變頻器在液位控制中的應用及節(jié)能效果

1、變頻器在液位控制中的應用及節(jié)能效果劉亮（山東電力建設第二工程公司西固項目部）【摘 要】在工礦企業(yè)中，液位控制一直是一種難以解決的問題且浪費電能。本文論述在設計上采用變頻技術，可使耗電量降到一定的程度。提出一些在節(jié)能方面的技術措施和建議，旨在最終實現(xiàn)工礦企業(yè)以高效、低耗、環(huán)保等優(yōu)勢不斷得到發(fā)展【關鍵詞】變頻器 液位控制 節(jié)能 引言在工礦企業(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)正在降低生產成本、提高經(jīng)濟效益以及在節(jié)能環(huán)保中取得意想不到的效果。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

2、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。 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

3、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

4、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。下面以給水裝置中的給水泵為例簡單說明控制

5、調速策略。1、控制流程簡介給水泵采用一開一備的配置方式,共有A/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DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)。在供電控制方式上, A實行常規(guī)電氣控制,主電源直接供給電動機, B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)為水箱液位,測量位號為LT,PID調節(jié)回路調節(jié)閥LV。用控制電機轉速和調節(jié)閥開度使液位LT穩(wěn)定在給定值上,DCS上將原有的LC調節(jié)器組態(tài)位號改為LCA,新增一個PID調節(jié)器位號LCB(其組態(tài)內容與LCA一致),用LCB和變頻器INVERTER控制電機轉速或用LCA控制調節(jié)閥的開度使液位穩(wěn)定在給定的值上2. 控制方案的實施該液位在D

6、CS中的控制原理如圖一所示。LT LCALCB LVINVERTER       圖一 控制流程圖 控制過程如下:在正常情況下LCB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LCA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PB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)

7、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,LCB切到手動方式,LCA進入自動狀態(tài)輸出4-20mA信號,控制調節(jié)閥LV的開度,PA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LCA,調節(jié)閥LV,電動機,柴油泵PA和液位測量LT組成,變頻控制系統(tǒng)由DCS中組態(tài)的控制器LCB,變頻器,電動機,泵PB和液位測量LT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。3. 變頻器的選型和主要參數(shù)設定。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

8、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。由于發(fā)電企業(yè),變頻器安裝在就近設備區(qū)域,變頻器到機泵的距離較近,一般都在十多米以內,所以沒有必要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

9、)V / F曲線模式F07設定為1(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-GND),用模擬電流 / 電壓端子輸入設定,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。 5)運行命令選擇F02設定為1,外部端子運行控制有效,即用操作柱來啟動變頻器。 6)停機方式F30設定為1,外部端子運行控制有效,即用操作柱來啟動變頻器。 7)停機方式F30設定為1,選擇自由運行停止。4.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

10、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)如下:電機額定值投用前投用后備注電壓/V380380364電流/A193.114080頻率/HZ505040.1轉速/rpm2,9792,9792,383COS0.850.850.94功率/Kw11078.3239.6從表中可以看出,變頻器使用后功率節(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。結論實際應用證明,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出比,將會有更加廣闊的應用前景。國產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,到目前為止在我國各工礦企業(yè)得到廣泛運用。參考文獻：1舒迪前. 預測控制系統(tǒng)及其應用. 北京: 機械工