变频器在油田抽油机磕头机上的应用

第一篇：变频器在油田抽油机磕头机上的应用

变频器在油田抽油机磕头机上的应用

一．抽油机的工作原理及组成当抽油机工作时，驴头悬点上作用的负载是变化的。工作分为两个冲程，抽油机上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件下，电动机就要付出很大的能量，这时电动处于电动状态。在下冲程时，抽油机杆柱转拉动对电动机做功，使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时，上、下冲程的负载极度不均匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加它的断裂次数。为了消除这些缺点，一般在抽油机的游梁尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重，如图一所示。这样一来，在悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重，除了依靠抽油杆柱下落所释放的位能外，还要电动机付出部分能量。在上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油机的一个工作循环中，有一个电动运行状态和一个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

1—底座；2—支架；3—悬绳器；4—驴头；5—游梁； 6—横梁轴承座；7—横梁；8—连杆；9—曲柄销装置； 10—曲柄装置；11—减速器；12—刹车保险装置； 13—刹车装置；14—电动机；15—配电箱

二．抽油控制器的系统图及控制特点

系统组成由人机界面，三菱PLC，KV2000系列变频器，制动单元，制动电阻。在整个系统中PLC和变频器，触摸屏均通过RS-485进行串行通讯。

整个控制系统特点：

1． 可实现对抽油机的多种控制：空抽控制，定时启停控制，负荷超限停机控制,连喷带抽控制，启停的远程控制。

2． 自动记录抽油机工作过程,保存工作状态信息。自动判断抽油机工作是否正常,给出报警信息。

3． KV2000系列变频器对电机参数有自动调谐功能，可自动测出电机特性并自动设定其相关的参数。

4． 变频器提供多组信号输入方式，包括温度检测信号，模拟信号，数字信号输入，以及脉冲信号的输入，包括故障继电器报警输出。

5． 通过人机界面可实对变频器的监控功能：频率设定，频率改写，输出电压，电流等。对变频器的控制功能：运行，停机，故障复位等。

6． 高效节能，增产。变频器的控制程序是根据油田实际情况，它能自主判断抽油机运行的上下冲程，根据油井的实际情况，实时调节上下冲程的速度，达到实际抽油时，不更改每分钟的抽油次数，但增加每次抽油时的采油量，提高抽油机的产量。（作者：科姆龙电气）

第二篇：变频器在油田磕头机上的节能与能量

变频调速技术得益于其优异的节能特性和调速特性，在我国油田中得到广泛应用，中国产值能耗是世界上最高的国家之一。要解决产品能耗问题，除其它相关的技术问题需要改进外，变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施。

油田作为一个特殊行业，有其独特的背景，油田中变频器的应用主要集中在游梁式抽油机控制、电潜泵控制、注水井控制和油气集输控制等几个场合。游梁式抽油机俗称“磕头机”，是目前各个油田所普遍采用的抽油机，但是目前的抽油机 系统普遍存在着效率低、能耗大、冲程和冲次调节不方便等明显的缺点。具体怎么样应用可以参照SAJ变频器在游梁式抽油机上的应用。1.磕头机工作原理

当磕头机工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件 下，电动机就要付出很大的能量。在下冲程时，抽油机杆柱转而对电动机做功，使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时，上、下冲程的载荷极度不均 匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加它的断裂次数。为了消除这些缺点，一般在抽油机的游梁 尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重，如图1所示。这样一来，在悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重，除了依靠抽 油杆柱下落所释放的位能外，还要电动机付出部分能量。在上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了 电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油机的一个工作循环中，有两个电动机运行状态和两 个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

