1 變頻器節(jié)能原理

以往風(fēng)機(jī)、水泵的風(fēng)(流)量是通過擋板(閥門)來調(diào)節(jié)的，大量的能量被擋板和閥門白白浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前使用的風(fēng)機(jī)、水泵大約有25%~60%的能量是無謂消耗。根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵原理我們知道

2 設(shè)備基本情況與改造方案

某洗煤廠有185 kW的渣漿泵兩臺(tái)，采用軟起動(dòng)器起動(dòng)，長(zhǎng)期處于高速運(yùn)行狀態(tài)，電流280 A，能耗很大。因不能調(diào)節(jié)速度，渣漿水一直溢出沉降池，從回流

管道逆流到渣漿泵進(jìn)口處的儲(chǔ)液池，使渣漿泵長(zhǎng)期低效率工作，造成大量能源浪費(fèi)(見圖2)，為響應(yīng)國家建設(shè)節(jié)約型社會(huì)號(hào)召以及省發(fā)改委節(jié)能文件要求，決定對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，具體改造方案如下。

保留原有的軟起動(dòng)裝置，和變頻器一起控制電機(jī)，軟起動(dòng)作為工頻旁路備份使用，即當(dāng)變頻器有故障時(shí)，改為軟起動(dòng)運(yùn)行。

采用一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)渣漿泵的方式。具體改造辦法為：關(guān)閉回流閥，采用水位閉環(huán)控制方式，在池內(nèi)壁上安裝液位傳感器，利用變頻器的PID 調(diào)節(jié)功能，當(dāng)水位到達(dá)時(shí)，變頻器頻率下降，渣漿泵以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，水位越高，轉(zhuǎn)速越低;水位越低，轉(zhuǎn)速越高。

同時(shí)將水位信號(hào)傳送給控制柜，使操作人員能適時(shí)了解液位狀況。通過此控制保持渣漿池內(nèi)的循環(huán)基本不變。電機(jī)在空載或輕載運(yùn)行時(shí)，通過檢測(cè)負(fù)載電流，在原有的特性曲線的基礎(chǔ)上減小輸出電壓，達(dá)到節(jié)能的目的。

2.1 變頻控制原理圖

經(jīng)過調(diào)研分析，此渣漿泵變頻改造選用的變頻器為美國EMERSON公司的EV2000，變頻控制原理如圖3所示。

2.2 變頻器參數(shù)設(shè)置

變頻器參數(shù)設(shè)置如表1所列。表中F0 組為基本運(yùn)行參數(shù);F5 組為過程閉環(huán)

控制參數(shù);F7組為端子功能參數(shù)。

3 變頻調(diào)速的優(yōu)勢(shì)

1)電路板采用三層防護(hù)處理，具有防塵，抗潮，抗干擾等功效，針對(duì)洗煤廠的惡劣工作環(huán)境(高煤塵、高潮濕度，強(qiáng)干擾)，同時(shí)采用先進(jìn)的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了輸出側(cè)的電流諧波，提高了功率因數(shù)，解決了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，無需任何濾波或功率因數(shù)的補(bǔ)償裝置。

2)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停止，變頻器提供給電機(jī)的無諧波干擾的正弦波電流，峰值電流和峰值時(shí)間大為減少，可消除對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機(jī)絕緣，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)、水泵的使用壽命。同時(shí)，變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機(jī)、水泵處于共振點(diǎn)運(yùn)行的可能性，使風(fēng)機(jī)、水泵工作平穩(wěn)，軸承磨損減少，啟動(dòng)平滑，消除了機(jī)械的沖擊力，提高了設(shè)備的使用壽命。

3)變頻器自身保護(hù)功能完善，同原來繼電保護(hù)比較，保護(hù)功能更多，更靈敏，瞬間過流保護(hù)(超過200%額定電流峰值)10 μs，動(dòng)作有效過流保護(hù)(150%額定電流)3 s動(dòng)作，過載保護(hù)(120%額定電流)1 min動(dòng)作，大大加強(qiáng)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。

4)調(diào)速段內(nèi)的設(shè)備調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制由DCS完成與集控系統(tǒng)完美結(jié)合，通過RS485和RS232接口與集控系統(tǒng)通訊，并通過集控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控泵的工作情況。DCS負(fù)責(zé)采集模擬量、開關(guān)量等信號(hào)，變頻器輸出的模擬量、開關(guān)量信號(hào)全部進(jìn)入DCS系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)相關(guān)輔機(jī)聯(lián)鎖功能等。

5)采用變頻調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了擋板、閥門全開，減少了擋板、閥門節(jié)流損失，且能均勻調(diào)速，滿足調(diào)峰需要，節(jié)約了大量的電能，具有顯著的節(jié)電效果。

