图2－1 供水系统的基本特性与工作点 （2）水泵调速运行的节能原理 在供水系统中，通常是以流量为控制对象，常用的控制方式为阀门控制法和转速控制法。阀门控制法是通过调节阀门开度的大小来调节流量，而水泵电机转速保持不变，其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量的，因此，管组特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性不变。转速控制法是通过改变水泵电机的转速来调节流量，而阀门开度保持不变，其实质是通过改变水的势能来改变流量，因此，扬程特性将随水泵转速的改变而改变，但管阻特性不变。 采用变频调速的供水系统属于转速控制法，其工作原理是根据用户用水量的变化自动地调节水泵电机的转速，始终保持管网水压恒定，即：用水量增大，电机加速；用户水量减小，电机减速。图2－2为管网及水泵的特性曲线。 图2－2 管网及水泵运行的特性曲线 供水量高峰期水泵工作在A点，流量为，扬程为。当供水量要求从减小到时，若采用恒速泵供水，必须关小阀门，这时阀门的摩擦阻力变大，管阻特性曲线变为，扬程特性曲不变，而扬程则从上升到，运行工况从A点移到B点，此时水泵输出功率为(0,, B, )围成部分；若采用恒压()、变速泵（）供水，管网特性曲线变为，扬程特性变为曲线，工作点从A点移到C点，此时水泵输出功率为(0,, C, )围成的部分。比较两者，其节能为(, , B, C)围成的阴影部分。而且根据水泵变速运行的相似定律，变速前后的流量、扬程、功率与转速之间的关系为： 式中： 、、为转速时的功率、扬程、流量 、、为转速时的功率、扬程、流量 由上式可以看出，水泵在转速控制时，电机转速变慢，轴功率就相应的减少，电机输入功率也随之减少，轴功率于电机转速成三次方的关系下降。 由此可见：在供水系统输送同样流量的情况下，转速控制时的扬程比阀门控制时小得多，所需要的供水功率也比阀门控制方式小得多，两者之差是转速控制方式节约的供水功率，它与图中的阴影部分成正比。当流量从0～之间不断变化时，节能为图中(, A 围成的面积,可见其节电效果显著。 2.2常用的调速方式 水泵多配用交流异步电动机拖动，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： ＝ 式（2-1） 其中： 为异步电机的理想空载转速； 为异步电机转子转速； 为异步电机的定子电源频率； 为静差率，。 改变电动机极对数，改变静差率及改变电源频率都可以改变转速。常用的调速方式有变级对数调速，变频调速和可控硅串级调速三种方式。 1. 变级对数调整 在电源频率一定的情况下，电动机的同步转速与极对数成反比，改变电动机极对数，就可以改变转速。通过改变定子绕阻的接线方法来改变极对数。这种调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有极调速，而且级差比较大，只适用于特定转速的生产机器。对于我的设计不适用。 2. 变频调速 变频调速是将电网交流电经过变频器变为电压和频率均可调的交流电，然后供给电动机，使其可在变频的情况下运行。 改变电动机定子频率可以平滑地调节同步转速，相应的也就改变转子转速，而转差率可以保持不变或很小。但对电动机来说，定子频率改变后，其运行影响，如果电压不变，频率增加时，磁通减少，电动机转矩下降，严重时会使电动机堵转；频率减少，磁通增加，会使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁心损失急剧增加而发热，使不允许。因此在实用上，要求调速的同时，高变定子电压，保持磁通基本不变，既不使铁芯发热，有保持转矩的不变。变频技术对水泵电动机进行调整，以获得优良的运行特性和明显的节能效果，是目前常用的技术。 3. 可控硅串级调速 它是把异步电动机转子电势经过整流――逆变后回馈给电网，回收功率就是转差功率，当改变逆变角时，逆变电势、转差功率、转差率都 将随之改变，从而达到调整的目的。 这种方法的最大优点是由于它可以回收转差功率，节能效果好，且调整性能也好，但由于线路过于复杂，还需一台与电动机相匹配的变压器增加了蹭环节的电能损耗，带来了成本高，占滴水泵房面积大等缺点而影响它的推广价值。因此，在本论文，我不采用。 2.3 供水系统变频调速运行的工作原理 变频恒压供水系统主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由笼式异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵作成一体。变频供水系统是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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