廖寅升　孫立柱　江月新

【摘 要】高壓料漿泵作為化工企業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行對整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行影響重大。變頻器在交流拖動系統(tǒng)應(yīng)用中呈現(xiàn)優(yōu)良的控制性，可以實(shí)現(xiàn)軟起動和無級調(diào)速，進(jìn)行加減速控制，使電動機(jī)獲得高性能，而且具有顯著的節(jié)能效果。所以應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對化工料漿泵進(jìn)行控制研究，可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也具有節(jié)能作用。

【摘 要】高壓料漿泵；變頻調(diào)速；節(jié)能

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速已成為一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)。

三相異步電動機(jī)主要調(diào)速類型有調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速、變極對數(shù)調(diào)速、變頻調(diào)速等數(shù)種方法。其核心技術(shù)是變頻調(diào)速，即把直流電逆變成不同頻率的交流電，或者把交流電變成直流電再逆變成不同頻率的交流電。電動機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)點(diǎn)、改變工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、高效率、高功率因數(shù)、優(yōu)異的節(jié)電效果、廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最理想的調(diào)速方式[1]。

在化工企業(yè)水煤漿氣化裝置中的高壓料漿泵作為系統(tǒng)核心設(shè)備，工藝中不但要求其轉(zhuǎn)速控制精密高，同時(shí)又要保證其穩(wěn)定性，為此對高壓料漿泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制，本文變頻調(diào)速器使用ABB公司ACS800變頻器。

1 變頻器的基本組成和各部分作用

1.1 變頻器基本組成

交—直—交型變頻器的主電路框圖如圖1，主電路主要包括整流器、中間環(huán)節(jié)、逆變器三部分[2]。

1.2 各部分作用

1.2.1 整流器

整流器的作用是通過電力開關(guān)器件將電網(wǎng)供給的三相交流電整流成直流電。

1.2.2 中間環(huán)節(jié)

經(jīng)過整流器整流后的直流電壓或直流電流含有頻率為電源頻率6倍的波紋，如果未經(jīng)處理直接供給逆變器，則逆變后的交流電壓或電流波紋會很大，會給電機(jī)造成很大的傷害，因此必須對整流后的輸出進(jìn)行濾波，以減少電壓或者電流的波動。同時(shí)由于電機(jī)處于電動或者發(fā)電制動狀態(tài)，其功率引述不可能為0，在中間環(huán)節(jié)和發(fā)電機(jī)之間始終存在無功功率的交換，這種無功能量需要中間環(huán)節(jié)的儲能元件來（電容器和電抗器）來緩沖，所以中間環(huán)節(jié)的主要作用是濾波和能耗制動。

1.2.3 逆變器

逆變器的作用是通過電力開關(guān)器件把直流電壓或者電流逆變成三相交流電，通過有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)器件的通和斷，可以得到任意頻率三相交流電壓和電源。

1.2.4 控制電路

控制電路常由計(jì)算電路、檢測電路、控制信號的輸入和輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成，其主要作用是完成對逆變器開關(guān)的控制，對整流器的電壓控制及完成電路的各種保護(hù)功能等，控制方法可以采用模擬控制和數(shù)字控制等。現(xiàn)在普遍使用的高性能變頻器已經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)全數(shù)字控制，這樣可以在盡可能簡單的硬件電路基礎(chǔ)上，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制常可以完成模擬控制難以完成的功能。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓料漿泵控制原理圖如圖2所示。

系統(tǒng)主要由ABB變頻器、交流電源控制元器件及控制回路組成。其中，電源控制元器件包含電源空開和交流接觸器，由其控制變頻器的通斷電源，負(fù)責(zé)向變頻器提供電源。變頻器為高壓料漿泵實(shí)現(xiàn)變頻控制的基礎(chǔ)，由其實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的變頻控制?？刂苹芈分饕獙?shí)現(xiàn)對主電源的接觸器的控制、變頻器的控制及各種運(yùn)行指示等功能。

2.2 變頻器的控制原理及系統(tǒng)工作過程

本次實(shí)際的控制方式采用操作室及現(xiàn)場分地控制，變頻器自身配置的液晶面板僅僅提供查閱、設(shè)置相關(guān)參數(shù)之用，同時(shí)高壓料漿泵運(yùn)行信號、電流、頻率等信號引入DCS，使操作人員直觀的查閱到精確的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而計(jì)算料漿的流量。

