1變頻調(diào)速的原理 1.1 變頻調(diào)速的定義　變頻(變頻器的應(yīng)用)調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。 1.2 變頻調(diào)速的原理n=60 f(1-s)/p式中：n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;f為工作電源頻率;s 為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率;p 為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 通過(guò)改變供電頻率 f、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) p 及轉(zhuǎn)差率 s 均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。從上述公式可見(jiàn)，若保持 p(極對(duì)數(shù))、S(轉(zhuǎn)差率)不變，平滑的改變電機(jī)的供電頻率，則電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=Kf(k 為比例系數(shù))，即可得到平滑的改變，這就是變頻調(diào)速的原理。 2變頻柜的概述 2.1 變頻柜的定義　所謂變頻柜，將變頻器及其他電氣元件放入柜體內(nèi)集成控制的一種變頻調(diào)速設(shè)備，其通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出電壓、電流和頻率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)流體(如水等)的壓力、流量、速度和轉(zhuǎn)矩等的控制。它的作用是對(duì)三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，減少電動(dòng)機(jī)非必要的耗電量，降低運(yùn)行成本。 2.2 變頻柜的構(gòu)成元件　主要部分是變頻器，附件還有電流表、電壓表、頻率表、按鈕、指示燈、斷路器、中間繼電器、電位器等，如果是一拖多(一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī))的柜子里面還應(yīng)該有延時(shí)繼電器、接觸器、熱繼電器等。 2.3 變頻柜的主要特點(diǎn) 2.3.1 高效節(jié)能由電機(jī)學(xué)公式：P 2 /P 1 =(n 2 /n 1)3，式中：n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速;p 為輸出功率。可知，系統(tǒng)電機(jī)功耗與電機(jī)轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，在壓力不變時(shí)，注水泵出水量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。 2.3.2 變頻柜主要起調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的作用，最大限度減少大功率注水泵對(duì)電網(wǎng)的沖擊和大副的壓降，避免啟動(dòng)時(shí)大電流沖擊電網(wǎng)。 2.4 變頻柜的主要功能 2.4.1 變頻柜的電源切換和保護(hù)功能　變頻柜通常設(shè)計(jì)有斷路器元件，它連接著進(jìn)線電源，可以幫助變頻柜完成電路的通斷操作，并能夠在電路和變頻器出現(xiàn)短路或過(guò)載時(shí)提供保護(hù)。此外變頻柜還可以在電機(jī)維護(hù)時(shí)切斷電源保證操作人員安全。 2.4.2 變頻柜的變頻調(diào)速功能　變頻柜的控制面板上設(shè)置有變頻調(diào)速用的電位器，可以根據(jù)設(shè)置的輸出頻率，向電機(jī)輸送指令信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻柜中的部分產(chǎn)品設(shè)置有工頻切換功能，以保證在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)自動(dòng)控制回路將電動(dòng)機(jī)切換回工頻電源。 2.4.3 變頻柜的直觀控制功能　變頻柜的柜體上設(shè)計(jì)有顯示設(shè)備與操作面板，它與變頻柜內(nèi)部的電器元件相連，可以直觀顯示變頻柜的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)方便操作人員控制變頻裝置的運(yùn)行，及對(duì)電機(jī)等被控制設(shè)備進(jìn)行操作。變頻柜的柜體上，還安裝有各種儀器儀表及指示燈，例如電壓表、電流表、頻率表，及電源指示燈、報(bào)警指示燈、運(yùn)行指示燈、工頻指示燈等。變頻柜的運(yùn)行及操作狀態(tài)，可以直接反應(yīng)在各項(xiàng)儀表及指示燈上，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 2.4.4 變頻柜的安全防護(hù)功能　變頻柜將各種包括變頻器在內(nèi)的各種電氣元件都集中在柜體內(nèi)，這樣可以減少外部環(huán)境對(duì)電氣元件的影響程度，降低電氣元件受外界因素的影響，也降低了操作人員的操作風(fēng)險(xiǎn)。 2.5 變頻柜的工作原理　供水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由壓力傳感器連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送至變頻柜，變頻柜將反饋回來(lái)的信號(hào)與設(shè)定壓力值進(jìn)行比較、運(yùn)算。 