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变频调速技术自控设计分析 　　摘要：从设计角度考虑，变频调速技术需电气专业与自控专业合作，在了解工艺对象特性基础上，共同完成设计。有些流量调节系统，利用变频器进行流量调节，大大节约了泵（压缩机）能耗，还省去控制阀，节省基建费用。本文从自控设计方面讨论变频器调速技术在自控方面的应用，以期能为需求者提供借鉴。 　　关键词：变频调速技术；自控设计；分析 　　中图分类号：S611文献标识码：A文章编号： 　　 　　随着变频器稳定性和精度的提高，在3000-5000kW间的大型风机和水泵上，变频调速取得了显著的节能效果。这种交流电机调速装置，调速性能优越，在某些合适流量调节系统中使用，可省去控制阀。 　　一、变频调速优越性 　　异步电动机旋转速度为：n=60f(1-s)/p (1) 　　式中：n为电动机转速；p为定子绕组极对数；f为供电电源频率；S为异步电机转差率。 　　变频调速器应用方便、可靠，在对旧设备改造、工艺条件改善、控制精度提高及自动化方面作用显著。其优越性为： 　　1、变频调速属高效调速。变频器直接控制电机转速，不存在电磁离合器似损耗，效率高达96%以上，在30%-90%的调速范围内应用。 　　2、平滑无级调速精度高，调速范围在30%-90%。 　　3、起动转矩大（达额定值1-1.1倍），低速启动所耗电流小，电机转矩脉动小，软起动且运行平稳； 　　4、安装容易、操作简单、调速方便； 　　5、可靠性高，过流、缺相、过压、短路等多种保护。 　　二、变频器节电原理和应用效果 　　驱动恒转矩负载特性生产机械，电机输入功率随转速下降成正次方比例下降。 　　目前，炼油、化工、医药企业大量采用叶轮式离心泵。离心泵流量控制常见于工业上，在石化工业中较为普遍。和其他实物样，正向节能和高效方向发展，不断提高经济效益。大多数石化、医药装置中，会普遍使用调速控制来代替控制阀。 　　离心泵调速控制主要是为了不同条件下，最大限度发挥设备效力，减少电能消耗，实现良好的经济效益。效益好坏很大程度上取决于实际运行工作点和泵设计工作点的差异。 　　 　　图1泵流量Q与扬程H及电机转速n关系曲线图 ???　(1)线：阀门开度为3/4时系统阻力曲线图； 　　(2)线：阀门开度为1/2时系统阻力曲线图； 　　(3)线：电机转速为n1时泵扬程曲线图； 　　(4)线：电机转速为n2时泵扬程曲线图。 　　图中，A点代表流量Q1在阀门开度3/4，电机转速为n1时，泵的稳定工作点；B点代表流量Q2在阀门开度1/2，电机转速为n1时，泵的稳定工作点；C点为调频后转速为n2，流量为Q2时，泵的稳定工作点。 　　从（1）式可知，电机转速与频率成正比，结合泵特性可得泵流量与转速成正比，压力（扬程）与转速平方成正比，电机消耗功率与转速三次方成正比。 　　Q1/Q2=K1(n1/n2)(2) 　　H1/H2=K2(n1/n2)2 (3) 　　W1/W2=K3(n1/n2)3 (4) 　　式中：Q1，Q2为（A，B）点流量；n1，n2为泵不同转速；H1，H2为扬程；W1，W2为功率。 　　若用阀门开度控制流量，如图１，流量由Q1减小到Q2，泵叶轮提供H2扬程，而该管路只需H3扬程，因此只能通过减小阀门开度来增大管路阻力，系统阻力曲线从(1)变为(2)，相应泵稳定工作点从A移至B，此时泵特性曲线不变。电机转速不变，消耗功率也基本不变。从图中OQ1AH1面积变为OQ2BH2可得，部分功率因阀门阻力而消耗。 　　使用变频调速技术，系统阻力曲线不变之下依泵叶轮转速变化调节流量。转速由n1降至n2时，流量由Q1降至Q2，泵扬程曲线由（3）变为（4），相应泵稳定工作点由A移至C，电机消耗功率为OQ2CH3区间面积，节省功率为CH3H2B，功率大幅度降低。由（2）、（3）、（4）公式可知，流量由100%下降至50%，电机转速也相应下降至50%，扬程下降到25%，电机功率下降至12.5%，节电87.5%。理论如此，实际还需考虑如果转速下降，扬程能否满足工艺要求和变频系统引起电机效率降低等因素。 　　以上分析可看出用变频器取代控制阀控制流量，在额定负荷30%-90%间使用，工作状态稳定，节电效果突出。 　　三、用变频器取代控制阀 　　流量调节系统会根据流量压力大小调节控制阀开度，实现流量压力恒定。采用变频器后，变频器输出频率可根据流量大小调节。 　　控制阀与工艺介质直接接触，如果蒸发器内介质是强腐蚀性物质，即使考虑阀门抗腐蚀性，但使用寿命仍不会很长。一次性投资较大，维修费用高，维修量大。 　　 　　表5 用变频器取代控制阀示意图 　　注：其中VSD代表变频设备 (Variable Speed Device)，SC表示变频设备(S