变频器在改造油水泵中的应用

变频器在改造油水泵中的应用

[摘要] 对总装车间油水泵的变频调速进行了简要的综述，详细说明了变频调速的原理、实施和重大作用，并强调说明变频调速已在我厂大功率油水泵中得到推广。

[序言]

变频调速已经在我厂升降电梯和机床简单数控系统中得到了较为广泛的应用，但由于大都是控制小功率的电机，数量少，因此所需费用低；大功率的电机（50KW以上）所配变频器在5年前费用都很高，大概一台在5万左右，因此我厂总装南北厂房辅机房内油水泵在建设时均未考虑变频调速方式。随着变频技术的快速发展（体积小、重量轻、价格低、性能稳定），我厂新建海水泵站和60米加长辅机房内大功率电机均采用了变频技术。 [初步尝试]

我厂在大功率变频器的尝试是从总装车间北厂房辅机房改造中开始的，为了适应我厂造8K90MC-C柴油机的要求，我厂对北厂房的辅机设备进行了改造。总装车间北辅机房的油水泵原来均采用手动调节旁通阀的形式来改变输出油水的压力 。由于采用手动调节，存在调压慢、调压不稳和不容易控制等缺点。对于操作者来说，操作起来很不方便，进而影响我厂船用柴油机的串水、串油等工作。对于辅机设备油水泵来说，启动时为全负荷运行，启动电流大，此时旁通阀全部打开，油水等输出介子大部分旁通回到了油水柜里面，少部分油水等输出介子串到了柴油机里面。从油水泵的利用率来说，很低。油水泵从启动到平稳工作浪费了不少电能，大部分油水在柜和泵之间打循环。变频调速就是改变这种工作方式，靠改变电机的工作频率从而改变电机的旋转速度，达到调节压力的目的，在变频器工作的过程中，旁通阀是完全关闭的。

这次总装车间北厂房辅机房改造中所采用的变频器是法国施耐德公司的ALTIVAR38，ALTIVAR61产品。施耐德公司的产品在我厂的使用是头一次，本着先试为主的原则，先在总装车间南厂房辅机房安装了2台55KW的变频器，用于控制2台汽缸水泵的调压。

总装车间南厂房辅机房采用的是ALTIVAR61的变频器，此变频器有中文界面，适合于普通中国操作者。运行变频器时需对变频器内部参数进行设置，从而使变频器内控制参数和所控制油水泵电机的参数一致。变频器内控制电机的参数包括标准电机频率、电机额定电压、额定电流、最大输出频率、电机热保护电流、加速时间、减速时间、电机转速、改变输出相序等一些设置。通过这些设置，在变频器工作时可以起到很好保护电机的目的。经过相序测试调整，变频器即可投入工作。通过近半年的试用，变频器未出现一次

故障，总装车间使用者反映良好。现在总装车间北厂房辅机房大功率油水泵均装上了变频器并已投入使用。 [变频调速的原理]

交流异步电动机的技术参数有电动机额定电压（U），额定电流（I），功率（W），频率（f），转速（n），转矩（M），电动机的极对数（p），转差率（s）。由转速公式：

n=120 f（1- s）/ p

由式可知，改变电源的频率f，电动机的转速n 与f成正比例变化。但是对于异步电动机，定子的反电动势为:

E=4.44 fwkφ

如果略去定子的阻抗压降，则端电压为：

U≈E=4.44 fwkφ

上式说明，在感应系数k为定值的情况下，若端电压不变，则随着频率f与相应的同步角速度w的升高，气隙磁通φ将减小。又从转矩公式：

M=CφI2COSφ

可以看出，φ值减小，电动机转子的感应电流I2相应减小，势必导致电动机的允许输出转矩M下降。因此，变频调速时，为了获得恒转矩输出，需同时改变定子端电压U以维持φ从而使M基本不变。可见，交流异步电动机变频调速的关键问题是要获得调频调压的交流电源。 [有关变频器选配的注意事项]

1）变频器的容量必须大于电动机功率，且变频器额定电流大于电动机额定电流，并保留10%~20%余量。

2）合理选择变频器型号。磁通矢量控制式变频器能在1HZ~ 基本频率内保持恒转矩。

3）恰当地设置转矩提升值，以利于缩短加减速时间，但是转矩提升值太大，启动电流限制功能将动作，反而延长加速时间。

4）在V/F控制方式下，因变频器有多条V/F曲线，必须根据负载要求选择最佳曲线。

5）合理选择变频范围。变频器变频范围0.5~400HZ，而一般选择变频器系统为5~200 HZ，因为低速运行（5HZ以下）将提高转矩，增加电动机电流，使电动机难以长期运行。 [变频改造的重大作用]

变频改造的重大作用主要在三个方面。 第一、系统调节的稳定性、快速性和方便性

与原来手动调节旁通阀相比，变频调速能保证稳定的输出功率；调节方式由原来搬动旁通阀改为旋转电位计；两个人的操作现在一个人就能完成，

节省了时间，节省了劳动力和劳动强度。 第二、现场的远程控制性和自动化

由于变频调速操作非常方便，可以采用在主机调试现场进行远程控制油水泵的起动和停止，并即使调节所需压力，也可把油水泵的输出压力信号转变为电信号从而实现自动控制。 第三、系统节能效果

当使用压力调节旁通阀调节出口流量时，入口阀处的流量为Q1，出口阀处的流量为Q2，压力调节旁通阀的回流流量为Q3，由此可知流过压力调节旁通阀的油水为电机浪费的能量。如果使用变频器输出时，则可关闭压力调节旁通阀，从而实现节能的效果。经现场测量，按同样输出压力为2Kg/cm2计算，使用压力调节旁通阀时电机工作电流是关闭压力调节旁通阀使用变频调速时电机的工作电流的一倍。可见节能效果非常明显。 [变频调速在我厂新建项目中的推广]

通过对我厂现有大功率辅机设备的变频调速，大大的降低了总装辅机房操作人员的劳动强度，也同时为工厂节约了大量的能源。目前，我厂海水泵站已实现了海水泵的变频调速和自动化管理。在新建60米加长厂房的电气系统中已大力推广了变频技术，在将来的新建项目中，变频调速将继续得到日益广泛的应用。

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