2.变频器在抽油机的控制问题主要体现在如下几个方面

一方面是再生能量的处理问题,游梁式抽油机运动为反复上下提升，一个冲程提升一次，其动力来自电动机带动的两个重量相当大的钢质滑块，当滑块 提升时，类似杠杆作用，将采油机杆送入井中；滑块下降时，采油杆提出带油至井口，由于电动机转速一定，滑块下降过程中，负荷减轻，电动机拖动产生的能量无法被负载吸引，势必会寻找能量消耗的渠道，导致电动机进入再生发电状态，将多余能量反馈到电网，引起主回路母线电压升高，势必会对整个电网产生冲击，导致 电网供电质量下降，功率因数降低的危险；频繁的高压冲击会损坏电动机，造成生产效率降低、维护量加大，极不利于抽油设备的节能降耗，给企业造成较大经济损失。

另一方面是冲击电流问题，如图二所示游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100％时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。因为，抽油载荷是每时每刻都在变 化的，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化，才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此，可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。对长庆油田几十口油井的调查显示，只有1～2口井的配重平衡较好，绝大部分抽油机的配重严重不平衡，其中有一半以上口井的配重偏小，另有几口井配重又偏 大，从而造成过大的冲击电流，冲击电流与工作电流之比最大可超过5倍，甚至超过额定电流的3倍。不仅无谓浪费掉大量的电能，而且严重威胁到设备的安全。同时也给采用变频器调速控制造成很大的困难：一般变频器的容量是按电动机的额定功率来选配的，过大的冲击电流会引起变频器的过载保护动作而不能正常工作。除上述两方面问题外，油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其独特的运行特点：在油井开采前期储油量大，供液足，为提高功效可采用工频运行，保证较高产油量；在中后期，由于石油储量减少，易造成供液不足，电动机若仍工频运行，势必浪费电能，造成不必要损耗，这时须考虑实际工作情况，适当降低电动机转速，减少冲程，有效提高充盈率。3.磕头机专用型变频器的特点

1)、配合井下状态，改变冲次，从而改变抽油的效率；

2)、柔性启动，把电机启动电流降低3-4倍，保护了电机和机械设备；

3)、可实现过压、过流、欠压、过载、短路等保护功能，确保电机稳定运行；

4)、最大力矩得到限制，断托的可能性大大减小；

5)、可以遥控抽油速度，不必更换机械设备；

6)、可方便实现远程集中监控，便于检测设备运行状况；

7)、理想的节能效果。4.磕头机专用型变频器节能

磕头机专用型变频器是磕头机专门设计的调速系统。磕头机专用型变频器一般采用了PWM结构，除原有逆变器外，另外加上一个逆变器，取代以前的磕头机变频改造方案中所采用的通用变频器外加能耗制动电阻和制动单元的方法，把电机发电状态产生的再生能量回馈电网，不但大大降低了变频器的故障率，而且获得了理想的节能效果。

5.抽油机的变频改造主要有3个方面好处

(1)大大提高了功率因数（可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上），大大减小了供电（视在电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可省去大量的“增容”开支.这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。

(2)以节能为第一目标的变频改造。这点较普遍，一方面，油田抽油机为克服大的起动转矩，采用的电动机远远大于实际所需功率，工作时电动机利用率一般为 20%～30%，最高不会超过50%，电动机常处于轻载状态，造成资源浪费。另一方面，抽油机工作情况的连续变化，取决于地底下的状态，若始终处于工频运行，也会造成电能浪费。为了节能，提高电动机工作效率，需进行变频改造。

(3)由于实现了真正的“软起动”，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率。以提高电网质量和节能为目的的变频改造。这种情况综合了上面两种改造的优点，是应用中的一个重要发展方向。

6.变频器加回馈单元控制，解决能量回馈问题

由于在变频器的直流上加制动电阻解决不了实际问题，因为制动电阻的散热解决不了，变频控制柜壳的散热都要解决何况发热的电阻，变频器发热。接通制动电阻的开关管的寿命会在频繁的长时间的开起过程中损坏。针对上述情况，为了回馈再生能量，提高效率，可以采用能量回馈装置，将再生能量回馈电网，当然这样一来，系统就更复杂，投资也就更高了。所谓能量回馈装置，其实就是一台有源逆变器。按采用的功率开关器件的不同又可以分为晶闸管（SCR）有源逆变器及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）逆变器两种，它们的共同特点是可以将变频器直流回路的电压反馈到电网，如下图4所示。加装能量回馈单元的变频器适用于交流50HZ，额定电压380V的异步电动机和永磁同步电动机，实现软起动，软停车和调速运行过程控制。具有起动电流小、速度平稳、性能可靠、对电网冲击小等优点，可实现上下速度任意调节和闭环控制运行；用户可根据油井的液位、压力确定抽油机的冲机、速度和产液 量，降耗节能，是高泵效；使设备减少磨损，延长使用寿命，高效节能低成本，实现在最大节能状态下的自动化运行。

