摘要：在工礦企業(yè)中大量地使用著風(fēng)機(jī)、水泵、攪拌機(jī)、壓縮機(jī)等，這些機(jī)械一般都以交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為主，實(shí)際應(yīng)用證明，變頻器的使用可取得意想不到的效果，特別是企業(yè)正在降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了艾默生變頻器在液位自動(dòng)控制中的應(yīng)用及其節(jié)能效果。詳細(xì)分析了工礦企業(yè)在使用艾默生變頻器后取得的意想不到的節(jié)能效果。

一、概述

在工礦企業(yè)中大量地使用著風(fēng)機(jī)、水泵、攪拌機(jī)、壓縮機(jī)等，這些機(jī)械一般都以交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中大部分電動(dòng)機(jī)均不是工作在額定功率，而經(jīng)常只有額定功率的50%～70%，甚至更低一些(20%～70%)。但電動(dòng)機(jī)大部分處在恒速運(yùn)行狀態(tài)，并以檔板、閥門或放空回流的辦法進(jìn)行流量或壓力的調(diào)節(jié)，從而白白損失大量的電能，功率越大的風(fēng)機(jī)、水泵，損失的電能越多。

對(duì)于水泵和風(fēng)機(jī)，表達(dá)其特性的參數(shù)有:流量(風(fēng)量)Q，揚(yáng)程(風(fēng)壓)H，功率P等。當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)膎1變?yōu)閚2時(shí)，Q，H，P大致變化關(guān)系為：

Q2=Q1(n2 / n1)
H2=H1(n2 / n1)2
P2=P1(n2 / n1)3

即：流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

如水泵的流量或風(fēng)機(jī)的風(fēng)量等調(diào)節(jié)，只需調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)，而同時(shí)將大大降低電機(jī)的消耗功率，節(jié)約了電能。

根據(jù)電工學(xué)的基本原理，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n由以下公式表示：

式中:n---電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
f1---供電電源頻率
S---轉(zhuǎn)差率
P---電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)

因此要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，只要改變供電電源的頻率或者改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)或者轉(zhuǎn)差率就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

改變極對(duì)數(shù)進(jìn)行調(diào)速?gòu)睦碚撋现v效率最高，因?yàn)樗鼪]有額外的損耗，但對(duì)電動(dòng)機(jī)的制造要求高，機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且屬于有級(jí)調(diào)速，不靈活，因此較少使用。改變轉(zhuǎn)差率，以往曾用過滑差電機(jī)，但由于電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率較高，維修困難，現(xiàn)也很少采用。改變頻率進(jìn)行調(diào)速，可以達(dá)到無級(jí)調(diào)速，在二十世紀(jì)八十年代初期在我國(guó)采用還不多，原因是變頻裝置本身的限制，后來隨著微電子技術(shù)及IGBT功率器件的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)也得到了前所未有的發(fā)展，按目前技術(shù)的水平，不但調(diào)速精度達(dá)到了很高，而且損耗可以減少到最小(變頻器效率可高達(dá)99%)。現(xiàn)在變頻調(diào)速可以應(yīng)用到各種規(guī)格的電動(dòng)機(jī)中。

二、變頻調(diào)速器的應(yīng)用

變頻調(diào)速器是一種高效節(jié)能調(diào)速裝置，它以DSP或微處理器為核心，為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行多種電氣控制和報(bào)警功能，保障設(shè)備安全，延長(zhǎng)使用壽命。特別是它可以根據(jù)設(shè)定信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)控制，節(jié)電效果顯著，可有力地促進(jìn)企業(yè)節(jié)能工作的開展，因而在電機(jī)供電控制中得到廣泛應(yīng)用。下面以我廠催化裝置中的輕柴油泵為例簡(jiǎn)單說明控制調(diào)速策略。

1、控制流程簡(jiǎn)介

輕柴油泵采用一開一備的配置方式，共有P1205A/B兩臺(tái)泵。在正常情況下，一臺(tái)運(yùn)行另一臺(tái)備用，主、備泵的切換通過人工方式手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。在供電控制方式上，P1205A實(shí)行常規(guī)電氣控制，主電源直接供給電動(dòng)機(jī)，P1205B實(shí)行變頻調(diào)速控制，主電源經(jīng)過變頻后送給電機(jī)。系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)為中間產(chǎn)品罐液位，測(cè)量位號(hào)為L(zhǎng)T1206，PID調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)閥LV1206。用控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)閥開度使液位LT1206穩(wěn)定在給定值上，DCS上將原有的LC1206調(diào)節(jié)器組態(tài)位號(hào)改為L(zhǎng)C1206A，新增一個(gè)PID調(diào)節(jié)器位號(hào)LC1206B(其組態(tài)內(nèi)容與LC1206A一致)，用LC1206B和變頻器INVERTER控制電機(jī)轉(zhuǎn)速或用LC1206A控制調(diào)節(jié)閥的開度使流量穩(wěn)定在給定的值上。

