摘 要：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(kāi)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(shuō)明控制調(diào)速策略。 關(guān)鍵詞：艾默生變頻器；液位自動(dòng)控制；流量；轉(zhuǎn)速 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(mén)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](méi)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(guò)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(wú)級(jí)調(diào)速，在20世紀(jì)80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(lái)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?。ㄗ冾l器效率可高達(dá)99%）?，F(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(kāi)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(shuō)明控制調(diào)速策略。 1. 控制流程簡(jiǎn)介 輕柴油泵采用一開(kāi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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1所示。 [align=center] 圖1 流量的DCS控制原理圖[/align] 控制過(guò)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(kāi)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(kāi)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。 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TD2000系列變頻器,型號(hào)是TD2000-4T1100P,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(lái)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(lái)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 變頻調(diào)速器投用后,控制回路的穩(wěn)定性和可靠性比調(diào)節(jié)閥有明顯提高,控制偏差保持在±1%以內(nèi),被控參數(shù)波動(dòng)幅值較小。電機(jī)在變頻調(diào)速器的控制下保持中速運(yùn)行狀態(tài)。在電機(jī)啟動(dòng)、控制過(guò)程中實(shí)行延時(shí)斜升、斜降,并且有輸出短路、欠壓、過(guò)流、過(guò)載過(guò)熱等報(bào)警跳閘及在線故障診斷功能,保證其運(yùn)行安全可靠,降低故障率,減少了設(shè)備損耗,尤其顯著的是節(jié)能效果相當(dāng)明顯。在正常工況下,投用前后的電氣參數(shù)如下： 從表中可以看出,使用變頻器后功率節(jié)省38.72kw,按年運(yùn)行8000小時(shí)計(jì)算,每年可節(jié)省電能309760kwh,若按電價(jià)0.35元/kwh計(jì)算,每年節(jié)約電費(fèi)10.8416萬(wàn)元。不到一年可收回投資。 三、結(jié)束語(yǔ) 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)正在為降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟(jì)效益而大量采用新技術(shù)的今天,變頻調(diào)速技術(shù)以其良好的投入產(chǎn)出比,將會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。深圳艾默生電氣的變頻器是在消化各種變頻器的基礎(chǔ)上,根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)波動(dòng)范圍較大的狀況開(kāi)發(fā)的,其功能齊全,性能穩(wěn)定,到目前為止在我廠使用了12臺(tái)艾默生TD2000系列變頻器,功率在90KW-250KW,運(yùn)行一年多從未出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。 作者簡(jiǎn)介：黃王英，岳陽(yáng)石油化工總廠烯烴廠，多年來(lái)從事變頻器研究工作。