四象限变频器技术控制 对于第一种情况和第二种情况，必须妥善的处理电动机发电状态产生的电能，必须将其反馈到电网，否则通过调节抽油机的冲程节省的电能可能不能抵消变频器制动单元消耗的电能，造成变频运行时反而耗能，与节能的目标背道而驰。为了解决这个问题，有必要对普通变频器进行改造，在结构上引入双PWM结构的变频器如下 图5所示，保证发电状态产生的电能回馈电网;在控制方法引入自适应控制以适应游梁式抽油机多变的工作环境。图5 四象限运行变频器主电路 4.3.1 四象限变频器工作原理 当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共 同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，这样就消除了二极管整流桥产生的6K±1谐波。功率因数高达99%。消除了对电网的谐波污染。此时能量从 电网经由整流回路和逆变回路流向电机，变频器工作在第

一、第三象限。当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，达到节能的效果。采用带有PWM控制整流器变频器具有四象限运行的功能，能满足各种位势负载的调速要求，可就电机的再生能量转化为电能送回电网，达到最大限度的节能的目 的。不仅如此，它还可减少电源的谐波污染，功率因数可接近于1，是一种真正的“绿色”变频器。

第三篇：变频器在提升机上的应用

河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务 矿井提升机的变频调速改造

一、概况

矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。某煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周，其两端分别挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来，同时把一列空车从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行，不会出现空行程，电机总是处于电动状态。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意如图1所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。提升机的基本参数是：电机功率55kW，卷筒直径1200mm，减速器减速比24︰1，最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。

目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动﹑调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。

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二、改造方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率（0~50Hz）范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如图2所示：

图2 矿井提升机变频调速方案

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三、方案实施

斜井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩檫力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限。在重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。另外，有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。

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提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正﹑反转个三挡速度。为适应操作工人这种操作方式，变频器采用多段速度设置，X1、X2设为正反转，X3、X4、X5可设挡速度。变频调速原理图如图3所示：

变频器的设置详请参见MC200T系列变频器用户手册。

四、提升机工作过程

提升机经过变频调速改造后，系统的工作过程阿盛大的变化。操纵杆控制电机无极调速。不管电机正转还是反转，都是从矿井中将煤拖到地面上来，电机工作在正转和反转电动状态，只有在满载拖车快接近井口时，需要减速并制动，提升机工作时序图如图4所示：

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图4 提升机工作时序图

图4中，提升机无论正转、反转其工作过程是相同的，都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等七个阶段。每提升一次运行的时间，与系统的运行速度，加速度及斜井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，运行的时间由操作工人根据现场的状况自定。图中各个阶段的工作情况说明如下：

（1）第一阶段0～ｔ1：串车车厢在井底工作面装满煤后，发一个联络信号给井口提升机操作工人，操作工人在回复一个信号到井底，然后开机提升。重车从井底开始上行，空车同时在井口车场位置开始下行。

（2）第二阶段 t1～t2：重车起动后，加速到变频器的频率为f2速度运行，中速运行的时间较短，只是一过渡段，加速时间内设备如果没有问题，立即再加速到正常运行速度。

（3）第三阶段 t2～t3：再加速段。

（4）第四阶段 t3～t4：重车以变频器频率为f3的最大速度稳定运行，一般，这段过程最长。（5）第五阶段 t4～t5：操作工人看到重车快到井口时立即减速，如减速时间设置较短时，变频器制动单元和制动电阻起作用，不致因减速过快跳闸。

