变频器在4#空分油泵控制系统上的应用

赵晓燕

（天津天铁冶金集团动力厂检修车间，河北涉县056404）

1 引言

针对天铁集团动力厂4#空分系统的辅助油泵运行过程中，尤其在空透系统主电机需要小负荷停车时，经常出现主油泵和辅助油泵油压相叠加等，导致两台油泵同时承受较大的油压，进而产生很大振动，造成溢油及油压不稳现象。本文基于这种情况，经过深入对EV 2000变频器控制空透系统进行分析和探讨后，提出了改进方案。实施后达到了稳定油压、控制油压的目的，实现了自动调节油泵的转速、供油量，彻底消除了溢流现象，实现了油压的精确控制，节省了油泵电机的电能消耗，提高了设备的可靠性和使用寿命，以及企业的经济效益。

2 变频器

2.1 变频器基本原理

变频器的全称是变频变压调速器，其英文缩写为VVF。调速过程是将变频器的频率和电压同步进行调整的过程。实现方式一般为：先把交流电通过整流电流，变成直流电，再把直流电通过逆变器，变成电机或其他负载可以接受的交流电，从而达到了调频、调速、变压的目的。

2.2 结构

触点输入信号为正反转信号和起、停信号。模拟输入信号为频率输入信号（0～20 mA）。复位按钮：变频器出现故障并将其解除，恢复按钮初始状态。变频器控制辅助油泵的起停，简单易行，不会造成电动机的频繁启动，同时按照设定的油压值来控制电动机的转速，有利于油压的控制，可将油压保持在一个预定高度，保证了辅助油泵的稳定、安全工作，见图1。

3 应用过程

3.1 问题原因分析

由于原电机是通过检测电流值和热保护元件来进行控制的，控制精度不高，当主电机停止开关按下后，辅助油泵瞬间启动，主电机轻载或者空载时，主油泵随着电机主轴继续高速转动，转速也不会立刻下降，需要一定时间才会停止。意味着主油泵产生的油压和辅助油泵所产生的油压会相互叠加，叠加后的油压大大超过了正常的油压（正常油压一般不超过0.13 MPa），而油压调节器的玻璃管承受压力在0.6 MPa以上，这时辅助油泵的出口端由于油压过高，导致油泵电机的负荷加大，电流升高，震动加大。而主油泵虽然负荷加大，但是由于主电机对于主油泵的变化可以忽略不计，因此对主电机不会造成太大影响，主电机将继续在惯性的作用下带动主油泵转动，直至停车。而辅助油泵电机还在全压运行，这种情况下导致了事故的发生。

这个问题在电机日常运行过程中不易被发现，日常工作中主电机带动的负荷较大，停机的时间一般比较短暂，操作人员进入现场后，电机油泵已经基本停止工作，辅助油泵和主油泵冲突的时间较短，不易被发现。但是无论时间长短，两台油泵叠加后的瞬间高油压对设备的冲击始终是一个长期存在的安全隐患。由于电动机试车时为单机工作，停机的惯性较大,停车时间较长,大约在20～30 min，这种情况下，上述问题表现的就更加明显。而且在停机过程中造成油压调节器玻璃管破裂，使主电机轴瓦被磨损。大量润滑油的流失，造成了较大的损失。虽然在后来的实际运行中我们将玻璃管改成现在使用的铜管，铜管承受的压力高了,油管破裂的问题不会再出现，但是两台油泵相互影响的问题一直未得到有效解决。因此，笔者提出了一个可实施的有效方案，此方案在某些供水系统中已被采用。

图1 E V2000变频器结构图

3.2 改进方案

针对以上问题，提出由EV 2000变频器控制辅助油泵的启停。EV 2000变频器通过对电机磁通电流和转矩电流的解耦控制，具有电机参数自动调谐，速度控制和转矩控制在线切换，转速跟踪，内置PLC，编码器和给定及反馈信号断线检测切换等多种设定方式，可满足各类负荷对传动控制的要求。所以由变频器控制辅助油泵的起停，能自动调节油泵的转速、供油量，使油泵实际供油量与实际负载流量在任何工作阶段均保持一致，彻底消除了溢流现象。油泵出油减少，节省了油泵电机的电能消耗。实现了闭环控制油泵的转速和启停，使油泵实现了软起动，减少了设备供油，实现供油量和油压的精确控制，减小对设备的冲击和振动，大大提高了设备的使用寿命，而且其接线方式和操作步骤都比较简单。在现有的回路中加装变频器是较为容易的，结合现场实际情况，在原有的线路不做改动的情况下直接在现场加入变频器即可。如图2所示，图中注1来自仪控系统，由于溢油发生后不能及时发现，此点应改为油压正常1 h后人为在现场手动停止，此时由于变频器控制油泵电动机的运转，不会有其他状况发生。而变频器在一般情况下应不带电。如遇特殊情况可将1KM闭合自锁为变频器提供电源，当主油泵油压失去时，变频器能迅速将辅助油泵转速拉起，从而顺利建立油压[2]。

图2 空压机油泵原理图

主电机进口油压经过压力变送器转换为0～20 mA的信号，经由变频器频率调节输入端进入变频器。由变频器与标准信号进行对比后，转换成相应的频率输出给电动机。当油压降低时，信号和给定信号差值加大，此时变频器的频率增加，电动机转速加大。当油压升高时，输入信号和标准信号差值则变小，此时变频器频率减小，当油压大于等于给定值时，电动机转速降低直至为0[4]，见图3。

4 改进后效果

通过改用EV2000变频器控制系统后，对电动机实现软启动、软制动，无电流或机械冲击，不仅使得转矩极限可调，甚至转矩的控制能达到3%～5%左右，油泵油压叠加、溢油问题得到了圆满解决，油泵实际供油量与实际负载流量在任何工作阶段均保持一致，彻底消除了溢流现象，取得了良好的使用效果，成功实现了转速和油压的快速响应和准确控制。由于其能够最大限度地消除电压下降，能在零频零压时逐步启动，并且能以很高的控制精度进行宽范围的调速、调压运行，使用后节省了电能消耗，降低生产了成本，减少了维修工作量，给实现生产自动化带来了方便和好处，应用效果十分明显。

图3 E V 2000变频器控制示意图

5 结语

EV2000变频器控制系统在4#空分油泵上的应用和改进，解决了油泵油压不稳、溢油问题，优化了油泵控制系统，更加完善、科学、合理。目前变频器的应用技术已经相当成熟，且以其减速停车速度快、转矩动态响应快、稳速精度高；抗干扰能力强、高性能矢量控制、安装灵活，结构紧凑，使用可靠，价格相对低廉等优势而被广泛普及应用。对于中小型电机来讲，采用变频器控制无疑是最好的选择，变频器将逐渐替代传统的电器控制方式。在处处提倡节能、环保、绿色的新兴工业理念的当下，变频器的应用将会有更加广阔的发展前景。

[1]刘美俊.变频器应用与维护技术[M]．北京：中国电力出版社，2008：223-232.

[2]杨公源.常用变频器应用实例[M].北京：电子工业出版社，2006：135-152.

[3]EV2000系列通用变频器用户手册[M].深圳：艾默生网络能源有限公司，2004：1-13.

[4]李方园.变频器自动化工程实践[M].北京：电子工业出版社，2006：78-93.