CN107059997B - 一种捕获pwm时间的供水系统均流量电路 - Google Patents

一种捕获pwm时间的供水系统均流量电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其包括变频恒压均流量控制单元、流量偏差量信号生成单元和逆变单元，本发明无需流量传感器即可实现并联供水系统的均流功能；无需通信总线即可实现泵组自主均输出流量控制，具有结构简单，稳定可靠；本发明将模拟信号求差转化为数字PWM信号导通时间求差，具有很强的抗干扰能力；通过二极管D和异或门电路即可组成和PWMmax导通时间求差电路，该电路结构简单，稳定可靠，成本低廉；获得的具有相同时刻的下降沿，可作为均流量控制的同步基准，提高了系统的均流量性能。

Description

一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路
技术领域
本发明涉及一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，特别适用于并联变频供水系统中对各台水泵供水流量均衡性要求较高的供水场合。
背景技术
目前，自来水厂及小区二次加压供水等场合的变频恒压供水系统通常将多台变频水泵并联起来使用，以增大其供水能力。常用的并联变频恒压供水系统主要实现恒压供水，确保供水压力符合要求。由于每台水泵及变频控制器存在一定差异，如果不对供水系统每台水泵进行均输出流量控制，其必然导致一部分水泵流量过大，而另外一部分水泵过小。极端情况下，水泵流量过大会导致水泵及其变频控制器处于严重超载，损坏设备。同样，流量过小亦即小流量情况下，水泵运行频率过低，导致水泵效率低下和水泵电机发热严重，同样会引起设备故障，降低供水系统可靠性低和寿命。
图1所示为目前常用的并联变频供水系统结构示意图，每个水泵进水口通过进水支管连接到总供水管，每个水泵出水口通过出水支管连接到总出水管供水给用户。每台水泵均配备一台变频恒压控制器用于供水压力控制。实际供水压力由安装于出水管上的压力传感器检测，并将压力信号反馈给每台变频恒压控制器。变频恒压控制器通过运行恒压控制算法，对各台水泵进行变频调速，从而达到恒压供水的目的。
但是，这样的并联变频恒压供水系统都会存在一个非常普遍的问题——即水泵输出流量不平衡问题。
由于水泵，变频器、进出水水管等存在不一致性问题，只对供水压力进行控制，并不能实现各台水泵输出流量均衡调节。采用并联供水方式，因其出水口扬程相同，等效管阻小的水泵流量偏大，导致输出功率负荷偏大。与此同时，等效管阻大的水泵流量偏小，导致输出功率负荷偏小。严重情况下，输出流量大的水泵及变频器处于超载工作，导致机械和电气故障几率增大，寿命减短；输出流量小的水泵及变频器工作频率过低，引起水泵的低频发热严重，效率低下，同样导致设备电气故障几率增大，寿命减短。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供了一种结构简单、水泵输出流量均衡效果好、运行稳定的供水系统均流量电路，可实现供水范围内泵组输出流量均衡分配。
本发明提供一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其包括变频恒压均流量控制单元、流量偏差量信号生成单元和逆变单元，所述变频恒压均流量控制单元包括：
采样单元AD，实时采集供水系统的实际压力pw(t)；
PWM调制模块，用于将表征水泵输出流量的水泵运行频率fi(t)调制成周期为T，导通时间为的PWM信号
同步触发信号单元，获取同步信号，实现对信号的同步；
捕获单元，获取流量偏差量信号生成单元输出的表征流量偏差量的信号并得到其导通时间
6路PWM信号PWM1～PWM6，输出控制脉冲并驱动逆变单元，
所述流量偏差量信号生成单元，将第i台(1≤i≤n)水泵输出流量与最大输出流量水泵的流量的偏差量调制为导通时间为的PWM信号并将该PWM信号输入到变频恒压均流量控制单元的捕获单元。
所述流量偏差量信号生成单元包括：
最大导通时间PWM信号获取电路，获取导通时间最大的PWM信号PWMmax，其导通时间为
PWM信号导通时间差获取电路，获取同步的与PWMmax的导通时间差
所述流量偏差量信号生成单元包括异或门，所述异或门的一个输入端与PWM调制模块连接，获取PWM信号另一个输入端与均流量端子J1连接，获取PWM信号PWMmax，所述异或门的输出端与捕获单元连接，并输出导通时间为的流量偏差量信号
所述异或门的两个输入端之间并联二极管D，在获取PWM信号PWMmax的输入端下拉电阻R接地。