（6）第六阶段 t5～t6：重车减速到低速以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定的位置停车。

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以上为人工操作程序，也可按PLC自动操作程序工作。图中加速和减速段的时间均在变频器上设置。

五、结语

绕线式电机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，消耗的转差功率越大。使用变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。另外，提升机变频调速后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。

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第四篇：通用变频器共直流母线在离心机上的应用

通用变频器共直流母线在离心机上的应用 变频器/共直流母线/离心机/能量回馈/节能

1引言

在化工企业电气传动中，离心机的变频传动应用非常普遍，由于工艺和驱动设备的各种原因，再生能量的现象经常发生，在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。直流共母线的原理是基于通用变频装置均采用交－直－交变频方式，当电机处于制动状态时，其制动能量反馈到直流侧，为了更好的处理反馈制动能量，人们采用了把各变频装置的直流侧连接起来的方式。譬如当一台变频器处于制动而另一台变频器处于加速状态，这样能量可以互补。本文提出了一种通用变频器在化工企业离心机中共直流母线的方案，并阐述了其在离心机上回馈单元的进一步应用。

目前直流共母线有多种方式：

（1）公用一个独立的整流器

该整流单元可以是不能逆变，也可以是可逆变的。前者能量通过外接制动电阻消耗掉，后者可以充分地将直流母线上的多余能量直接反馈到电网中来，具有更好的节能、环保意义，缺点是价格比前者要高。

（2）大变频单元接入电网

小变频器公用大变频器的直流母线，小变频器不需接入电网，故也不需要整流模块，大变频器外接制动电阻。

（3）每个变频单元各自接入电网

每个变频单元均带有整流、逆变回路并外接制动电阻，直流母线相互连接起来。这种情形多用于各变频单元功率接近的情况。解体后还可以独立使用，互不影响。本文介绍的直流共母线为第三种方式，相比前两种有很大优势：

● 共用直流母线可以大大减少制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠。

● 共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大，能减少电网的波动。

● 各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性。

● 各个变频器在电网中产生的不同次谐波干扰可以互相抵消，减少电网的谐波畸变率。

2改造前变频调速系统方案

2.1 离心机控制系统介绍

改造的离心机共12台、每台控制系统都是一样。变频器为艾默生EV2000系列22kW，恒转矩型，回馈单元皆为加能的IPC-PF-1S回馈制动单元，所有控制系统集中在一个配电室中。两台离心机共用一个GGD控制柜，限于篇幅只画出其中四台，其余八台与此类似。系统图如图1所示。

图1 改造前变频器及制动单元系统原理图

由图1可知，每一台变频器需要一台回馈制动单元，各自的控制系统完全独立。2.2 刹车时制动工作分析

当离心机刹车时，电动机将处于再生发电制动状态，系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升，此时电容的直流母线电压抬升，当升至680V时，制动单元开始工作，即回馈多余的电能到电网侧，此时单台变频器直流母线电压维持在680V(有的690V)以下，变频器不至于报过电压故障。单台时变频器制动单元刹车时的电流曲线如图2，刹车时间为3分钟，测试仪器为FLUKE 43B 单相电能质量分析仪，分析软件为《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。