6)整機(jī)的運(yùn)行噪音改善明顯。采用液力耦合器時(shí)，無論是低速還是高速，由于電機(jī)均處于工頻運(yùn)行，整機(jī)的噪音達(dá)到90 dB左右，但是進(jìn)行變頻改造后，整機(jī)的運(yùn)行頻率下降至40 Hz左右，電機(jī)的運(yùn)行噪音明顯下降，低于80 dB，在低速運(yùn)行時(shí)基本上聽不到噪音，達(dá)到65 dB 以下，極大地改善了現(xiàn)場(chǎng)的噪音污染。

7)由于電機(jī)低速運(yùn)行以及工作在高效率區(qū)，電機(jī)的溫升和軸承溫升下降明顯。電機(jī)溫升由采用液力耦合器時(shí)的59℃下降至44℃，電機(jī)的前后軸承的溫度都相應(yīng)下降，延長(zhǎng)了電機(jī)系統(tǒng)的使用壽命。

8)低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機(jī)械部分的磨損和震動(dòng)，泵的維修周期延長(zhǎng)，節(jié)省了大量的檢修費(fèi)用。

9)日常維護(hù)保養(yǎng)工作量和費(fèi)用下降。采用液力耦合器估計(jì)每年的維護(hù)費(fèi)用在2萬元左右，采用變頻器后，這項(xiàng)費(fèi)用下降為數(shù)千元左右。

10)調(diào)速范圍寬。采用液力耦合器調(diào)速范圍具有相當(dāng)大的限制，采用變頻器后，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)速，系統(tǒng)調(diào)頻范圍0～50 Hz，增強(qiáng)了工藝調(diào)節(jié)能力。

4 系統(tǒng)其他配件

4.1 傳感器的選用及其性能

此系統(tǒng)中的液位傳感器選用西門子LR200系列。

SITRANS LR 200 是兩線制供電，利用的是先進(jìn)的5.8 GHz(北美是6.3 GHz)脈沖雷達(dá)技術(shù)的連續(xù)物位測(cè)量?jī)x表。此儀表由一個(gè)耦合天線的電子部件和過程連接組成，易于安裝，啟動(dòng)簡(jiǎn)單，既可以使用本地紅外手操器，也可以從遠(yuǎn)程使用SIMATIC1 PDM，通訊協(xié)議采用HART2協(xié)議。

SITRANS LR 200有兩種型號(hào)：

1)通常用途(無危險(xiǎn)的);

2)本質(zhì)安全(有適當(dāng)?shù)母綦x柵欄)。

有大范圍的過程連接和天線選項(xiàng)可以配合任何結(jié)構(gòu)的容器。

SITRANS LR 200 設(shè)計(jì)并應(yīng)用于液位測(cè)量時(shí)，應(yīng)包括：

1)儲(chǔ)存液體的容器;

2)有輕微震動(dòng)的過程容器;

3)液體;

4)泥漿。

本系統(tǒng)選用的LR200，用于監(jiān)測(cè)沉降池的水位的高低，通過水位的高低，反饋給變頻器，形成閉環(huán)控制，以達(dá)到保持水位恒定的目的。

根據(jù)系統(tǒng)要求，需要設(shè)置的參數(shù)：

1)選擇輔助讀數(shù)的語言選項(xiàng)或數(shù)值(P010)，初始值0;

2)選擇測(cè)量模式，即物位，指空間或者距離(P001)，1;

3)設(shè)置物位變化的響應(yīng)時(shí)間(P003)，2;

4)選測(cè)量單位(m，cm，mm，ft或in)(P005)，1;

5)選擇過程空液位(P006)，3.5 m(根據(jù)容器的大小高低來確定);

6)設(shè)置量程(P007)，3.06 m(根據(jù)要測(cè)量的高低來確定);

7)忽略物質(zhì)回波前的錯(cuò)誤回波，設(shè)置自動(dòng)虛假回波抑制距離(P838)，初始值;

8)自動(dòng)虛假回波抑制有效(P837)，初始值。

4.2 儀表的選用及其性能

儀表選用暉祥儀表HWXP 系列數(shù)字顯示控制儀，型號(hào)為HWXP-C803-01 和HWXP-C803-02 兩種儀表。HWXP-C803-01不帶壓力變送，只用于顯示變頻器的頻率;HWXP-C803-02帶壓力變送，用于顯示沉降池的液位。

5 節(jié)能分析

變頻改造后，平均運(yùn)行40~45Hz，電流由280A降到240A以下，節(jié)電按30%計(jì)算，每年節(jié)省電能為P=1.732UI×30%×20×30×12

=1.732×0.38×280×30%×20×30×12

=398 055

按0.6 元/kW·h 計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)約238 833元，一年內(nèi)即可收回投資。

6 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，變頻技術(shù)日益成熟，變頻器以其優(yōu)異的調(diào)速性能，顯著的節(jié)能效果，已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，變頻調(diào)速是電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。對(duì)洗煤廠渣漿泵進(jìn)行變頻調(diào)速改進(jìn)后的成功運(yùn)行及顯著的節(jié)能效益，證明變頻調(diào)速大有作為。