一、音樂噴泉概述

音樂噴泉是一種為了娛樂而創(chuàng)造出來的可以活動(dòng)的噴泉。它根據(jù)美學(xué)設(shè)計(jì)并且經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生3維的效果。這種效果是由于聲波或光波或激光穿過水粒子而產(chǎn)生的。在此過程中，水流被操控、散射及折射光，然后一個(gè)3維的畫面就產(chǎn)生了。

圖1：音樂噴泉

音樂噴泉起源于1930年，德國發(fā)明家奧圖皮士特先生首先帶出噴泉的概念，起初他只在百貨商店和餐館建造小型噴泉，及后經(jīng)過多年的發(fā)展，其音樂噴泉的設(shè)計(jì)及構(gòu)造已變得更大型及復(fù)雜。根德皮斯特域先生在十二歲已跟隨父親設(shè)計(jì)及建造噴泉，1952年的夏天，西柏林的工業(yè)展覽中，一個(gè)美國人看到音樂噴泉的表演，把它帶回紐約電臺(tái)音樂會(huì)堂。1953年1月15日音樂噴泉在美國首次表演，表演期間超過一百五十萬人觀看?，F(xiàn)在根德皮斯特域先生繼續(xù)改善其音樂噴泉，并推向全世界。多年的改良已大大減低建造和維修的成本，電腦用在音樂噴泉上，使其的表演能更復(fù)雜和美麗。在水泵的控制上，變頻器代替了閥門控制，讓音樂噴泉能實(shí)現(xiàn)更多效果，使用成本更低。

音樂噴泉將水的靈性、音樂的美感和燈光的色彩完美結(jié)合在一起，給人以賞心悅目的感覺。音樂噴泉系統(tǒng)以聲、光、水、色結(jié)合的獨(dú)特效果成為城市景觀建設(shè)的重要組成部分。七喜變頻器以其可靠的品質(zhì)、優(yōu)良的技術(shù)性能和較高的性價(jià)比，不只在國內(nèi)音樂噴泉中獲得應(yīng)用，還走出國門，給傳統(tǒng)封閉的伊朗城市帶來更絢麗的色彩。

圖2：伊朗噴泉中用的七喜變頻器

圖3：伊朗噴泉

二、音樂噴泉原理

所有這些音樂噴泉系統(tǒng)由音頻控制系統(tǒng)、噴泉控制系統(tǒng)和燈光控制系統(tǒng)組成；根據(jù)音樂控制水柱高度，表達(dá)音樂的喜怒哀樂，達(dá)到與音樂同步的效果。水泵的轉(zhuǎn)速跟頻率成正比，變頻器頻率信號(hào)有多種來源，其中之一是來自音響系統(tǒng)的音源輸出。該信號(hào)經(jīng)過變換電路放大、濾波、限幅和檢波，變成與音樂幅度的對(duì)數(shù)成比例的包絡(luò)檢波信號(hào)送到采集卡，信號(hào)一般為4～20mA，根據(jù)對(duì)大量樂曲音頻信號(hào)的分析統(tǒng)計(jì)，信號(hào)實(shí)時(shí)變化，這樣就可以實(shí)現(xiàn)水柱跟隨音樂旋律變化?？刂葡到y(tǒng)流程圖如下圖所示：

以前的音樂噴泉水柱變化用閥門來控制，通過控制閥門開啟來實(shí)現(xiàn)水柱高低變化。這樣產(chǎn)生的水柱，水型較生硬。同時(shí)，水泵的運(yùn)行速度是恒定的，功耗是固定的，這樣會(huì)有較大的能量損耗，給景觀工程帶來較大的使用成本。由于變頻器控制可以避免水型的生硬，被引進(jìn)噴泉系統(tǒng)中用于水泵的控制。后來發(fā)現(xiàn)，基于變頻器的頻率控制可以無級(jí)調(diào)速，使水柱按音樂節(jié)奏快慢相應(yīng)高低起伏變化，讓水更靈性，噴泉更具美感，從而使基于變頻調(diào)速的水泵控制方式流行開來。

由流體力學(xué)和水泵特性可知，一般水泵：

P=Q×H×K/η

Q2/Q1=n2/n1

H2/H1=n22/n21

P2/P1=n32/n31

式中，

Q——流量

H——揚(yáng)程

η——泵的效率

P——泵軸功率

K——常數(shù)

由上式可知，流量跟轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程跟轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率跟轉(zhuǎn)速的立方成正比。由此可見，相比閥門控制基于流量控制，變頻器控制基于轉(zhuǎn)速控制可大幅度降低軸功耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，大大降低能耗，降低景觀工程的使用成本。

廣州七喜智能設(shè)備有限公司生產(chǎn)的七喜變頻器HD700系列具有模擬量輸入接口，可通過輸入不同的模擬量來設(shè)定變頻器的頻率。用音樂信號(hào)間接控制模擬量的輸入口，從而控制變頻器的頻率輸出，進(jìn)而控制水柱高度。另一種方法是數(shù)字方法，七喜變頻器支持ModbusRTU總線，通過該總線，上位機(jī)根據(jù)樂曲計(jì)算好每臺(tái)變頻器在某一時(shí)刻的頻率，直接發(fā)送頻率指令給變頻器，變頻器根據(jù)指令輸出。變頻器控制水泵的拓?fù)浞绞?，可一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵，也可一臺(tái)變頻器同時(shí)控制多臺(tái)水泵，亦可一臺(tái)變頻器分時(shí)控制多臺(tái)水泵，根據(jù)實(shí)際情況而定，控制方式非常靈活。一個(gè)大型的音樂噴泉往往有幾百臺(tái)水泵（我們?cè)谝晾誓硞€(gè)城市的噴泉項(xiàng)目中，是300多臺(tái)），組成一條跑泉，通過七喜變頻器的控制，形成一條高低起伏的長(zhǎng)龍；也可組成變頻矩陣，把不同高度的水柱組成多姿多彩的立體造型。這些控制方式中，要求水隨曲動(dòng)，變頻器的跟隨速度要求很高，加減速時(shí)間要求很小。在伊朗客戶選用的七喜變頻器HD700系列，加減速時(shí)間最低達(dá)到0.1s，完全滿足客戶的使用要求。

三、對(duì)變頻器應(yīng)用要求：

（1）響應(yīng)快，能實(shí)時(shí)配合音樂的節(jié)奏變化轉(zhuǎn)速；

（2）在線投切電機(jī)不跳閘；

（3）加減速時(shí)間快，0.3s完成0～45Hz變速；

四、七喜變頻器HD700在音樂噴泉上的應(yīng)用

參數(shù)設(shè)置

五、七喜變頻器HD700系列應(yīng)用特點(diǎn)

（1）雙CPU設(shè)計(jì)，控制更精確，響應(yīng)更快

（2）加減速性能好，能實(shí)時(shí)配合音樂的節(jié)奏，保證完美的噴泉效果

（3）IGBT設(shè)計(jì)裕量大，過載能力強(qiáng)

（4）多種保護(hù)功能，更好保護(hù)電機(jī)和變頻器自身

  (5)支持模擬量輸入和總線通訊。