1、從控制的質(zhì)量要求
位式控制的過渡過程是個(gè)等幅振蕩過程。被控量水位總在上、下限之間振蕩，設(shè)定的水位上、下限范圍越小，或者用水量越大，其振蕩頻率越高，水泵的啟、停越頻繁，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊越大；這樣的控制系統(tǒng)水泵是斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，對(duì)水位也是斷續(xù)控制的。
反饋控制是按水位的偏差進(jìn)行控制，只要水位偏離給定值，系統(tǒng)就會(huì)動(dòng)作力圖消除偏差，所以能將水位穩(wěn)定在所要求的設(shè)定值上。變頻調(diào)速供水系統(tǒng)通過PI控制功能，自動(dòng)地保持供水與用水之間的平衡。其控制精度高，水位波動(dòng)小。這樣的控制系統(tǒng)水泵是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，對(duì)水位也是連續(xù)控制的。
2、從水泵的節(jié)能效果看
離心式水泵屬于平方律負(fù)載。水泵主要的參數(shù)是流量和揚(yáng)程，供水功率與流量和揚(yáng)程的乘積成正比。揚(yáng)程特性反映了用水流量的大小對(duì)揚(yáng)程的影響，即用水量越大，供水系統(tǒng)的揚(yáng)程將越??；水泵的轉(zhuǎn)速下降，其供水能力也會(huì)下降，揚(yáng)程特性將下移。而管阻特性是為了在管路內(nèi)得到一定的流量所需要的揚(yáng)程；管阻特性與管道粗細(xì)、長短，閥門開度有關(guān)。
水泵的流量調(diào)節(jié)方式有：
①閥門調(diào)節(jié)
根據(jù)水泵出口壓力表指示來開大或關(guān)小水泵出口閥門來調(diào)節(jié)流量，而水泵的轉(zhuǎn)速則是電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。實(shí)質(zhì)就是水泵的供水能力不變，通過改變水路中的管阻大小來改變流量，以滿足用水量，這時(shí)管阻特性會(huì)變化，但揚(yáng)程特性是不變的。啟、?？刂茖儆陂y門控制的形式，只是固定閥門開度后，不改變調(diào)節(jié)閥門開度而已。
②變頻調(diào)速
用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速，是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，水泵出口閥門是全開的。變頻調(diào)速通過改變水泵的供水能力來適應(yīng)生產(chǎn)對(duì)流量的需求，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將會(huì)改變，但管阻特性是不變的。
比較以上兩種方式，在所需流量小于額定流量的情況下，變頻調(diào)速時(shí)的揚(yáng)程將減小，而閥門調(diào)節(jié)時(shí)的揚(yáng)程將增大。變頻調(diào)速所需的供水功率比閥門調(diào)節(jié)方式小得多，此時(shí)水泵的效率幾乎不變，流量隨轉(zhuǎn)速按一次方規(guī)律變化，而軸功率按三次方規(guī)律變化。即電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率為
式中P0為空載功率；KP為比例常數(shù)；nL為負(fù)載的轉(zhuǎn)速。
這就是變頻調(diào)速供水有節(jié)能效果的原因。這只是個(gè)理想公式，并不能代表變頻調(diào)速的節(jié)能效果有如此好，原因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)在輕載時(shí)的效率與功率因數(shù)都較低，再者供水系統(tǒng)是由多個(gè)環(huán)節(jié)組成的；如果變頻器的參數(shù)調(diào)整得不佳，仍會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”的情況，這些問題對(duì)節(jié)能效果會(huì)有影響。閥門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速時(shí)的空載功率也不可能完全一樣，只是其屬于共有的，所以將其忽略不進(jìn)行比較而已。
3、閥門調(diào)節(jié)與變頻調(diào)速的電耗對(duì)比
設(shè)水泵的軸功率P1=10kW，帶水泵電動(dòng)機(jī)的效率η1=0.95，變頻器的效率ηb=0.95。
① 閥門調(diào)節(jié)的電耗估算
設(shè)水泵的啟、停5-10min為一個(gè)周期，水泵一天累計(jì)運(yùn)行8h，則一年的運(yùn)行時(shí)間為2920h。閥門調(diào)節(jié)時(shí)，軸功率不變，則電動(dòng)機(jī)消耗的功率為 閥門調(diào)節(jié)一年的運(yùn)行電耗為10.526×2920=30735.92kW
②變頻調(diào)速的電耗估算
變頻調(diào)速由于是連續(xù)運(yùn)行，工作時(shí)間為8760h，由于是連續(xù)供水，供水流量只需原來的1/3就可滿足使用要求，故水泵轉(zhuǎn)速在33%以下的時(shí)間居多，考慮到各種影響，計(jì)算時(shí)采用供水流量為35%。在啟泵初期及運(yùn)行中突遇大量用水，水泵全速供水仍會(huì)占一定比例，我們估算，100%流量供水占總運(yùn)行時(shí)間的20%，35%流量供水占總運(yùn)行時(shí)間的80%。則電動(dòng)機(jī)消耗的功率為
