變頻器在儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的應(yīng)用

常江

摘要：變頻電機(jī)與工頻電機(jī)相比有很多的優(yōu)點(diǎn)，它是建立在控制理論技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上的一門綜合性的技術(shù)。變頻器不僅僅是一種性能優(yōu)良的電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，而且以最為合理的方式對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行全面控制。在儲(chǔ)運(yùn)裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用也達(dá)到了應(yīng)有的節(jié)能效果，提高生產(chǎn)效率、改變了傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)，又保證了電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變頻器，電動(dòng)機(jī)，儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

1引言

隨著變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)廣泛的應(yīng)用，變頻電機(jī)的廣泛使用也日益增多起來(lái)，由于變頻電機(jī)在變頻控制方面較工頻電機(jī)的優(yōu)越性，因此在電力、冶金、鋼鐵、石油、化工、造紙、食品、紡織等電機(jī)傳動(dòng)設(shè)備中得到了實(shí)際應(yīng)用[1]。變頻調(diào)速技術(shù)，順應(yīng)了工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的要求，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)嶄新的智能電機(jī)時(shí)代。

變頻器[2]是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換成另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-交方式，先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)，達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的。在以后的發(fā)展中鑒于其良好的速度工藝控制及節(jié)能效果，已經(jīng)成為石油化工企業(yè)中越來(lái)重要的自動(dòng)化設(shè)備。

在老企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)裝車系統(tǒng)中由于沒(méi)有加裝變頻器，只是運(yùn)用泵的出口閥門調(diào)節(jié)裝車流量的控制，裝車流量變化大，致使裝車冒罐事故的頻繁發(fā)生，而且造成對(duì)機(jī)泵的損壞、能源損耗大等。由于考慮這一因素，加裝變頻器是以節(jié)能為目的利用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)裝車流量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，用來(lái)選擇和保護(hù)電機(jī)的最佳運(yùn)行狀態(tài)，不僅操作方便、節(jié)省人力物力，而且節(jié)電效果顯著，因此裝車泵采用變頻調(diào)速是降低其運(yùn)行功耗的有效途徑。

2變頻器基本原理

交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速[3]表達(dá)式：n=60f（1-s）/p；式中n為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f為異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；

由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，當(dāng)頻率f在0～50HZ的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍變得非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，也是一種高性能、高效率的調(diào)速手段。

3變頻器的選擇

（1）變頻器類型的選擇[4]

根據(jù)控制功能將通用變頻器分為三種類型。普通功能型V/F控制變頻器，具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型V/F控制變頻器，以及矢量控制高性能變頻器。根據(jù)負(fù)載的要求來(lái)選擇變頻器的類型。

對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載，通常選擇普通功能型；

對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，通常選用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型V/F控制變頻器；

對(duì)于軋鋼等一類對(duì)特性要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，多采用矢量控制高性能變頻器。

（2）變頻器容量的選擇[4]

由于在變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，正確的選擇變頻器容量很有必要。一般情況下，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿足表（1）中所列的3項(xiàng)要求：

1）滿足負(fù)載輸出：kPm/μ≤變頻器容量（KVA）；

2）滿足電動(dòng)機(jī)容量：k× ≤變頻器容量（KVA）；

3）滿足電動(dòng)機(jī)電流：kIE≤變頻器額定電流（A）；

注：Pm為負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)輸出，KM；VE為電動(dòng)機(jī)額定電壓，V；μ為電動(dòng)機(jī)效率（通常約0.85）；IE為電動(dòng)機(jī)額定電流，A；cosΦ為電動(dòng)機(jī)功率因素（通常為0.75）；k為電流波形補(bǔ)償系數(shù)。

4變頻器在儲(chǔ)運(yùn)裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著人們對(duì)環(huán)境和節(jié)能降耗意識(shí)的不斷增強(qiáng)，以及石油化工行業(yè)對(duì)降低油泵運(yùn)行效率的要求的日益增強(qiáng)，儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)航空煤油罐區(qū)加裝一套變頻裝置PF700變頻器，內(nèi)操人員可以通過(guò)中控室內(nèi)DCS操作系統(tǒng)對(duì)裝車泵輸出流量進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)裝車流量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，用來(lái)選擇和保護(hù)電動(dòng)機(jī)的最佳運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)踐證明，此應(yīng)用操作方便、節(jié)省人力物力，而且調(diào)速、節(jié)能的效果良好，克服了低頻時(shí)的過(guò)熱與振動(dòng)的缺點(diǎn)。因此裝車泵采用變頻調(diào)速是降低其運(yùn)行功耗的有效途徑。

另外陸續(xù)給成品柴油罐區(qū)、中間原料罐區(qū)加裝了多臺(tái)變頻器，調(diào)速方便，節(jié)能效果顯著，節(jié)電50%以上，既減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)電的40%以上的目標(biāo)。

航空煤油罐區(qū)內(nèi)加裝變頻器是以節(jié)能為目的利用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制。對(duì)于儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)內(nèi)泵類負(fù)載來(lái)說(shuō)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩通常與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如圖1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與功率速度下降。圖2給出了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、與功率之間的關(guān)系。從圖中可以看出，采用變頻器調(diào)速控制與傳統(tǒng)的電機(jī)控制相比，變頻調(diào)速控制節(jié)能效果很好。

傳統(tǒng)的電機(jī)控制系統(tǒng)是讓電機(jī)做定速運(yùn)動(dòng)，利用電動(dòng)機(jī)出口閥門大小來(lái)調(diào)節(jié)流量?，F(xiàn)在采用變頻器調(diào)速來(lái)控制電機(jī)降低速度使流量減?。划?dāng)裝車泵的壓力高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出增大，變頻器控制電機(jī)升高速度使流量增加。裝車過(guò)程中由于所需要的流量不同，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，因而電機(jī)的輸出功率不同。

儲(chǔ)運(yùn)裝車控制系統(tǒng)方框圖如圖3所示，在構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，被控變量是裝車泵的壓力，電機(jī)轉(zhuǎn)速成了控制變量，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制流量，最終使裝車泵的壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上。變頻器在自控系統(tǒng)中扮演了執(zhí)行器的角色，調(diào)速不是根本目的，而壓力的控制才是系統(tǒng)的目標(biāo)。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，我們可以認(rèn)為，變頻器控制在儲(chǔ)運(yùn)裝車系統(tǒng)的節(jié)能效果顯著，但是必須考慮控制流量變化速率并設(shè)定最小流量，必須選擇合適的參數(shù)（壓差、壓力、流量）作為控制參數(shù)。儲(chǔ)運(yùn)裝車系統(tǒng)采用變頻控制可以使電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無(wú)沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件，清除油泵在流量和揚(yáng)程上的富裕量，其次來(lái)自于電機(jī)處于部分負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，減少所降低的油泵功耗。

參考文獻(xiàn)：

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