所述PWM调制模块为数字PWM调制电路或模拟PWM调制电路。
所述同步触发信号单元可内置或外接。
本发明具有以下优势：
本发明无需流量传感器即可实现并联供水系统的均流功能；
本发明无需通信总线即可实现泵组自主均输出流量控制，具有结构简单，稳定可靠；
本发明将模拟信号求差转化为数字PWM信号导通时间求差，具有很强的抗干扰能力；
本发明通过二极管D和异或门电路即可组成和PWMmax导通时间求差电路，该电路结构简单，稳定可靠，成本低廉；
本发明获得的具有相同时刻的下降沿，可作为均流量控制的同步基准，提高了系统的均流量性能；
本发明涉及捕获单元可由专用捕获模块组成，也可以由软件模拟捕获单元组成，具有成本低廉，性价比突出；
本发明提供的并联变频供水控制系统具有结构简单、成本低、可靠性高，实用性强等特点，为水泵并联变频控制提供了一种新的方案。
附图说明
图1为并联变频供水系统结构图。
图2为并联变频供水控制系统电路图。
图3为恒压均流量控制算法框图。
图4为PWM信号导通时间差获取电路及原理。
图5为最大导通时间PWM信号获取电路。
图6为流量偏差量信号生成单元电路图。
图7为调制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
图1为并联变频供水系统结构图，该结构图总体上说明了并联变频供水系统组成方式，其包括水源、进水控制阀、稳流调节罐、出水控制阀、排污阀、水泵总进水管、阀门i、变频器i、水泵i、止回阀i、闸阀i、水泵总出水管、压力罐、压力传感器。其中：1≤i≤n。水源主要为江河水库或者自来水管等水源；进水控制阀用于控制水源进水口；稳流调节罐主要用于缓冲进水压力的波动和沉淀泥沙等污物；排污阀用于排除稳流调节罐中泥沙等污垢及清洗稳流调节罐时的污水；水泵总进水管为各台水泵进水来源；阀门i用于控制水泵的进水；水泵i和变频器i用于对进水进行加压控制，从而使输出水压达到设定压力。止回阀i用于防止总出水管的水回流，确保水单向流出；闸阀i用于控制水泵i的出水口；水泵总出水管用于汇集各台水泵的出水，实现水泵并联供水；压力罐用于稳定供水压力，消除供水压力剧烈波动；压力传感器用于实时检测水泵出水压力。
由论文《光伏扬水系统的优化设计》可知，对于在一定范围内调速运行的离心水泵，其流量Q与水泵转速n之间满足：
由于离心水泵使用的是交流异步电机，根据《机电传动控制》(邓星钟等，华中科技大学出版社，第五版)交流电动机章节内容可知，水泵转速n满足：
其中：f为水泵运行频率，亦为变频器输出频率；S为转差率；P为水泵极对数；
由于水泵采用的变频调速控制，所以S基本保持不变，所以联立公式(1)、(2)可得：
图1所示并联变频供水系统中水泵和变频器均为相同型号，因而其n台水泵扬程特性和变频器输出特性可认为一致，所以对于运行的第i台水泵和第j台水泵在t时刻的输出流量与运行频率fi(t)、fj(t)满足：
由公式(4)可知，第i台水泵的输出流量与第j台水泵的输出流量的比值为第i台水泵运行频率fi(t)与第j台水泵运行频率fj(t)的比值。由于水泵并联方式供水，其水泵出水口压力几乎相同。因而最大流量水泵即为最大功率的水泵，其对应着最大的运行频率。令：则有：
由公式(5)可得：
令水泵i的输出流量与最大输出流量偏差为则：
令水泵i的运行频率fi(t)与最大运行频率fmax(t)偏差为Δfi(t)，则：
Δfi(t)＝fmax(t)-fi(t)(8)
联立方程(6)，(7)，(8)可得：
从水泵铭牌上可以获得或者计算出工频情况下即fN＝50Hz的额定扬程PN，额定流量QN。由于并联供水系统的水泵为相同型号，依据水泵相似定理和公式(3)可得：
联立公式(9)，(10)可得：
借鉴最大电流均流法的思想，将输出流量最大的水泵上的输出流量作为整个并联供水系统的流量基准，其余水泵以它为基准来调整自身的输出流量，从而达到均流量的目标。所以，为以最大输出流量为基准的偏差量。
为克服模拟均流量总线信号易受干扰和数字均流量总线需要复杂的通信接口和通信协议等不足，我们可将表征水泵运行输出流量的水泵运行频率fi(t)调制为导通时间为的PWM信号确定的周期为T，其调制原理图如图7所示，可知：
其中：Fmax为变频器输出频率上限，一般情况下为工频，即Fmax＝50；
所以可得：
同理，满足的PWM信号有：
其中：
联立方程(11)，(12)，(13)，(14)，可得：
其中：QN为水泵的在额定情况下的输出流量。
由公式(15)可知，只要获取到与PWMmax的导通时间差即可得到流量差进而可以实现均输出流量控制。
