(wěn)定運行在高效區(qū)。根據(jù)水泵的相似定律，對同一臺水泵輸出功率和轉(zhuǎn)速、揚程及流量有如下關系：

從以上公式可知，當揚程不變，水泵出水量減少，轉(zhuǎn)速可同比例下降，其水泵功率也會快速下降，能耗大幅度降低。
變頻恒壓供水設備的實現(xiàn)節(jié)能的原理就是：當工作泵出水小于額定流量時，通過一個變頻器（單變頻）及相關的電氣元器件組成的控制回路，根據(jù)系統(tǒng)的流量變化實現(xiàn)加泵或減泵，再通過工頻、變頻切換的方式控制一套泵組的目的。即使是為設備的每臺工作水泵分別配置有變頻器（多變頻），它的運行模式還是這種方式，只是解決了在每臺水泵啟動、停止時實現(xiàn)軟啟動，有利于消除水錘現(xiàn)象，但整套設備還只是一套控制系統(tǒng)。
這一技術的缺點是：它因受水泵的高效范圍較窄制約，使變頻泵轉(zhuǎn)速在30Hz～50Hz范圍內(nèi)變化（即水泵出水量在100﹪～60﹪范圍內(nèi)變化），節(jié)能效果相對明顯；當水泵轉(zhuǎn)速低于60﹪時，水泵和電機的效率將顯著降低，不節(jié)能或節(jié)能有限；當頻率降至25Hz以下時，水泵不出水，電機不做有效功，能量浪費依然存在。
2、高效集成式全變頻泵節(jié)能原理
在民用建筑二次增壓給水設備中，設備的實際運行時系統(tǒng)供水流量是一個動態(tài)變化的過程。可以說大多數(shù)時間用水需求均處于低峰狀態(tài)下，目前國內(nèi)常見的PLC組成的單（多）變頻給水系統(tǒng)中，當一臺泵水泵不能滿足正常供水時，第二臺泵因效率的原因即最低運行頻率的制約，在60﹪以下流量下需要用60﹪以上的啟動頻率來運行第二臺水泵，勢必造成電能的浪費。為了解決上述系統(tǒng)運行能耗問題，我們用高效集成式全變頻技術可以實現(xiàn)兩臺或兩臺以上水泵的同步變頻運行問題，即實現(xiàn)泵組內(nèi)多臺水泵效率平均分攤，同時變頻運行，使得每一臺水泵均處于高效段運行，同時又能克服因變頻給水系統(tǒng)中最低運行頻率制約問題。
三、高效集成式全變頻泵組
應用集成式全變頻控制技術，每一臺水泵均獨立配置一臺變頻控制器，各泵機上的變頻控制器通過內(nèi)部CAN總線技術，實現(xiàn)多臺泵機之間的相互通信，使整套設備具有多個與水泵一對一互相匹配的變頻和控制大腦，設備中所有水泵共享系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)信息，聯(lián)動均衡運行，克服水泵不在高效區(qū)運行現(xiàn)象，實現(xiàn)真正意義上的全變頻控制運行。
1.產(chǎn)品組成
系統(tǒng)主要由高效不銹鋼多級離心泵、集成式變頻器、控制柜、底板、不銹鋼管路、閥門以及氣壓罐等組成。
2.產(chǎn)品特點

a)配置集成式變頻器
智能的變頻高效電機，內(nèi)置PID和先進的節(jié)能軟件，
精確控制性能 輸出滿足水力要求。
b)分散型控制
每臺變頻器內(nèi)置主板控制器，且均具有獨立的控制運行功能，泵與泵之間通過CAN總線互相聯(lián)動運行。當一臺泵控制器故障時其它泵可正常運行給用戶供水。

c)節(jié)能型系統(tǒng)
在同一工作泵組中，能夠?qū)崿F(xiàn)所有工作水泵同步變頻運行，能夠根據(jù)用水總需求量自動平均分攤運行效率（如圖1），較傳統(tǒng)恒壓變頻給水設備（如圖2）節(jié)約電能13﹪以上。

d)高效的水利部件
獲得專利的3D葉輪設計使每級高壓葉輪保持在同樣高的效率水平。下圖3是用傳統(tǒng)的水利部件和3D高效水利部件進行的性能比較，從圖3中可知， 配置3D高效水利部件的泵效率提升高達10﹪以上。

