变频器在储运系统的应用

常江

摘要：变频电机与工频电机相比有很多的优点，它是建立在控制理论技术、计算机科学技术和微电子技术的基础上的一门综合性的技术。变频器不仅仅是一种性能优良的电动机调速控制系统，而且以最为合理的方式对电动机进行全面控制。在储运装车系统中的应用也达到了应有的节能效果，提高生产效率、改变了传统调速系统，又保证了电动机的安全运行。

关键词：变频器，电动机，储运系统

1引言

随着变频器在工业控制领域内广泛的应用，变频电机的广泛使用也日益增多起来，由于变频电机在变频控制方面较工频电机的优越性，因此在电力、冶金、钢铁、石油、化工、造纸、食品、纺织等电机传动设备中得到了实际应用[1]。变频调速技术，顺应了工业自动化发展的要求，开创了一个崭新的智能电机时代。

变频器[2]是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换成另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交-直-交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机，达到调速节能的目的。在以后的发展中鉴于其良好的速度工艺控制及节能效果，已经成为石油化工企业中越来重要的自动化设备。

在老企业储运装车系统中由于没有加装变频器，只是运用泵的出口阀门调节装车流量的控制，装车流量变化大，致使装车冒罐事故的频繁发生，而且造成对机泵的损坏、能源损耗大等。由于考虑这一因素，加装变频器是以节能为目的利用变频器进行调速控制，并根据实际情况对装车流量进行实时控制，用来选择和保护电机的最佳运行状态，不仅操作方便、节省人力物力，而且节电效果显著，因此装车泵采用变频调速是降低其运行功耗的有效途径。

2变频器基本原理

交流电动机的同步转速[3]表达式：n=60f（1-s）/p；式中n为异步电动机的转速；f为异步电动机的频率；s为电动机转差率；p为电动机极对数；

由上式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速n，当频率f在0～50HZ的范围内变化时，电动机转速调节范围变得非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率对速度进行调节，也是一种高性能、高效率的调速手段。

3变频器的选择

（1）变频器类型的选择[4]

根据控制功能将通用变频器分为三种类型。普通功能型V/F控制变频器，具有转矩控制功能的高功能型V/F控制变频器，以及矢量控制高性能变频器。根据负载的要求来选择变频器的类型。

对于风机、泵类平方降转矩负载，通常选择普通功能型；

对于恒转矩负载，通常选用具有转矩控制功能的高功能型V/F控制变频器；

对于轧钢等一类对特性要求较高的生产机械，多采用矢量控制高性能变频器。

（2）变频器容量的选择[4]

由于在变频驱动系统中，正确的选择变频器容量很有必要。一般情况下，驱动一台电动机时，对于连续运转的变频器必须同时满足表（1）中所列的3项要求：

1）满足负载输出：kPm/μ≤变频器容量（KVA）；

2）满足电动机容量：k× ≤变频器容量（KVA）；

3）满足电动机电流：kIE≤变频器额定电流（A）；

注：Pm为负载要求的电动机输出，KM；VE为电动机额定电压，V；μ为电动机效率（通常约0.85）；IE为电动机额定电流，A；cosΦ为电动机功率因素（通常为0.75）；k为电流波形补偿系数。

4变频器在储运装车系统中的应用

随着人们对环境和节能降耗意识的不断增强，以及石油化工行业对降低油泵运行效率的要求的日益增强，储运系统航空煤油罐区加装一套变频装置PF700变频器，内操人员可以通过中控室内DCS操作系统对装车泵输出流量进行时时监测和控制，并根据实际情况对装车流量进行实时控制，用来选择和保护电动机的最佳运行状态，实践证明，此应用操作方便、节省人力物力，而且调速、节能的效果良好，克服了低频时的过热与振动的缺点。因此装车泵采用变频调速是降低其运行功耗的有效途径。

另外陆续给成品柴油罐区、中间原料罐区加装了多台变频器，调速方便，节能效果显著，节电50%以上，既减轻了工人的劳动强度，又实现了节电的40%以上的目标。

航空煤油罐区内加装变频器是以节能为目的利用变频器进行调速控制。对于储运罐区内泵类负载来说，其负载转矩通常与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如图1所示，当转速下降时，电机的负载转矩与功率速度下降。图2给出了电动机转速、与功率之间的关系。从图中可以看出，采用变频器调速控制与传统的电机控制相比，变频调速控制节能效果很好。

传统的电机控制系统是让电机做定速运动，利用电动机出口阀门大小来调节流量。现在采用变频器调速来控制电机降低速度使流量减小；当装车泵的压力高于设定值时，调节器输出增大，变频器控制电机升高速度使流量增加。装车过程中由于所需要的流量不同，则电机的转速不同，因而电机的输出功率不同。

储运装车控制系统方框图如图3所示，在构成的控制系统中，被控变量是装车泵的压力，电机转速成了控制变量，通过电机转速来控制流量，最終使装车泵的压力稳定在设定值上。变频器在自控系统中扮演了执行器的角色，调速不是根本目的，而压力的控制才是系统的目标。

5结语

通过上述分析，我们可以认为，变频器控制在储运装车系统的节能效果显著，但是必须考虑控制流量变化速率并设定最小流量，必须选择合适的参数（压差、压力、流量）作为控制参数。储运装车系统采用变频控制可以使电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，清除油泵在流量和扬程上的富裕量，其次来自于电机处于部分负荷状态运行时，减少所降低的油泵功耗。

参考文献：

[1]马丽琴、梁中华，胡庆，杨光达，李达斌，变频调速技术的现状展望[J]；沈阳工业大学学报；2001年S1期

[2]李正熙，《电力拖动自动控制系统（第二版）》.重庆大学出版社

[3]顾乐观，郑平，《现代电气控制技术》，2007，（04）.

[4]安荣，通用变频器及应用，机械工业出版社，2000.