變頻器在煤氣恒壓控制系統(tǒng)中應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)
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變頻器在液位自動(dòng)控制中的應(yīng)用及其節(jié)能效果
1 引言
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。
根據(jù)流體力學(xué)原理，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，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)速從理論上講效率最高，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20世紀(jì)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，后來隨著微電子技術(shù)及功率器件特別是igbt功率器件的迅速發(fā)展，變頻調(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%）。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。
2 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，可為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于多種電氣控制和具有報(bào)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(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單說明其應(yīng)用。
2.1 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(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lt1206，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lc1206a，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。
2.2 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。
2.3 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。
2.4 變頻器的選型和主要參數(shù)設(shè)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(hào)：td2000-4t1100p；
適配電機(jī)：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(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，所以筆者在配置時(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：
?。?）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。
?。?）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)定為380v。
?。?）v/f曲線模式f07設(shè)定為1（因?yàn)槭秋L(fēng)機(jī)水泵類為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載）。
?。?）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），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)。
?。?）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。
?。?）停機(jī)方式f30設(shè)定為1，外部端子運(yùn)行控制有效，即用操作柱來仃止變頻器。
?。?）停機(jī)方式f30設(shè)定為0，選擇自由運(yùn)行停止。
2.5 應(yīng)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)、控制過程中實(shí)行延時(shí)斜升、斜降，并且有輸出短路、欠壓、過流、過載過熱等報(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)如附表所示。
從附表中可以看出，使用變頻器后功率節(jié)省38.72kw，按年運(yùn)行8000h計(jì)算，每年可節(jié)省電能309760kw·h，若按電價(jià)0.35元/kw·h計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)10.8416萬元。不到一年可收回投資。
3 結(jié)束語
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)我國電網(wǎng)波動(dòng)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(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)量問題。
評(píng)論