图2 制动单元工作时的电流曲线

由此可见每次刹车时，制动单元必然工作，最大电流达27A。而制动单元的额定电流为45A。显然制动单元处于半载状态。3 改造后变频调速系统方案

3.1 共直流母线的处置方法

采用共用直流母线很重要的一点就是上电时必需充分考虑到变频器的控制、传动故障、负载特性和输入主回路维护等。该方案包括三相进线（坚持同一相位）、直流母线、通用变频器组、公共制动单元或能量回馈装置和一些附属元件。对于通用变频器而言，图3所示为在其中一种应用比较广泛的方案。选用第三种改造方案后的主电路系统图如图3，图3中空气开关Q1至Q4是每个变频器的进线保护装置，KM1至KM4为每台变频器的上电接触器。KMZ1至KMZ3为直流母线的并联接触器。1#、2#离心机共用一个制动单元，组成一组，3#、4#离心机共用一个制动单元，组成一组，当两组都正常时可以并接在一起。同时也是基于现场操作工人的工作时序，1#、2#离心机不同时刹车，3#、4#离心机不同时刹车。正常工作时一般为两台离心机1#、3#为一组，2#、4#为一组，四台离心机一般不会同时刹车。由于实际工作现场的复杂环境往往会导致电网的动摇并发生高次谐波。也可用于增加电源阻抗并协助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的电压尖峰，从而最终维护变频器的整流单元。每台变频器也可以使用进线电抗器来有效地防止这些因素对变频器的影响。本项目改造中由于原设备没有装进线电抗器，故并没有画出进线电抗器及其他谐波治理装置。

图3 改造后变频器及制动单元系统原理图

3.2 控制系统的方案

控制线路如图4，四台变频器上电后，每台变频器运行准备好后，设置变频器故障继电器输出端子的输出选项为“变频器运行准备好”，只有变频器上电，并且正常以后，才可以并接在一起，如任意一台有故障，直流母线接触器就不吸合。变频器故障继电器输出端子TA、TC为常开触点，上电后变频器“变频器运行准备好”，各变频器的TA、TC吸合，直流母线并联接触器依次吸合。否则接触器就断开。

图4 改造后的制动单元并联控制原理图

图5 改造后的制动单元工作电流监视图

3.3 该方案特点

（1）使用一个完整的变频器，而不是单纯的整流桥加多个逆变器方案。

（2)不需要有分离的整流桥、充电单元、电容组和逆变器。

（3）每一个变频器都可以单独从直流母线中分离进去而不影响其他系统。

（4）通过连锁接触器来控制变频器的DC共用母线的联络。

（5）连锁控制来保护挂在直流母线上的变频器的电容单元。

（6）所有挂在母线上的变频器必需使用同一个三相电源。

（7）变频器故障后快速地与DC母线断开以进一步缩小变频器故障范围。3.4 变频器主要参数设置

运行命令通道选择 F0.03=1 最高操作频率设定 F0.05=50 加速时间1设定 F0.10=300 减速时间1设定 F0.11=300 故障继电器输出选择 F7.12=15 AO1输出功能 F7.26=2 3.5 改造后的测试数据

停车时进线电压： 3PH 380VAC 母线电压： 530VDC 直流母线电压： 650V 当一台升速时，母线电压降低，此时另一台降速，直流母线电压在540~670V波动，制动单元在此时没有开启，制动单元一般工作的DC电压为680V如图5测试分析。

4节能分析

回馈制动单元相比电阻能耗制动本身就是一种节能的应用，可是要求每台变频器需要刹车时配用一台制动单元。必然要求有几台变频器就得配几台制动单元，而制动单元的价格和变频器价格相差不大，工作持续率却不是很高。共用直流母线变频器驱动在离心机上的广泛应用，较好的解决了当一个变频器升速，另一个变频器刹车时，均衡了“一个吃不饱、一个吃的吐”，的问题，该方案减少了制动单元的重复设置，降低了工作次数的，也减少了对电网的干扰次数，提高了电网的电能质量。在减少设备投入，增加设备使用率，节约设备、节能方面有特别重要的意义。

5结束语

通用变频器共用直流母线的广泛应用，较好的解决了电能消耗与电能回馈时间段不同步这个问题，对减少设备投入、降低电网干扰和提高设备利用率有特别重要的意义。

白献刚

夏乃学

贡俊鹏

熊彦梅

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第五篇：ABB变频器在煤气加压机上的应用

ABB变频器在煤气加压机上的应用

摘要：在煤气加压机控制系统中运用变频调速技术对其进行改造，从而实现煤气加压机运转的自动调节，控制煤气流量，年节电效益12.91万元.关键词：煤气加压机

变频器节能 一 概述

炼铁厂竖炉车间煤气加压系统有220kW加压风机两台，一用一备，煤气的恒压供给是保证竖炉系统正常工作的重要条件，一般情况下要求出口压力为20KPa，原系统采用液力耦合器调速，电机以额定转速运行。

