變頻器在煤氣恒壓控制系統中應用與實(shí)現
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變頻器在液位自動(dòng)控制中的應用及其節能效果
1 引言
在工礦企業(yè)中大量地使用著(zhù)風(fēng)機、水泵、攪拌機、壓縮機等，這些機械一般都以交流電動(dòng)機驅動(dòng)。其中大部分電動(dòng)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(dòng)機大部分處在恒速運行狀態(tài)，并以檔板、閥門(mén)或放空回流的辦法進(jìn)行流量或壓力的調節，從而白白損失大量的電能，功率越大的風(fēng)機、水泵，損失的電能越多。
對于水泵和風(fēng)機，表達其特性的參數有：流量（風(fēng)量）q，揚程（風(fēng)壓）h，功率p等。
根據流體力學(xué)原理，流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。如水泵的流量或風(fēng)機的風(fēng)量等調節，只需調節電機的轉速就可以實(shí)現，而同時(shí)將大大降低電機的消耗功率，節約了電能。
根據電工學(xué)的基本原理，要改變電動(dòng)機的轉速，只要改變供電電源的頻率或者改變電動(dòng)機的極對數或者轉差率就可以改變電動(dòng)機的轉速。
改變極對數進(jìn)行調速從理論上講效率最高，因為它沒(méi)有額外的損耗，但對電動(dòng)機的制造要求高，機械結構較為復雜，且屬于有級調速，不靈活，因此較少使用。改變轉差率，以往曾用過(guò)滑差電機，但由于電機結構復雜、故障率較高，維修困難，現也很少采用。改變頻率進(jìn)行調速，可以達到無(wú)級調速，在20世紀80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(lái)隨著(zhù)微電子技術(shù)及功率器件特別是igbt功率器件的迅速發(fā)展，變頻調速技術(shù)也得到了前所未有的發(fā)展，按目前技術(shù)的水平，不但調速精度達到了很高，而且損耗可以減少到最?。ㄗ冾l器效率可高達99%）?，F在變頻調速可以應用到各種規格的電動(dòng)機中。
2 變頻調速器的應用
變頻調速器是一種高效節能調速裝置，它以dsp或微處理器為核心，可為電動(dòng)機運行于多種電氣控制和具有報警功能，保障設備安全，延長(cháng)使用壽命。特別是它可以根據設定信號調節電動(dòng)機轉速，實(shí)現生產(chǎn)自動(dòng)控制，節電效果顯著(zhù)，可有力地促進(jìn)企業(yè)節能工作的開(kāi)展，因而在電機供電控制中得到廣泛應用。下面以我廠(chǎng)催化裝置中的輕柴油泵為例簡(jiǎn)單說(shuō)明其應用。
2.1 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兩臺泵。在正常情況下，一臺運行另一臺備用，主、備泵的切換通過(guò)人工方式手動(dòng)實(shí)現。在供電控制方式上，p1205a實(shí)行常規電氣控制，主電源直接供給電動(dòng)機，p1205b實(shí)行變頻調速控制，主電源經(jīng)過(guò)變頻后送給電機。系統調節參數為中間產(chǎn)品罐液位，測量位號為lt1206，pid調節回路調節閥lv1206。用控制電機轉速和調節閥開(kāi)度使液位lt1206穩定在給定值上，dcs上將原有的lc1206調節器組態(tài)位號改為lc1206a，新增一個(gè)pid調節器位號lc1206b（其組態(tài)內容與lc1206a一致），用lc1206b和變頻器inverter控制電機轉速或用lc1206a控制調節閥的開(kāi)度使流量穩定在給定的值上。
2.2 控制方案的實(shí)施
該流量在dcs中的控制原理如圖1所示。
控制過(guò)程如下：在正常情況下lc1206b調節回路輸出4～20ma調節信號到變頻器作為頻率設定信號，變頻器按照給定信號輸出相應頻率的電壓電源，從而調節電機轉速。同時(shí)lc1206a調節回路保持在手動(dòng)方式，輸出鎖定在100%，控制泵出口調節閥處于全開(kāi)位置，以便實(shí)現變頻器控制流量的目的。在dcs上，在相應的流程圖上對應p1205b位置組態(tài)了變頻器調速圖案，在變頻器運行時(shí)，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(shí)，其顏色為紅色。
當變頻器出現故障或人為將其切除時(shí)，流程圖上變頻器圖案出現紅色，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，控制調節閥lv1206的開(kāi)度，p1205a電動(dòng)機以額定轉速運行。
2.3 控制系統的組成
該控制系統包括工頻控制系統和變頻控制系統。工頻控制系統由dcs中組態(tài)的控制器lc1206a，調節閥lv1206，電動(dòng)機，柴油泵p1205a和液位測量lt1206組成，變頻控制系統由dcs中組態(tài)的控制器lc1206b，變頻器，電動(dòng)機，柴油泵p1205b和液位測量lt1206組成。
2.4 變頻器的選型和主要參數設定
筆者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：td2000-4t1100p；
適配電機：110kw；
電源輸入：三相380v，50hz/60hz；
電網(wǎng)輸入波動(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的電網(wǎng)情況。
輸出電壓：0～380v正弦波，頻率0～400hz可調。
由于我廠(chǎng)是石油煉化企業(yè)，變頻器安裝在防爆區以外，變頻器到機泵的距離較遠，一般都在一百多米以外，所以筆者在配置時(shí)增加了相應的輸出電抗器。
為了保證電動(dòng)機的可靠運行，變頻器的主要參數設定如下：
?。?）上限頻率f11設定為電動(dòng)機的額定頻率50hz，下限頻率f12設定為5hz。
?。?）v、f輸出特性中最高頻率f04及基本運行頻率f05均設為電機額定值50hz，額定輸出電壓設定為380v。
?。?）v/f曲線(xiàn)模式f07設定為1（因為是風(fēng)機水泵類(lèi)為平方轉矩負載）。
?。?）運行頻率控制設定方式f00設定為3，模擬設定2（cci-gnd），用模擬電流/電壓端子輸入設定，范圍dc0（2）-10v/0（4～20ma），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(xiàn)選擇1側。
?。?）運行命令選擇f02設定為1，外部端子運行控制有效，即用操作柱來(lái)啟動(dòng)變頻器。
?。?）停機方式f30設定為1，外部端子運行控制有效，即用操作柱來(lái)仃止變頻器。
?。?）停機方式f30設定為0，選擇自由運行停止。
2.5 應用效果
變頻調速器投用后，控制回路的穩定性和可靠性比調節閥有明顯提高，控制偏差保持在±1%以?xún)?，被控參數波?dòng)幅值較小。電機在變頻調速器的控制下保持中速運行狀態(tài)。在電機啟動(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)熱等報警跳閘及在線(xiàn)故障診斷功能，保證其運行安全可靠，降低故障率，減少了設備損耗，尤其顯著(zhù)的是節能效果相當明顯。在正常工況下，投用前后的電氣參數如附表所示。
從附表中可以看出，使用變頻器后功率節省38.72kw，按年運行8000h計算，每年可節省電能309760kw·h，若按電價(jià)0.35元/kw·h計算，每年節約電費10.8416萬(wàn)元。不到一年可收回投資。
3 結束語(yǔ)
實(shí)際應用證明，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上，根據我國電網(wǎng)波動(dòng)范圍較大的狀況開(kāi)發(fā)的，其功能齊全，性能穩定，到目前為止在我廠(chǎng)使用了12臺艾默生td2000系列變頻器，功率在90kw～250kw，運行一年多從未出現質(zhì)量問(wèn)題。
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