圖3：水利性能比較

e)維修方便
根據(jù)EN 2006/42/CE標準而設計的聯(lián)軸器保護裝置，如圖4，獨特的聯(lián)軸器Spacer，設計如圖5，同時可配置集裝式機械密封，如圖6。所有以上設計保證了最短的維護時間。

f)系統(tǒng)安全可靠
系統(tǒng)通過半導體數(shù)字芯片無觸點切換實現(xiàn)水泵的啟停，不需要繼電器電路，減少了繼電器電路中觸點的頻繁吸合斷開，降低故障發(fā)生率，提供系統(tǒng)的安全性、可靠性。
g)噪聲低
變頻降噪技術，能大幅度的消除降解變頻電流聲。比普通變頻技術噪聲降低10-20dB。變頻輸出交接自保持技術，最大限度的降低控制柜元器件動作聲音。
h)全不銹鋼結(jié)構
水泵、管路、閥門及配件使用食品級不銹鋼，保證水質(zhì)清潔。
i)控制系統(tǒng)自身能耗少
把變頻器和控制器集成一體的水泵專用變頻器，將不再需要體積龐大的控制柜（如圖7、圖8），減少了因控制系統(tǒng)中元器件及電氣線路自身發(fā)熱產(chǎn)生能耗約占水泵能耗3～5﹪左右。

圖7：普通全變頻控制柜

圖8：集成式全變頻控制柜

3.系統(tǒng)功能
a)恒壓控制功能：保持供水壓力的穩(wěn)定，并可根據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)各水泵在變頻和工頻狀態(tài)下配合工作，并遵循“先開先?！痹瓌t。
b)超越故障泵運行功能：采用CAN通信水泵發(fā)生故障時，系統(tǒng)能自動啟動下一個正常水泵運行。
c)效率平均分攤功能：每臺泵變頻運行工作效率相同，此功能能夠克服因電機最低啟動變頻的制約而造成的電能的浪費。
d)節(jié)能：系統(tǒng)采用先進的高效集成全變頻控制技術，與傳統(tǒng)的PLC變頻控制技術相比，系統(tǒng)平均節(jié)能約13﹪以上。
e)保護功能：泵組采用“先啟先?！钡倪\行方式，循環(huán)運行，不分主用、備用泵，所有水泵均勻運轉(zhuǎn)，避免備用泵長期不啟動所造成的銹蝕損壞，在夜間用水低峰期則用穩(wěn)壓泵低頻運轉(zhuǎn)來穩(wěn)壓。這樣，既延長了泵組的使用壽命，又降低了泵組的維護費用。
f)自動定時切換功能：控制系統(tǒng)中設有定時器，可記錄每臺水泵的累計工作時間，當某泵累計工作時間達到設定值時，控制系統(tǒng)將根據(jù)數(shù)據(jù)對比中斷該泵的運行，該泵即自動轉(zhuǎn)為備用并重新計時，下臺水泵自動切換運行，依次循環(huán)，達到定時切換目的。
g)無水自動停機功能：無水時能自動停機保護并報警，有水時能自動啟動。
h)小流量停泵保壓：系統(tǒng)在用水低谷，能自動切換到小流量自動停泵保壓狀態(tài)。
i)瞬時斷電自恢復功能：因電網(wǎng)變化發(fā)生瞬時停電，來電后自動恢復運行狀態(tài)。
四、結(jié)束語
在中國隨著城市化進程的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)自來水用水需求也隨之不斷增加，各類二次增壓變頻恒壓供水設備隨著城市化進程蓬勃發(fā)展，而變頻恒壓供水設備是實現(xiàn)二次增壓設備可靠運行的核心部分。在國內(nèi)，以集成技術為平臺的系列變頻控制技術得到了廣大用戶的歡迎，因其具有安全可靠、低能耗、功能強大、智能化程度高、操作維修便捷等特點。它可應用到包括老舊二次供水泵房的節(jié)能改造，新建項目的二次增壓供水以及空調(diào)暖通循環(huán)供水系統(tǒng)、工業(yè)、家用供水等領域，特別是隨著全球氣候變暖及能量匱乏，國家可續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，節(jié)能減排任務更加緊迫，可以預見，采用高效集成全變頻控制技術的恒壓供水設備的需求和應用將會越來越多。
（威樂(中國)水泵系統(tǒng)有限公司朱建陽 李平洲 李瑩光）