液力耦合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电机能量并改变输出转速的，电动机通过液力耦合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力耦合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载，这样，可以通过控制工作腔内的油压来控制输出轴的力矩，达到控制负载的转速的目地。二 原系统工况及存在的问题

竖炉从投产以来，煤气加压机采用液力耦合器调速，存在诸多的问题如下:

1、电机直接启动时，冲击电流加大，影响电网的稳定性。

2、电机的效率低，损耗大，尤其低速运行时，效率极低。

3、采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速响应，同时这时候的电流较大。

4、液力耦合器的附件——水冷却系统，长期运行，维护跟不上，冷却管内的水垢越积越多，易堵塞，导致冷却效果差，最终油温过高。

5、特别是进口压力过低，通过液力耦合器调速后，出口压力要求在20KPa左右，那么就会出现油温过高，结果转速没法调节到指定范围内，出口压力还是低，造成常常减料，球团产量相应降低。

6、液力耦合器运行时间稍长，就会严重漏油，对环境污染大，地面也被油严重污蚀。

从以上运行情况分析：要提高电动机的工作效率、节约电能，为满足生产工艺的要求，需要对其进行改造。在风机电动机上装设变频调速装置，取代液力偶合器调速，要求变频器有高可靠性，长期运行无故障。三 变频改造方案

电动机采用变频调速后，电动机转轴与负载直接相连，但电动机不再由电网直接供电，而是由变频器供电，变频器通过改变电动机的供电频率来改变电机转速，因此可以实现相当宽的频率范围内无级调速，而且在全范围内具有优异的效率和功率因素特性。

采用变频调速后，异步电动机转速n=60f(1-s)/p，其中f 为变频器输出频率，s 为异步电动机转差率，p 为电动机极对数。由式可见，交流电动机的同步转速n与电源频率f成正比，所以改变电源频率就能改变电机转速，从而实现调速的目的。

可以根据工艺状况需要而调节变频器的输出频率，以满足工艺要求。当工艺状况需要时，让电动机高速运行以达到工艺要求；当工艺

状况允许时，使电动机低速运转节约电能。

另外，用变频器对风机进行改造不必对原系统进行大的改动。取消液力耦合器，以及液力耦合器的水冷却系统，电机前移。

1、实际应用设备参数

加压风机型号为JLM—250D，其性能如表1所示

表1 风机参数

2、电机型号为YB315M1-2，其性能如表2所示

表2 电机参数

3、根据风机和电机的配置选择变频器的容量 型号：ACS800-04P-0320-3＋P901 250KW 输入项目 U：3～380－415V I：501A f：48～ 63Hz

输出项目 U：3～uinput I：521A f：0～ 300Hz

4、变频改造方案：

在风机上装设变频系统，拆除液力耦合器（如图一）；保留原工频系统。

图1

风机变频改造示意图

5、变频器调试：

首先将电机的额定功率、电压、电流及工作频率输入变频器，并确认它们与变频器的额定数据相匹配，其次是选择控制方式，命令源，最后设置速度设定值，斜坡上升/下降时间等一些必要的参数。

6、变频调速与液力耦合器调速的其他性能比较

变频调速与液力耦合器调速除了节能方面的差别外，还在功率因素、起动性能、运行可靠性、运行维护、调节及控制特性、投资及回报等方面有较大差异。6、1功率因素

变频调速可以在很宽的转速范围内保持高功率因素运行（例如20%以上转速时功率因素大于0.95%），而液力耦合器低速运行时功率

因素低于电动机额定功率因素，如果在70%以下转速时，功率因素将低于0.7。采用液力耦合器如果需要提高功率因素，则需另加功率因素补偿装置。6、2 起动性能

采用变频调速时，如电动机保持额定转矩起动，电网输入起动电流小于电动机额定电流的10%，对于风机泵类负载，其起动电流更小。而且起动的全过程可控，起动点和爬坡时间可设置。而液力偶合器不能直接改善起动性能，起动电流达到额定电流的5-7倍，即使是绕线型转子，采取转子串电阻方法需改善起动性能，需增加起动装置，但起动电流仍将是额定电流的2倍以上，是变频起动的20倍以上。起动对电动机和电网的冲击相当大，对电动机来说，造成转子鼠笼断条和定子绕组开焊，据统计，约15%的电动机故障由直接起动引起。对于电网来说，直接起动造成电网电压短时下降，干扰其它设备运行。6、3 运行可靠性、运行维护

