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          變頻器的使用方法

            變頻器的使用有兩個主要方面:
            一、以滿足控制要求的調速功能使用變頻器,主要用于恒轉矩和恒功率負載的場合的速度控制,這種情況選擇變頻器在設備的設計選型之初就進行考慮,因為以實現控制策略為目的,所以其選型與電機配合度很高,也有可行的案例及先前的經驗作為參考。
            二、以節能為目的的變頻器的使用,這是*近幾年來越來越火的現象,在液體化工等行業應用越來越廣,不僅僅是新建設備的電機控制考慮使用變頻器,在用的老舊的生產設備也紛紛進行改造,目的就是節約再用電機的能耗,由于中國液體化工基數大,在用的設備大都是效率較低的低壓電機普通控制,其節能空間非常廣闊。
            液體化工中對于低壓電機使用變頻器,其目的是為了節能,而不是調速,因為液體化工電機主要控制的是加壓泵和風機,尤其是加壓泵的使用在液體化工中占用低壓電機的比例在909以上,是液體化工行業用電*大的部分。
            液體化工所使用的機泵本身對于速度控制沒有特別要求,從工業生產方面看,現場機泵的運轉速度與生產控制沒有關系,而變頻器的使用是為了調節電機的轉速,那么轉速與節能之間有什么關系呢?這應用到變頻器的一種控制方式,U/F=常數的比例控制,從能源的方面看,這種控制方式使電機的電壓隨著頻率的降低而降低,從而使電機的功率變小,實現節能。
            液體化工生產控制經典的模式是電機帶動加壓泵加壓被控流體,液體經過管道中的調節閥實現流量、壓力控制,到達下一個生產設備,從而實現安*穩定的自動生產。
            從流體力學的角度看,液體流經管道、閥門需要克服阻力而消耗流體的機械能,特別是調節閥這個環節,消耗的機械能占很大的比例,電機所耗費的能源在很大方面浪費在液體輸送過程中,從節約能源的角度看,這一方面有可以改造的余地。
            液體化工生產中的電機容量是在設計選型中根據工藝*大生產負荷而選擇的,平常使用中受生產負荷和物料的變化,其往往出現大馬拉小車的現象,電能轉化成的液體機械能被消耗在液體輸送中,此時如果能夠讓電機的功率變小,甚至取代工藝管道中的調節閥,使泵出囗的液體流量壓力正好滿足后續生產設備的需求,那么其就可節省很多不必要的電能損耗。
            而變頻器的U/F=常數的功能,正好可以滿足這個條件,因此實現了變頻器使用節省液體化工能源消耗匹配,所以變頻器被廣泛的應用于舊設備的節能改造中。
            使用變頻器取代在線流生產的控制調節閥來實現節能目標的同時還需滿足生產的控制要求,因此需要把變頻器+電機引入到自動控制策略的PID控制中,因此變頻器需要引入4-20毫安控制信號,實現4-20mA信號與變頻器0-50HZ的對應關系,即控制信號在4毫安時變頻器輸出的頻率為0赫茲,20毫安時變頻器輸出的頻率對應50赫茲,傳統的控制策略都是如此。
            但在實際使用中發現了一個很大的問題。
            根據電機的調速原理:頻率與速度成正比,軸功率與轉速的三次方成正比;根據流體力學原理:液體流量與轉速成正比,壓力與轉速的二次方成正比。
            使用變頻器+電機取代調節閥后,管道中的液體流量返回的信號與變頻器輸出的頻率成線性對應,但液體的壓力卻與變頻器輸出的頻率平方對應,即變頻器輸出頻率變小剛好滿足液體的流量控制,但液體的壓力變小的幅度比流量大大的。
            如果流量調節降低幅度過大,那么壓力就會衰減過多,造成液體壓力不能到達下游生產設備,引起加壓泵的真空被破壞,加大流體在泵內葉片間的磨損,損壞加壓泵同時也造成電機運轉不出力即干磨,造成很大的能源浪費。
            比如:一座高十米的樓房,要想自來水能夠到達頂樓至少需要1公斤的壓力,如果使用變頻器控制加壓泵電機的方式來控制在頂樓自來水的流量,如果頂樓不用水或者用水很少,那么其變頻器接受的控制信號就會接近于4毫安,造成變頻器的輸出接近于0赫茲,造成電機轉速緩慢,使加壓泵出囗的自來水壓力很小。
            如果小于1公斤,那么頂樓的自來水管道就沒有自來水,此時電機仍然在運轉,浪費電能且損壞泵的葉輪,此時對于變頻器控制流量已經沒有意義,只有當變頻器輸出的頻率控制電機加壓泵出口壓力超過1公斤時,其對于自來水的流量控制才有實質作用,因此變頻器在一段區間內失去了節能的作用。
            在廠里維護維修石油生產裝置中也發現這種問題,控制塔器底部液位的抽出泵在生產中不定期的會出現泵不上量的現象,泵修是否頻繁維修但無法排除故障,*后通過觀察、實驗、分析得出變頻器輸出頻率過低造成抽出泵真空破壞而引發不上量的原因。通過對變頻器設置下限輸出頻率,調整4-20毫安對應的變頻器輸出頻率范圍解決這種問題,后來對廠里所有的在用的低壓變頻器輸出下限值都進行了設定,由于變頻器控制的機泵后續工藝的垂直高度和管線不同,其泵出口的*低壓力值也不同。
            通過現象關閉泵出口手法達到設定壓力值的方法找到每一臺變頻器的*低運行頻率,*終實現了變頻器輸出的*佳頻率范圍,從現場使用看,廠內加壓泵變頻器運行的頻率范圍基本在16-41HZ之間。
            除了變頻器輸出的頻率范圍要進行設定外,變頻器自帶的一些功能也需要進行設定,對于參與自控的變頻器+電機泵需要設定自動重啟功能,這樣在廠內電壓波動和晃點過程后,其電機能夠自動啟動運轉,*快的恢復生產。
            變頻器前方加裝過電壓保護器,如果廠里使用變頻器較多,廠內電網的諧波干擾和操作過電壓及雷暴天氣極易燒毀變頻器,因此安裝過電壓保護器是一種很好的防護措施。以上是對于變頻器使用過程中的理解,主要就是一點,應用于加壓泵電機的變頻器要根據生產工藝的不同設置合適的使用頻率范圍,否則出力不出功,對于生產、設備壽命、節能都是一個缺陷。
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