變頻器在液位自動控制中的應用及其節(jié)能效果

【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動為主，實際應用證明，變頻器的使用可取得意想不到的效果，特別是企業(yè)正在降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益。文章介紹了艾默生變頻器在液位自動控制中的應用及其節(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。

【關鍵詞】 變頻器 節(jié)能效果 應用

1 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。

即：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。

如水泵的流量或風機的風量等調節(jié)，只需調節(jié)電機的轉速就可以實現(xiàn) ，而同時將大大降低電機的消耗功率；節(jié)約了電能。

因此要改變電動機的轉速，只要改變供電電源的頻率或者改變電動機的極對數(shù)或者轉差率就可以改變電動機的轉速。 改變極對數(shù)進行調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，以往曾用過滑差電機，但由于電機結構復雜、故障率較高，維修困難，現(xiàn)也很少采用。改變頻率進行調速，可以達到無級調速，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，后來隨著微電子技術及IGBT功率器件的迅速發(fā)展，變頻調速技術也得到了前所未有的發(fā)展，按目前技術的水平，不但調速精度達到了很高，而且損耗可以減少到最小(變頻器效率可高達99％)。現(xiàn)在變頻調速可以應用到各種規(guī)格的電動機中。

2 變頻調速器的應用

變頻調速器是一種高效節(jié)能調速裝置，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，保障設備安全，延長使用壽命。特別是它可以根據(jù)設定信號調節(jié)電動機轉速，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速策略。

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實行變頻調速控制，主電源經(jīng)過變頻后送給電機。系統(tǒng)調節(jié)參數(shù)為中間產(chǎn)品罐液位，測量位號為LTl206，PID調節(jié)回路調節(jié)閥LVl206。用控制電機轉速和調節(jié)閥開度使液位LTl206穩(wěn)定在給定值上，DCS上將原有的LCl206調節(jié)器組態(tài)位號改為LCl206A，新增一個PID調節(jié)器位號LCl206B(其組態(tài)內容與LCl206A一致)，用LCl206B和變頻器INVERTER控制電機轉速或用LCl206A控制調節(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LCl206B調節(jié)回路輸出4—20mA調節(jié)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(jié)電機轉速。同時LCl206A調節(jié)回路保持在手動方式，輸出鎖定在1000%，控制泵出口調節(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，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，LCl205B切到手動方式，LCl206A進入自動狀態(tài)輸出4～20mA信號，控制調節(jié)閥LVl206的開度，P1205A電動機以額定轉速運行。

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LCl206A，調節(jié)閥LVl206，電動機，柴油泵P1205A和液位測量LTl206組成，變頻控制系統(tǒng)由DCS中組態(tài)的控制器LCl206B，變頻器，電動機，柴油泵P1205B和液位測量LTl206組成。兩個系統(tǒng)由手動進行切換。

2.4 變頻器的選型和主要參數(shù)設定

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0～400I-Iz可調。

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)設定如下：

(1) 上限頻率F11設定為電動機的額定頻率50Hz，下限頻率F12設定為5Hz。

(2) V、F輸出特性中最高頻率F04及基本運行頻率F05均設為電機額定值50Hz，額定輸出電壓設定380V。

(3) V／F曲線模式F07設定為l(因為是風機水泵類平方轉矩負載)。

(4) 運行頻率控制設定方式F00設定為3，模擬設定2(CCI一一GND)，用模擬電流／電壓端子輸入設定，范圍DC0(2)——10V／0(4～20n1A，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CNl0的跳線選擇1側。

(5) 運行命令選擇F02設定為l，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設定為l，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設定1，選擇自行運行停止。

3 投用效果

變頻調速器投用后，控制回路的穩(wěn)定性和可靠性比調節(jié)閥有明顯提高，控制偏差保持在±1％以內，被控參數(shù)波動幅值較小。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、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)如表l所列。

從表l中可以看出，使用變頻器后功率節(jié)省38.72kW，按年運行8000h計算，每年可節(jié)省電能309760kW·h，若按電價0.35元／kW·h計算，每年節(jié)約電費10.8416萬元。不到一年可收回投資。

4 結束語

實際應用證明，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的今天，變頻調速技術以其良好的投入產(chǎn)出比，將會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(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90～250kW，運行一年多從未出現(xiàn)質量問題。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。