變頻調(diào)速一年的運(yùn)行電耗為：(10.74×O.2+0.46×0.8)×8760=22041.9kW。
因此對(duì)10kW的電動(dòng)機(jī)，變頻調(diào)速比閥門調(diào)節(jié)可節(jié)約的年運(yùn)行電耗為30735.92-22041.9=8694kW
有文獻(xiàn)介紹，在節(jié)能計(jì)算比較時(shí)，建議采用曲線擬合的計(jì)算方法，這樣比常規(guī)計(jì)算法，更能得到更符合實(shí)際的結(jié)果。
4、從機(jī)械性能來比較
閥門調(diào)節(jié)時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是全壓?jiǎn)?dòng)，對(duì)電網(wǎng)的影響就大。啟動(dòng)時(shí)水泵由于加速過快，會(huì)產(chǎn)生“水錘效應(yīng)”；而在停機(jī)時(shí)由于停機(jī)過快會(huì)產(chǎn)生“空化現(xiàn)象”。這樣會(huì)造成供水系統(tǒng)及管路振動(dòng)大、噪聲大，水泵是全速運(yùn)轉(zhuǎn)故機(jī)械磨損也大。
采用變頻調(diào)速可對(duì)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)和軟停車，可做到啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流可控制在電動(dòng)機(jī)的額定電流以內(nèi)，減少了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)調(diào)節(jié)水量容易，還節(jié)約電能；停機(jī)時(shí)可減少水錘效應(yīng)的沖擊，以減少?zèng)_擊力對(duì)管道及水泵的損害，提高了供水系統(tǒng)的安全性。由于調(diào)速運(yùn)行還可以降低水泵的機(jī)械磨損及噪聲，可延長設(shè)備的使用壽命，減少了維修工作量和費(fèi)用。
5、要從使用現(xiàn)場(chǎng)的具體情況出發(fā)
水位控制是為了保持供水流量穩(wěn)定，用什么樣的控制系統(tǒng)，采用什么形式的流量調(diào)節(jié)手段，與使用現(xiàn)場(chǎng)的工況及被控對(duì)象的特性有很大的關(guān)系，所談的基本原理及方法，與實(shí)際應(yīng)用還是存在差別的。
水泵液位控制系統(tǒng)，什么場(chǎng)合要用變頻器或調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行連續(xù)控制?什么場(chǎng)合要采用對(duì)水泵的啟、停位式控制?應(yīng)該按使用的需求來選擇控制方案。常見的大致有：
①如果水泵一直是處于滿負(fù)荷運(yùn)行的，這樣的工況唯一能做的是選用軟啟動(dòng)器來控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流及減少?zèng)_擊，談節(jié)能是不可能的。只有當(dāng)用水的實(shí)際流量小于額定流量時(shí)，變頻器才有用處，這時(shí)轉(zhuǎn)速的下降才會(huì)有節(jié)能效益。
②一般供水系統(tǒng)都具有緩沖裝置(如水箱、水槽等)來穩(wěn)定用水流量的波動(dòng)，因此就有對(duì)水位的檢測(cè)問題，才有了水位的控制需求。對(duì)于容積較大的設(shè)備，液位就相對(duì)較穩(wěn)定，如：一個(gè)水塔抽一次水就可以供應(yīng)用水?dāng)?shù)小時(shí)，一天24h只需抽幾次水，這時(shí)只需用液位控制器，采用位式控制水泵的啟、停即可。為了減少啟動(dòng)電流及克服水錘效應(yīng)，選用軟啟動(dòng)器更好；變頻器在這里發(fā)揮不了作用。
③以上兩種情況由于水泵是全壓、全速運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵的機(jī)械磨損及噪聲就會(huì)大。對(duì)需要連續(xù)供水的場(chǎng)合，如鍋爐汽包水位，自來水或小區(qū)供水等場(chǎng)合。水泵幾乎是一直運(yùn)行的，為保持水位的穩(wěn)定，應(yīng)選擇連續(xù)供水的變頻調(diào)速的PID控制系統(tǒng)。
選擇控制并沒有一個(gè)固定的模式，只有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，進(jìn)行分析比較就可以選擇出最符合實(shí)際的控制方案來實(shí)施。
6、結(jié)論
水泵運(yùn)行時(shí)間長，選擇連續(xù)運(yùn)行控制的變頻調(diào)速可以節(jié)省電能，可降低維修費(fèi)用。如果水泵啟、停5-10min為一個(gè)周期，這樣的系統(tǒng)啟、停是比較頻繁的，應(yīng)選擇變頻器進(jìn)行連續(xù)控制效果會(huì)很好。
如果水泵運(yùn)行時(shí)間很短，而水泵停機(jī)時(shí)間又較長時(shí)，沒有必要選擇變頻調(diào)速及調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行連續(xù)控制?？煽紤]用軟啟動(dòng)器解決水泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問題，以減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，對(duì)防止水錘、汽化效應(yīng)是有益的。
用調(diào)節(jié)閥控制水位的系統(tǒng)，采用變頻調(diào)速控制供水母管的壓力也是可以節(jié)能的。