本系統(tǒng)完成的是對一臺設(shè)備的拖動和保護(hù)作用，系統(tǒng)主要考慮工藝生產(chǎn)要求未引入工頻控制，僅僅運(yùn)行于變頻控制狀態(tài)下。系統(tǒng)運(yùn)行過程如下，由現(xiàn)場控制交流接觸器的通斷，為變頻器主回路送電；合上轉(zhuǎn)換開關(guān)SK后，變頻器啟動；最后通過控制在操作室內(nèi)的按鈕SB1和SB2即可控制變頻器的轉(zhuǎn)速。

2.3 變頻器應(yīng)用中的干擾及其抑制

變頻器就是將50Hz的工頻電通過整流和逆變轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)方向的交流電源。變頻器輸入部分為整流電路，輸出部分為逆變電路，這些都是由非線性元件組成的，在開斷過程中，其輸入端和輸出端都會產(chǎn)生高次諧波[3]。

為防止諧波干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾（下轉(zhuǎn)第20頁）（上接第8頁）措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制干擾，其總原則是抑制和消除干擾源、切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道、降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性。

具體措施在工程上可采用隔離、濾波、屏蔽、接地等方法。本次采用在變頻調(diào)速系統(tǒng)中加裝電抗器抑制諧波的方法（如圖3所示）。

同時(shí)，由于高壓料漿泵為往復(fù)式工作原理，因此導(dǎo)致其負(fù)載變化非常大，從而引起電機(jī)電流和變頻器直流母線變化波動也很大，嚴(yán)重的時(shí)候引起變頻器保護(hù)跳車，從而引起氣化水煤漿制氨裝置生產(chǎn)線停車，產(chǎn)生的影響和損失都比較大，因此，在變頻器直流母線上串接制動單元和制動電阻，抑制其直流母線電壓波動，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

根據(jù)長時(shí)間的運(yùn)行測試，并根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)比較，可以發(fā)現(xiàn)變頻器調(diào)速具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）高壓料漿泵啟動時(shí)，電流上升平穩(wěn)，不會產(chǎn)生沖擊電流，具有很好的軟啟動性能。

2）高壓料漿泵的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)在線可調(diào)，可以根據(jù)生產(chǎn)料漿的要求，動態(tài)的調(diào)整頻率。

3）變頻器可以提高功率因數(shù)，在測試時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)可以達(dá)到0.98，避免了增加無功補(bǔ)償，節(jié)約了一定的投資。

4）變頻器控制系統(tǒng)完善，一方面可以操作人員在操作室即可以調(diào)整變頻器頻率值，另一方面把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成4～20mA信號，對應(yīng)頻率0Hz～50Hz，轉(zhuǎn)速0～980r/min，可以在DCS上面隨時(shí)可以觀察到變頻器運(yùn)行狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。

5）由于工藝要求高，引入工藝連鎖跳車信號，接入ABB變頻器DI5與+24V端子，閉合狀態(tài)為正常開車狀態(tài)，斷開為工藝跳車，變頻器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)顯示為EXTERNAL FAULT（外部故障報(bào)警），這樣就可以迅速的判斷故障原因。

6）高壓料漿泵為37kW，對應(yīng)最高轉(zhuǎn)速為980轉(zhuǎn)，工藝生產(chǎn)正常大概需要在680轉(zhuǎn)，因此在運(yùn)行過程中具有節(jié)能效果，減少生產(chǎn)成本。

4 結(jié)束語

本化工高壓料漿泵變頻系統(tǒng)效果顯著。通過后期運(yùn)行觀察，裝置的穩(wěn)定性大大提高了，并且減少了設(shè)備的故障率和各種檢修的費(fèi)用，而且工藝人員的操作更加方便?？紤]到當(dāng)前的資源形式，變頻器必將對節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展帶來更深遠(yuǎn)的影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]肖鵬生，張文，王建輝.變頻器及其控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]鄭旭東，關(guān)鴻權(quán).吳赤兵.通用變頻器運(yùn)行過程中存在的問題及對策[J].石化技術(shù)，2001，8（4）.

[3]吳忠智，吳加林.變頻器應(yīng)用手冊[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]