1 概述

　　在工業企業中，電機是應用面比較廣和數量比較多的電氣設備之一。目前，大量交流電機均工作在固定的轉速運行，這已愈來愈不能適應生產工藝對于自動化的要求。同時，其運行在低功率因數和低效率的工況下，對電能是極大浪費。
　　由于石化行業的日益激烈的市場競爭,對我廠石油化工產品的型號、質量、數量等提出了新的要求。為了滿足這些工藝上要求, 在原驅動電機上，增加變頻器系統。這樣既可平滑改變物料的輸送量,滿足了生產工藝的要求，又達到了節能的效果。
　　在我廠常一線、常二中采用的變頻器系統，既是動力源又是改變工藝參數的執行機構，它取代了原有的執行機構--調節閥，使得介質傳輸工藝過程控制發生了變革。
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2 變頻器調速運行時的節能原理
　
　　在實際的生產過程中，各類泵的負荷選擇都大于生產實際需要的流量，而在實際運行中，所需的流量往往比設計的流量小很多，如果所用的電機不能調速，通常只能通過調節閥門來控制流量，其結果在閥門上會造成很大的能量損耗。如果不用閥門調節，而是讓電機調速運行，那么，當需要的流量減小時，電機的轉速降低，消耗的能量會明顯減小。圖1為典型的泵類負載在不同轉速時的特性曲線。

圖中H(n1),H(n2)表示調速時的Q=f(H)曲線，R1、 R2表示閥門調節時的管路阻力曲線。閥門控制時，由于要減少流量，關小閥門，使閥門的摩擦阻力變大，Q2 →Q1， A→B，HA→HB閥門控制時功率消耗P1由0HBBQ1表示。當調速控制時，Q2→Q1，A→C，HA→HC調速控制時功率消耗P2由0HCCQ1表示，若P1>P2則表示調速時功率消耗小于閥門節流時的功率消耗。
P=rQH 泵的軸功率
Q 流量 H 揚程 r 液體重度
在B點和C點運行時 PB-PC=Q1(HB-HC)r 這部分就是所節約的電能。
對于泵負載，有如下表達式:
Q1/Q2 = n1/n2
H1/H2 = (n1/n2)2
P1/p2 = (n1/n2)3
由上式可知，當轉速下降1/2時，流量下降1/2，壓力下降1/4，功率下降1/8， 即功率與轉速成3 次方的關系下降。如果不用關小閥門的方法，而是把電機的轉速降下來，那么隨著泵的輸出壓力的降低，在輸送同樣流量的情況下，原來消耗在閥門上的功率就可完全避免。在不裝變頻器時，泵的出口流量靠出口閥控制調節。流量小時，靠關小閥門調節，增加了泵管壓差，使部分能量白白消耗在出口閥門上。使用變頻器后，可以降低泵的轉速，泵揚程也相應降低，電動機輸出功率也降低了，從而消除了原來消耗在泵出口閥上的管壓差。

3 變頻器系統的控制方案
　
　　我廠的常一線泵B109和常二中泵B114的電動機功率分別為75kW和55kW，轉速2982轉/分，額定電壓380V，額定電流分別為132A和103A，額定出口流量分別為28.520M3/h和20M3/h。如圖2所示。
　　由圖可以看出，在正常工作負荷情況下，電機工作在額定轉速2982rpm，轉速不可調。為保持流量穩定，采用控制出口閥門的方法進行控制，即差壓變送器檢測流量信號送至PID調節器, 再由PID調節器輸出4-20mA控制信號，控制出口調節閥的開度，從而控制出口流量，保持流量穩定。原系統實際運行中，存在以下問題:
(1) 節流量較大，泵出口閥的節流量已接近泵額定流量的一半，浪費大量的電能。
(2) 控制精度低，出口流量波動較大(約3％)。
(3) 電機工作在額定轉速，出力不變消耗電能。
(4) 電機噪音較大，泵和管線閥門壓力較大，易造成泄漏。

　　根據系統的上述工藝要求，我們對變頻器系統進行設計時，遵循了以下原則:
a、 保持出口流量穩定;b、 出口流量的控制精度0.5% ;c、電動機的轉速范圍應在 0～2982轉/分;d、根據泵的工作特性，系統設計應按恒轉距原則進行;e、節能降耗;f、系統設計采用工頻和變頻雙切換，保證的生產的連續性和可靠性，可以互為備用; g、采用兩路DCS輸出接點，一路控制原調節閥，一路控制變頻器，在變頻器故障狀態時，DCS能自動識別變頻故障信號，然后切換到調節閥調節流量。而當變頻器處于正常運行狀態時，調節閥處于全開位置;
　　遵照上述原則，經過調研、比較，我們選擇了日本東芝A5P變頻器。該變頻器具有技術先進、功能齊全、結構緊湊、可靠性高等特點，專為泵和風機類負載設計。其結構圖如圖3所示。

FRH:頻率設定;ACC/DEC:加/減速控制電路;A/D:模數變換;V/F:壓頻變換;BD:基極驅動電路;CPU:微處理器;LED:顯示電路 。
變頻器的主電路為典型的“交