本发明提供一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其包括变频恒压均流量控制单元、流量偏差量信号生成单元和逆变单元，所述变频恒压均流量控制单元包括
采样单元AD，实时采集供水系统的实际压力pw(t)；
PWM调制模块，用于将表征水泵输出流量的水泵运行频率fi(t)调制成周期为T，导通时间为的PWM信号
同步触发信号单元，获取同步信号，实现对信号的同步；
捕获单元，获取流量偏差量信号生成单元输出的表征流量偏差量的信号并得到其导通时间
6路PWM信号PWM1～PWM6，输出控制脉冲并驱动逆变单元，
所述流量偏差量信号生成单元，将第i台(1≤i≤n)水泵输出流量与最大输出流量水泵的流量的偏差量调制为导通时间为的PWM信号并将该PWM信号输入到变频恒压均流量控制单元的捕获单元。
所述流量偏差量信号生成单元包括：最大导通时间PWM信号获取电路，获取导通时间最大的PWM信号PWMmax，其导通时间为PWM信号导通时间差获取电路，获取同步的与PWMmax的导通时间差
所述流量偏差量信号生成单元包括异或门，所述异或门的一个输入端与PWM调制模块连接，获取PWM信号另一个输入端与均流量端子J1连接，获取PWM信号PWMmax，所述异或门的输出端与捕获单元连接，并输出导通时间为的流量偏差量信号
所述异或门的两个输入端之间并联二极管D，在获取PWM信号PWMmax的输入端下拉电阻R接地。
所述PWM调制模块为数字PWM调制电路或模拟PWM调制电路。
所述同步触发信号单元可内置或外接。
图2所示为并联变频供水系统电路图，该电路图说明了并联供水系统变频恒压均流量控制单元、逆变单元、压力传感器、同步信号、均流量总线、水泵等连接示意图。从图中可以直观了解系统的内部功能结构和组成。相应功能为：①变频恒压均流量控制单元主要依赖恒压控制算法、均流量补偿算法、矢量变频控制、SVPWM、捕获的导通时间和计算流量偏差量等模块组成，通过调节水泵运行频率f实现恒压供水和均流量功能。变频矢量控制和SVPWM将频率f逆变为六路PWM信号PWM1～PWM6；②逆变单元将PWM1～PWM6进行隔离放大，用于驱动6个功率管(MOSFET、IGBT)将高压直流电逆变为三相对称交流电用于驱动水泵工作；③压力传感器用于实时检测输出供水压力，并反馈给变频恒压均流量控制单元；④同步信号：提供/接收同步时钟信号，用于进行同步输出控制，即具有相同时刻的上升沿；⑤均流量总线：提供最大流量水泵对应的PWM信号PWMmax。
图3所示为恒压均流量控制算法框图，由恒压控制、捕获单元、计算模型、均流量补偿，矢量变频控制和SVPWM组成。在采样当前输出压力pw(t)和捕获的导通时间基础上实现对供水系统的恒压均流量控制。
图4为PWM信号导通时间差获取电路及原理图。由逻辑代数可知，两个数字信号异或运算法则是：两个信号相同为0，不同为1。从图4中可以看出，求取相同周期T和相同上升沿时刻的同步信号和PWMmax导通时间之差，只需要对PWMmax进行异或运算即可，其输出信号逻辑关系上满足：
所以的导通时间满足：
图5为最大导通时间PWM信号获取电路，由于具有相同的周期T并且进行了同步，使的上升沿出现在同一时刻。由《电工电子学》知识可知：二极管D的共阴极输出信号为导通时间最长的PWM信号，即PWMmax，其导通时间为
图6所示为流量偏差量信号生成单元电路图。其详细阐明了通过二极管D得到PWMmax和与PWMmax通过异或门得到流量偏差量信号
图7所示为将水泵运行频率fi(t)调制为的原理。由相似三角形原理可知：
其中：Fmax为水泵运行的最高频率，一般为工频50Hz，即Fmax＝50。基于以上原理，本发明所述一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路的工作过程为：
(1)第i台水泵变频恒压均流量控制单元采样获取并联供水系统压力信号pw(t)和捕获的导通时间然后执行恒压控制算法和均流量控制算法(该均流量控制算法是基于最大值均流原理)，得出水泵运行频率fi(t)。通过矢量变频控制和SVPWM，将fi(t)调制为六路PWM信号PWM1～PWM6，用于驱动逆变电路实现水泵的变频调速；
(2)变频恒压控制单元将当前运行频率fi(t)经过PWM调制得到导通时间为的信号该信号通过同步触发单元进行同步，实现在相同时刻出现上升沿；
(3)通过最大导通时间PWM获取电路实现PWMmax的获取，并经过PWM导通时间求差电路得到和PWMmax的导通时间之差
(4)信号经过捕获电路得到其导通时间 用于表征第i台水泵输出流量与系统中最大输出流量水泵的流量之差从而实现并联供水系统水泵的均输出流量控制。