液力耦合器机械结构和管路系统复杂，要长期可靠运行，系统维护工作量增大，如果出现故障，无法直接定速运行，必须停机检修。低压变频装置电子线路比较复杂，但目前技术已趋成熟，尤其是单元串联多电平方式的低压变频装置具有单元自动切换和冗余运行特性，在单元故障时可不停机连续运行，可靠性得以保证，而且检修维护相当容易，只需定期更换进风滤网即可。6.4 调节及控制特性

液力耦合器依靠调节工作腔油量大小改变输出转速，因此响应

慢，可能跟不上控制的需要，而变频调速的频率改变速度相当快，完全可以以系统允许的最高速度进行调节。液力耦合器的速度调节精度较低，而变频调速属于数字式控制，其稳频精度达到0.1%以上，因此可以实现精确控制。四 节能情况分析

液力偶合器从电动机输出轴取得机械能，通过液力变送后送人负载，其间存在功率损耗；变频器从电网取得电能，通过电动机变送后送人负载，其间同样存在功率损耗。在转速范围内，两种调速方式的效率—转速曲线如下：

两种调速方式的效率—转速对比曲线

1、理论上计算节能效果：

220kW风机的风量从100%降低到70%，由于流量与转速一次方成正比，因此转速可以降低70%，而负载功率与转速的立方成正比，所以负载功率理论上降为34.3%。

采用变频调速，其效率按0.95计算，再考虑电动机效率0.85，管道系统效率0.95，则电网总输人功率约为：

220（34.3%/0.95/0.85/0.95）=220×44.71%=98.36kW 采用液力偶合器，其效率按0.665计算，再考虑电动机效率0.85，管道系统效率0.95，则电网总输人功率约为：

220（34.3%/0.665/0.85/0.95）=220×63.87%=140.51kW 二者之差为节约的电能，即：140.51-98.36=42.15kW，全年按330日计算，年节电: 42.15×330×24=333828度

2、实际测量节约电能比较：出口压力达到20KPa为标准 2、1 改造前实测数据 u1=380V；i1=140A；cosφ1=0.92 P1=1.732ui =1.7321×380×140×0.92= 84.78kw 每年耗电量（全年运行330天计）为：84.78×24×330=671458度 2、2 改造后实测数据

u2=380V ；i2=50－70A ；cosφ2=1 取个中间值 i2=60A P2=1.732ui =1.7321×380×60×1=39.5kw 每年耗电量（全年运行330天计）为：39.5×24×330=312840度 2、3 每年节省的电量： 671458－312840=358618度 节电率：358618÷671458=53.4% 每年节约电费（按0.36元/度计）：358618×0.36=12.91万元

3、节约循环新水比较

根据在水泵房的新水流量表的指示比较得知：(19-14.5)×24×330=35640吨

五 结束语

对煤气加压风机改造表明：采用变频器对风机进行节能改造具有结构简单、改造方便、节能效果明显、投资回收期短的特点；风机可软起软停、减少设备机械冲击、延长设备使用寿命、降低设备的维修费用；拖动系统应用变频调速技术，在大大节约电能的基础上，使长期轻载运行的引风机工作在低转速、低电压的状态下，这样就使电机发热少、温升低，延长了使用寿命。变频调速技术也提高了功率因数，使电网损耗减少，效率提高，同时降低了风机噪音，改善了生产环境。另外变频器自我检测、故障诊断、保护功能齐全，可有效地防止事故扩大化。

作者简介:王长林,男