摘要：在工礦企業(yè)中大量地使用著風機、
水泵、攪拌機、壓縮機等，這些機械一般都以交流電動機驅(qū)動為主，實際應(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)濟效益。本文介紹了艾默生變頻器在液位自動控制中的應(yīng)用及其節(jié)能效果。詳細分析了工礦企業(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)中大量地使用著風機、水泵、攪拌機、壓縮機等，這些機械一般都以交流電動機驅(qū)動。其中大部分電動機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%)。但電動機大部分處在恒速運行狀態(tài)，并以檔板、閥門或放空回流的辦法進行流量或壓力的調(diào)節(jié)，從而白白損失大量的電能，功率越大的風機、水泵，損失的電能越多。
對于水泵和風機，表達其特性的參數(shù)有:流量(風量)Q，揚程(風壓)H，功率P等。當轉(zhuǎn)速從n1變?yōu)閚2時，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。
如水泵的流量或風機的風量等調(diào)節(jié)，只需調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速就可以實現(xiàn)，而同時將大大降低電機的消耗功率，節(jié)約了電能。
根據(jù)電工學的基本原理，電動機的轉(zhuǎn)速n由以下公式表示：
式中:n---電動機的轉(zhuǎn)速
f1---供電電源頻率
S---轉(zhuǎn)差率
P---電動機的極對數(shù)
因此要改變電動機的轉(zhuǎn)速，只要改變供電電源的頻率或者改變電動機的極對數(shù)或者轉(zhuǎn)差率就可以改變電動機的轉(zhuǎn)速。
改變極對數(shù)進行調(diào)速從理論上講效率最高，因為它沒有額外的損耗，但對電動機的制造要求高，機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且屬于有級調(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，但由于電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率較高，維修困難，現(xiàn)也很少采用。改變頻率進行調(diào)速，可以達到無級調(diào)速，在二十世紀八十年代初期在我國采用還不多，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)速精度達到了很高，而且損耗可以減少到最小(變頻器效率可高達99%)。現(xiàn)在變頻調(diào)速可以應(yīng)用到各種規(guī)格的電動機中。
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，為電動機運行多種電氣控制和報警功能，保障設(shè)備安全，延長使用壽命。特別是它可以根據(jù)設(shè)定信號調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)生產(chǎn)自動控制，節(jié)電效果顯著，可有力地促進企業(yè)節(jié)能工作的開展，因而在電機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單說明控制調(diào)速策略。
1、控制流程簡介
輕柴油泵采用一開一備的配置方式，共有P1205A/B兩臺泵。在正常情況下，一臺運行另一臺備用，主、備泵的切換通過人工方式手動實現(xiàn)。在供電控制方式上，P1205A實行常規(guī)電氣控制，主電源直接供給電動機，P1205B實行變頻調(diào)速控制，主電源經(jīng)過變頻后送給電機。系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)為中間產(chǎn)品罐液位，測量位號為LT1206，PID調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)閥LV1206。用控制電機轉(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)位號改為LC1206A，新增一個
PID調(diào)節(jié)器位號LC1206B(其組態(tài)內(nèi)容與LC1206A一致)，用LC1206B和變頻器INVERTER控制電機轉(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)信號到變頻器作為頻率設(shè)定信號，變頻器按照給定信號輸出相應(yīng)頻率的電壓電源，從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。同時LC1206A調(diào)節(jié)回路保持在手動方式，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)的流程圖上對應(yīng)P1205B位置組態(tài)了變頻器調(diào)速圖案，在變頻器運行時，其狀態(tài)顯示為綠色，當變頻器處于非運行狀態(tài)(包括變頻器故障和人為停機)時，其顏色為紅色。
當變頻器出現(xiàn)故障或人為將其切除時，流程圖上變頻器圖案出現(xiàn)紅色，工藝操作人員進行人工切換泵，LC1205B切到手動方式，LC1206A進入自動狀態(tài)輸出4-20mA信號，控制調(diào)節(jié)閥LV1206的開度，P1205A電動機以額定轉(zhuǎn)速運行。
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，電動機，柴油泵P1205A和液位測量LT1206組成，變頻控制系統(tǒng)由DCS中組態(tài)的控制器LC1206B，變頻器，電動機，柴油泵P1205B和液位測量LT1206組成。兩個系統(tǒng)由手動進行切換，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，型號是EV2000-4T1100P，適配電機110KW。
電源輸入:三相380V，50HZ/60HZ
輸入變動容許值:電壓±20%;電壓失衡率<3%;頻率±5%。較進口變頻器更能適合我國的電網(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，變頻器到機泵的距離較遠，一般都在一百多米以外，所以我們在配置時增加了相應(yīng)的輸出電抗器。
為了保證電動機的可靠運行，變頻器的主要參數(shù)設(shè)定如下:
1)上限頻率F11設(shè)定為電動機的額定頻率50HZ，下限頻率F12設(shè)定為5HZ。
2)V、F輸出特性中最高頻率F04及基本運行頻率F05均設(shè)為電機額定值50HZ，額定輸出電壓設(shè)定380V。
3)V / F曲線模式F07設(shè)定為1(因為是風機水泵類平方轉(zhuǎn)矩負載)。
4)運行頻率控制設(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)運行命令選擇F02設(shè)定為1，外部端子運行控制有效，即用操作柱來啟動變頻器。
6)停機方式F30設(shè)定為1，外部端子運行控制有效，即用操作柱來啟動變頻器。
7)停機方式F30設(shè)定為1，選擇自由運行停止。
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)波動幅值較小。電機在變頻調(diào)速器的控制下保持中速運行狀態(tài)。在電機啟動、控制過程中實行延時斜升、斜降，并且有輸出短路、欠壓、過流、過載過熱等報警跳閘及在線故障診斷功能，保證其運行安全可靠，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，按年運行8000小時計算，每年可節(jié)省電能309760kwh，若按電價0.35元/kwh計算，每年節(jié)約電費10.8416萬元。不到一年可收回投資。
三、結(jié)束語
實際應(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)我國電網(wǎng)波動范圍較大的狀況開發(fā)的，其功能齊全，性能穩(wěn)定，到目前為止在我廠使用了12臺艾默生EV2000系列變頻器，功率在90KW-250KW，運行一年多從未出現(xiàn)質(zhì)量問題。