实施例不应视为对本发明的限制，任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其特征在于：其包括变频恒压均流量控制单元、流量偏差量信号生成单元和逆变单元，所述变频恒压均流量控制单元包括：
采样单元AD，实时采集供水系统的实际压力pw(t)；
PWM调制模块，用于将表征水泵输出流量的水泵运行频率fi(t)调制成周期为T，导通时间为的PWM信号
同步触发信号单元，获取同步信号，实现对信号的同步；
捕获单元，获取流量偏差量信号生成单元输出的表征流量偏差量的信号并得到其导通时间
6路PWM信号PWM1～PWM6，输出控制脉冲并驱动逆变单元，
所述流量偏差量信号生成单元，将第i台(1≤i≤n)水泵输出流量与最大输出流量水泵的流量的偏差量调制为导通时间为的PWM信号并将该PWM信号输入到变频恒压均流量控制单元的捕获单元。
2.根据权利要求1所述的一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其特征在于，所述流量偏差量信号生成单元包括：最大导通时间PWM信号获取电路，获取导通时间最大的PWM信号PWMmax，其导通时间为PWM信号导通时间差获取电路，获取同步的与PWMmax的导通时间差
3.根据权利要求1或2所述的一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其特征在于，所述流量偏差量信号生成单元包括异或门，所述异或门的一个输入端与PWM调制模块连接，获取PWM信号另一个输入端与均流量端子J1连接，获取PWM信号PWMmax，所述异或门的输出端与捕获单元连接，并输出导通时间为的流量偏差量信号
4.根据权利要求3所述的一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其特征在于，所述异或门的两个输入端之间并联二极管D，在获取PWM信号PWMmax的输入端下拉电阻R接地。
5.根据权利要求1所述的一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其特征在于，所述PWM调制模块为数字PWM调制电路或模拟PWM调制电路。
6.根据权利要求1所述的一种捕获PWM时间的供水系统均流量电路，其特征在于，所述同步触发信号单元可内置或外接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111219600B (zh) * 2020-01-02 2021-05-04 温州大学 一种基于牛顿迭代的并联变频恒压供水系统流量检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202117120U (zh) * 2011-06-16 2012-01-18 上海中韩杜科泵业制造有限公司 多泵恒压供水控制装置
CN105696649A (zh) * 2016-03-30 2016-06-22 唐若权 智能供水系统
CN106120965A (zh) * 2016-06-24 2016-11-16 上海精智实业有限公司 稳压供水系统及方法
CN106638809A (zh) * 2016-12-13 2017-05-10 杭州信多达电器有限公司 一种恒压变频水泵多路供水控制系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202117120U (zh) * 2011-06-16 2012-01-18 上海中韩杜科泵业制造有限公司 多泵恒压供水控制装置
CN105696649A (zh) * 2016-03-30 2016-06-22 唐若权 智能供水系统
CN106120965A (zh) * 2016-06-24 2016-11-16 上海精智实业有限公司 稳压供水系统及方法
CN106638809A (zh) * 2016-12-13 2017-05-10 杭州信多达电器有限公司 一种恒压变频水泵多路供水控制系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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具有远程监控的变频供水系统;刘航等;《电气应用》;20061219(第12期);全文

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