變頻器在儲運系統的應用

常江

摘要：變頻電機與工頻電機相比有很多的優點，它是建立在控制理論技術、計算機科學技術和微電子技術的基礎上的一門綜合性的技術。變頻器不僅僅是一種性能優良的電動機調速控制系統，而且以最為合理的方式對電動機進行全面控制。在儲運裝車系統中的應用也達到了應有的節能效果，提高生產效率、改變了傳統調速系統，又保證了電動機的安全運行。

關鍵詞：變頻器，電動機，儲運系統

1引言

隨著變頻器在工業控制領域內廣泛的應用，變頻電機的廣泛使用也日益增多起來，由于變頻電機在變頻控制方面較工頻電機的優越性，因此在電力、冶金、鋼鐵、石油、化工、造紙、食品、紡織等電機傳動設備中得到了實際應用[1]。變頻調速技術，順應了工業自動化發展的要求，開創了一個嶄新的智能電機時代。

變頻器[2]是利用電力半導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整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機，達到調速節能的目的。在以后的發展中鑒于其良好的速度工藝控制及節能效果，已經成為石油化工企業中越來重要的自動化設備。

在老企業儲運裝車系統中由于沒有加裝變頻器，只是運用泵的出口閥門調節裝車流量的控制，裝車流量變化大，致使裝車冒罐事故的頻繁發生，而且造成對機泵的損壞、能源損耗大等。由于考慮這一因素，加裝變頻器是以節能為目的利用變頻器進行調速控制，并根據實際情況對裝車流量進行實時控制，用來選擇和保護電機的最佳運行狀態，不僅操作方便、節省人力物力，而且節電效果顯著，因此裝車泵采用變頻調速是降低其運行功耗的有效途徑。

2變頻器基本原理

交流電動機的同步轉速[3]表達式：n=60f（1-s）/p；式中n為異步電動機的轉速；f為異步電動機的頻率；s為電動機轉差率；p為電動機極對數；

由上式可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速n，當頻率f在0～50HZ的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍變得非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率對速度進行調節，也是一種高性能、高效率的調速手段。

3變頻器的選擇

（1）變頻器類型的選擇[4]

根據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。根據負載的要求來選擇變頻器的類型。

對于風機、泵類平方降轉矩負載，通常選擇普通功能型；

對于恒轉矩負載，通常選用具有轉矩控制功能的高功能型V/F控制變頻器；

對于軋鋼等一類對特性要求較高的生產機械，多采用矢量控制高性能變頻器。

（2）變頻器容量的選擇[4]

由于在變頻驅動系統中，正確的選擇變頻器容量很有必要。一般情況下，驅動一臺電動機時，對于連續運轉的變頻器必須同時滿足表（1）中所列的3項要求：

1）滿足負載輸出：kPm/μ≤變頻器容量（KVA）；

2）滿足電動機容量：k× ≤變頻器容量（KVA）；

3）滿足電動機電流：kIE≤變頻器額定電流（A）；

注：Pm為負載要求的電動機輸出，KM；VE為電動機額定電壓，V；μ為電動機效率（通常約0.85）；IE為電動機額定電流，A；cosΦ為電動機功率因素（通常為0.75）；k為電流波形補償系數。

4變頻器在儲運裝車系統中的應用

隨著人們對環境和節能降耗意識的不斷增強，以及石油化工行業對降低油泵運行效率的要求的日益增強，儲運系統航空煤油罐區加裝一套變頻裝置PF700變頻器，內操人員可以通過中控室內DCS操作系統對裝車泵輸出流量進行時時監測和控制，并根據實際情況對裝車流量進行實時控制，用來選擇和保護電動機的最佳運行狀態，實踐證明，此應用操作方便、節省人力物力，而且調速、節能的效果良好，克服了低頻時的過熱與振動的缺點。因此裝車泵采用變頻調速是降低其運行功耗的有效途徑。

另外陸續給成品柴油罐區、中間原料罐區加裝了多臺變頻器，調速方便，節能效果顯著，節電50%以上，既減輕了工人的勞動強度，又實現了節電的40%以上的目標。

航空煤油罐區內加裝變頻器是以節能為目的利用變頻器進行調速控制。對于儲運罐區內泵類負載來說，其負載轉矩通常與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。如圖1所示，當轉速下降時，電機的負載轉矩與功率速度下降。圖2給出了電動機轉速、與功率之間的關系。從圖中可以看出，采用變頻器調速控制與傳統的電機控制相比，變頻調速控制節能效果很好。

傳統的電機控制系統是讓電機做定速運動，利用電動機出口閥門大小來調節流量。現在采用變頻器調速來控制電機降低速度使流量減小；當裝車泵的壓力高于設定值時，調節器輸出增大，變頻器控制電機升高速度使流量增加。裝車過程中由于所需要的流量不同，則電機的轉速不同，因而電機的輸出功率不同。

儲運裝車控制系統方框圖如圖3所示，在構成的控制系統中，被控變量是裝車泵的壓力，電機轉速成了控制變量，通過電機轉速來控制流量，最終使裝車泵的壓力穩定在設定值上。變頻器在自控系統中扮演了執行器的角色，調速不是根本目的，而壓力的控制才是系統的目標。

5結語

通過上述分析，我們可以認為，變頻器控制在儲運裝車系統的節能效果顯著，但是必須考慮控制流量變化速率并設定最小流量，必須選擇合適的參數（壓差、壓力、流量）作為控制參數。儲運裝車系統采用變頻控制可以使電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現頻繁啟動和制動創造了條件，清除油泵在流量和揚程上的富裕量，其次來自于電機處于部分負荷狀態運行時，減少所降低的油泵功耗。

參考文獻：

[1]馬麗琴、梁中華，胡慶，楊光達，李達斌，變頻調速技術的現狀展望[J]；沈陽工業大學學報；2001年S1期

[2]李正熙，《電力拖動自動控制系統（第二版）》.重慶大學出版社

[3]顧樂觀，鄭平，《現代電氣控制技術》，2007，（04）.

[4]安榮，通用變頻器及應用，機械工業出版社，2000.