服務(wù)熱線：188 5712 5713
在液體化工行業(yè)中，變頻器通常被應(yīng)用在低壓電機(jī)上，其目的主要是節(jié)能，而不是調(diào)速，因?yàn)橐后w化工行業(yè)的電機(jī)主要控制增壓泵和風(fēng)機(jī)，特別是增壓泵占液體化工行業(yè)低壓電機(jī)的909%以上，是液體化工行業(yè)用電量最大的部分。
使用變頻設(shè)備有兩個(gè)主要方面:
1、在用于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率負(fù)載情況下的速度控制，速度控制功能滿足控制要求。在這種情況下，在設(shè)計(jì)和選擇設(shè)備之初就考慮因?yàn)槭且詫?shí)現(xiàn)控制策略為目的，所以其選型與電機(jī)高度兼容，也有可行的案例和以往的經(jīng)驗(yàn)可供參考。
2、以節(jié)能為目的使用變頻設(shè)備近年來越來越流行，在液體化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。不僅是考慮用于新建設(shè)備的電機(jī)控制，在用的老生產(chǎn)設(shè)備也陸續(xù)進(jìn)行了改造，目的是節(jié)約重復(fù)使用電機(jī)的能耗。由于我國(guó)液體化工行業(yè)基數(shù)大，在用設(shè)備多為低壓電機(jī)，效率較低。
液體化工行業(yè)使用的泵對(duì)速度控制沒有特殊要求。從工業(yè)生產(chǎn)方面來說，現(xiàn)場(chǎng)泵的運(yùn)行速度與生產(chǎn)控制無關(guān)，而是用來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的。那么速度和節(jié)能有什么關(guān)系呢？這適用于控制模式，即U/F=常數(shù)的比例控制。從能量方面來說，這種控制方式使電機(jī)的電壓隨著頻率的降低而降低，從而使電機(jī)的功率變小，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
液體化工生產(chǎn)控制的經(jīng)典模式是電機(jī)帶動(dòng)增壓泵對(duì)被控流體加壓，液體通過管道中的調(diào)節(jié)閥控制流量和壓力，然后到達(dá)下一個(gè)生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的自動(dòng)化生產(chǎn)。
從流體力學(xué)的角度來看，液體流經(jīng)管道和閥門，尤其是調(diào)節(jié)閥時(shí)，需要克服流體的機(jī)械能。消耗的機(jī)械能占很大比重，電機(jī)消耗的能量浪費(fèi)在液體輸送過程中。從節(jié)能的角度來說，這方面還有提升的空間。
液體化工生產(chǎn)中的電機(jī)容量，在設(shè)計(jì)選型時(shí)是根據(jù)工藝的最大生產(chǎn)負(fù)荷來選擇的。在正常使用中，由于生產(chǎn)負(fù)荷和物料的變化，經(jīng)常出現(xiàn)大馬拉大車的現(xiàn)象，在液體輸送中消耗電能轉(zhuǎn)化成的液體機(jī)械能。這時(shí)，如果能降低電機(jī)的功率，甚至可以更換工藝管道中的調(diào)節(jié)閥，使泵出口的液流壓力剛好能滿足后續(xù)生產(chǎn)設(shè)備的要求，那么就可以節(jié)省很多不必要的功率損耗。
U/F=通用型設(shè)備的功能正好可以滿足這個(gè)條件，所以實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速液體化工能耗的匹配，所以被廣泛應(yīng)用于舊設(shè)備的節(jié)能改造。
用變頻器代替在線生產(chǎn)的控制調(diào)節(jié)閥，既能達(dá)到節(jié)能的目的，又能滿足生產(chǎn)控制的要求。因此，需要將變頻器+電機(jī)引入自動(dòng)控制策略的PID控制中。因此需要引入4-20mA控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)4-20mA信號(hào)與設(shè)備0-50HZ的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即4mAh設(shè)備輸出時(shí)控制信號(hào)的頻率為0Hz，20mAh設(shè)備輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率為50Hz，與傳統(tǒng)控制策略相同。