2.控制方案的實(shí)施

該流量在DCS中的控制原理如圖一所示。

圖1 基本控制原理流程圖
控制過程如下:在正常情況下LC1206B調(diào)節(jié)回路輸出4-20mA調(diào)節(jié)信號(hào)到變頻器作為頻率設(shè)定信號(hào)，變頻器按照給定信號(hào)輸出相應(yīng)頻率的電壓電源，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。同時(shí)LC1206A調(diào)節(jié)回路保持在手動(dòng)方式，輸出鎖定在100%，控制泵出口調(diào)節(jié)閥處于全開位置，以便實(shí)現(xiàn)變頻器控制流量的目的。在DCS上，在相應(yīng)的流程圖上對(duì)應(yīng)P1205B位置組態(tài)了變頻器調(diào)速圖案，在變頻器運(yùn)行時(shí)，其狀態(tài)顯示為綠色，當(dāng)變頻器處于非運(yùn)行狀態(tài)(包括變頻器故障和人為停機(jī))時(shí)，其顏色為紅色。

當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或人為將其切除時(shí)，流程圖上變頻器圖案出現(xiàn)紅色，工藝操作人員進(jìn)行人工切換泵，LC1205B切到手動(dòng)方式，LC1206A進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)輸出4-20mA信號(hào)，控制調(diào)節(jié)閥LV1206的開度，P1205A電動(dòng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

3.控制系統(tǒng)的組成

該控制系統(tǒng)包括工頻控制系統(tǒng)和變頻控制系統(tǒng)。工頻控制系統(tǒng)由DCS中組態(tài)的控制器LC1206A，調(diào)節(jié)閥LV1206，電動(dòng)機(jī)，柴油泵P1205A和液位測(cè)量LT1206組成，變頻控制系統(tǒng)由DCS中組態(tài)的控制器LC1206B，變頻器，電動(dòng)機(jī)，柴油泵P1205B和液位測(cè)量LT1206組成。兩個(gè)系統(tǒng)由手動(dòng)進(jìn)行切換，其控制系統(tǒng)方塊圖見圖二。

4.變頻器的選型和主要參數(shù)設(shè)定

我們選用的變頻器是深圳艾默生電氣有限公司的EV2000系列變頻器，型號(hào)是EV2000-4T1100P，適配電機(jī)110KW。

電源輸入:三相380V，50HZ/60HZ

輸入變動(dòng)容許值:電壓±20%;電壓失衡率<3%;頻率±5%。較進(jìn)口變頻器更能適合我國(guó)的電網(wǎng)情況。

輸出電壓:380V正弦波，頻率0-400HZ可調(diào)。

由于我廠是石油煉化企業(yè)，變頻器安裝在防爆區(qū)以外，變頻器到機(jī)泵的距離較遠(yuǎn)，一般都在一百多米以外，所以我們?cè)谂渲脮r(shí)增加了相應(yīng)的輸出電抗器。

為了保證電動(dòng)機(jī)的可靠運(yùn)行，變頻器的主要參數(shù)設(shè)定如下:

1)上限頻率F11設(shè)定為電動(dòng)機(jī)的額定頻率50HZ，下限頻率F12設(shè)定為5HZ。
2)V、F輸出特性中最高頻率F04及基本運(yùn)行頻率F05均設(shè)為電機(jī)額定值50HZ，額定輸出電壓設(shè)定380V。
3)V / F曲線模式F07設(shè)定為1(因?yàn)槭秋L(fēng)機(jī)水泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載)。
4)運(yùn)行頻率控制設(shè)定方式F00設(shè)定為3，模擬設(shè)定2(CCI--GND)，用模擬電流 / 電壓端子輸入設(shè)定，范圍DC0(2)------10V/0(4---20mA，我們選擇電流輸入4-20mA，此時(shí)將控制板上的電壓 / 電流選擇插件CN10的跳線選擇1側(cè)。
5)運(yùn)行命令選擇F02設(shè)定為1，外部端子運(yùn)行控制有效，即用操作柱來啟動(dòng)變頻器。
6)停機(jī)方式F30設(shè)定為1，外部端子運(yùn)行控制有效，即用操作柱來啟動(dòng)變頻器。
7)停機(jī)方式F30設(shè)定為1，選擇自由運(yùn)行停止。

5.投用效果