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動。其中大部分電動機均不是工作在額定功率,而經常只有額定功率的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。
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。當轉速從n1變?yōu)閚2時,Q,H,P大致變化關系為:
Q2=Q1(n2 / n1)
H2=H1(n2 / n1)2
P2=P1(n2 / n1)3
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。
根據(jù)電工學的基本原理,電動機的轉速n由以下公式表示:
式中:n---電動機的轉速
f1---供電電源頻率
S---轉差率
P---電動機的極對數(shù)
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%)?，F(xiàn)在變頻調速可以應用到各種規(guī)格的電動機中。
二、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。
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,主電源經過變頻后送給電機。系統(tǒng)調節(jié)參數(shù)為中間產品罐液位,測量位號為LT1206,PID調節(jié)回路調節(jié)閥LV1206。用控制電機轉速和調節(jié)閥開度使液位LT1206穩(wěn)定在給定值上,DCS上將原有的LC1206調節(jié)器組態(tài)位號改為LC1206A,新增一個PID調節(jié)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(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。
控制過程如下:在正常情況下LC1206B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LC1206A調節(jié)回路保持在手動方式,輸出鎖定在100%,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,LC1205B切到手動方式,LC1206A進入自動狀態(tài)輸出4-20mA信號,控制調節(jié)閥LV1206的開度,P1205A電動機以額定轉速運行。
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<