但是在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大的問題。
根據(jù)電機(jī)調(diào)速原理:頻率與速度成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比；根據(jù)流體力學(xué)原理:液體流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。
當(dāng)用VFD+電機(jī)代替調(diào)節(jié)閥時(shí)，管路中液體流動(dòng)返回的信號(hào)與頻率成線性對(duì)應(yīng)，但液體的壓力對(duì)應(yīng)的是頻率的平方，即頻率降低剛好滿足液體的流量控制，但液體壓力的降低大于流量的降低。
如果流量調(diào)節(jié)的減少幅度過大，那么壓力就會(huì)衰減太多，導(dǎo)致液體壓力達(dá)不到下游生產(chǎn)設(shè)備，造成增壓泵的真空被破壞，增加泵內(nèi)葉片間流體的磨損，損壞增壓泵，還會(huì)造成電機(jī)干磨無輸出，造成能量的極大浪費(fèi)。
比如10米高的建筑，自來水的壓力至少需要1kg才能到達(dá)頂樓。如果用VFD控制頂樓的自來水流量，如果頂樓沒有水或水很少，那么接收到的控制信號(hào)將接近4mA，導(dǎo)致輸出接近0Hz，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，這將使VFD的輸出接近0Hz
如果小于1kg，頂樓自來水管道沒有自來水。此時(shí)電機(jī)還在運(yùn)轉(zhuǎn)，浪費(fèi)電能，損壞泵的葉輪。這個(gè)時(shí)候控制VFD的流量是沒有意義的。只有當(dāng)變頻電機(jī)VFD的增壓泵出口壓力超過1kg時(shí)，才對(duì)自來水的流量控制產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的作用，所以變頻設(shè)備在一定區(qū)間內(nèi)將失去節(jié)能功能。
這種問題在工廠的石油生產(chǎn)設(shè)備的維護(hù)和修理中也有發(fā)現(xiàn)?？刂扑滓何坏某樗迷谏a(chǎn)中會(huì)不時(shí)出現(xiàn)抽不進(jìn)去的情況。水泵保養(yǎng)是否頻繁并不能排除故障。最后通過觀察、實(shí)驗(yàn)、分析，得出VFD輸出頻率低導(dǎo)致抽水泵真空損壞，引發(fā)故障的結(jié)論。通過設(shè)置下限輸出頻率和調(diào)整以對(duì)應(yīng)于4-20mA的輸出頻率范圍，解決了這個(gè)問題。后來工廠在用的低壓型號(hào)的輸出下限都設(shè)定好了。由于控制的泵的后續(xù)過程的垂直高度和管道不同，泵出口的最低壓力值也不同。
通過關(guān)閉泵出口達(dá)到設(shè)定壓力值，找到每臺(tái)泵的最低工作頻率，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備輸出的最佳頻率范圍。從現(xiàn)場(chǎng)使用來看，工廠的增壓泵VFD的工作頻率范圍基本在16-41HZ之間。
除了頻率范圍外，還應(yīng)該設(shè)置一些功能。對(duì)于涉及自動(dòng)控制的變頻器+電機(jī)泵，應(yīng)設(shè)置自動(dòng)重啟功能，使其電機(jī)在廠內(nèi)電壓波動(dòng)、晃動(dòng)后能自動(dòng)啟動(dòng)并盡快恢復(fù)生產(chǎn)。
如果變頻設(shè)備在廠內(nèi)使用較多，廠內(nèi)電網(wǎng)的諧波干擾，操作過電壓，雷雨天氣都容易燒毀設(shè)備。因此，安裝過電壓保護(hù)器是一種很好的保護(hù)措施。以上是變頻設(shè)備在使用中的理解，重點(diǎn)是應(yīng)用于加壓泵電機(jī)的VFD要根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝設(shè)定在合適的頻率范圍內(nèi)，否則輸出不起作用，對(duì)于生產(chǎn)、設(shè)備壽命、節(jié)能都是一個(gè)缺陷。