2.5.1 發(fā)現(xiàn)供水系統(tǒng)的實(shí)際壓力比操作人員設(shè)定壓力值低，變頻柜就會(huì)發(fā)出指令讓運(yùn)行的 1# 注水泵加速運(yùn)行，如果實(shí)際壓力比操作人員設(shè)定的壓力值設(shè)高，變頻柜則會(huì)發(fā)出指令讓運(yùn)行的 1# 注水泵減速運(yùn)行，當(dāng)供水系統(tǒng)管網(wǎng)的實(shí)際壓力與工作人員設(shè)定的壓力值相同時(shí)，就發(fā)出指令讓運(yùn)行的 1# 注水泵維持該運(yùn)行頻率; 2.5.2 變頻柜經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的比較、運(yùn)算后，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行的 1#注水泵達(dá)到了額定轉(zhuǎn)速(頻率)，管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定壓力，則變頻柜會(huì)將運(yùn)行的 1# 注水泵切換至工頻運(yùn)行，并變頻啟動(dòng) 2# 注水泵，如果還不行，就讓 2# 注水泵也轉(zhuǎn)入工頻繼續(xù)工作，同時(shí)變頻啟動(dòng) 3# 注水泵，如此循環(huán)，直至管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力為止; 2.5.3 變頻柜經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的比較、運(yùn)算后，發(fā)現(xiàn)管道壓力高于工作人員的設(shè)置壓力值，那么，變頻柜就會(huì)給 N(1芨N芨6)號(hào)注水泵下令，讓其減速運(yùn)行，如果管道壓力還是偏高，就會(huì)下達(dá)指令讓 N 號(hào)注水泵停止運(yùn)行，讓 N-1 號(hào)注水泵進(jìn)入變頻狀態(tài)工作，如此循環(huán)，直至管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力范圍內(nèi)。 3變頻柜應(yīng)用的可行性分析 3.1 原注水站工作方式　在過(guò)去，油田建廠時(shí)很多都建有注水站，根據(jù)流量大小和壓力高低的情況，均采用以閘板閥門(mén)控制的高壓注水方式。工藝要求，不允許長(zhǎng)時(shí)間小排量運(yùn)行，否則注水泵會(huì)因溫度升高而造成汽蝕和機(jī)件燒毀等問(wèn)題，被迫采用大回流方法降低溫升，這樣就造成電力大量消耗，給油田造成了大量能源損失，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。 3.2 變頻柜應(yīng)用的可行性 3.2.1 原有控制方式的啟動(dòng)、停止和調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)開(kāi)關(guān)需要人工操作，即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，且容易出現(xiàn)人為因素操作失誤，造成不必要的損失。采用變頻控制方式，其操作方便，無(wú)須手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)，極大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。 3.2.2 啟動(dòng)噪音低，啟動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)從低頻開(kāi)始緩慢加速，經(jīng)大約 20 秒后達(dá)到設(shè)定頻率，啟動(dòng)電流很小，減小了對(duì)電網(wǎng)沖擊，保護(hù)了設(shè)備，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，提高了電機(jī)效率，節(jié)約維修成本。 3.2.3 系統(tǒng)采用一拖一或一拖二控制方式，采用壓力變送器反饋電流信號(hào)(4―20mA)至變頻器中央處理器(CPU)，經(jīng) PID 控制組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。其輸出頻率大小由作用處理器控制，使電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)增加或降低;保持工作水壓恒定。這樣減小了電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率，提高了注水泵工作效率，節(jié)約了能源。 3.2.4 可以采用循環(huán)軟啟動(dòng)方式，當(dāng)系統(tǒng)投入一臺(tái)以上的注水泵時(shí)，總是將運(yùn)行中的注水泵切換到工頻，再變頻啟動(dòng)下一臺(tái)注水泵，即每臺(tái)注水泵都是由變頻器啟動(dòng)的，如此可降低電氣及機(jī)械沖擊。 3.2.5 可以用壓力閉環(huán)或流量閉環(huán)控制注水的壓力或流量，在注水泵工況改變時(shí)，變頻柜可以使注水泵自動(dòng)調(diào)節(jié)注水壓力或流量。此時(shí)，泵的出口閥門(mén)全開(kāi)，使泵的壓差減至為零。 3.2.6 可以實(shí)現(xiàn)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 總體而言，采用變頻調(diào)速的方式，注水泵既可大流量，也可小流量，既可高壓力，也可低壓力運(yùn)行。 4效益測(cè)算 通過(guò)變頻柜的使用，注水泵在滿足系統(tǒng)注水量的同時(shí)，有效提高了系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)單耗，節(jié)能效果明顯。根如每天的耗電量為 114.4kwh，一年變頻柜使用時(shí)間按 300d計(jì)算，一年節(jié)電量為：114.4×64%×300=21964.8k.目前電價(jià)按 1～/kWh 算，則一年可節(jié)電費(fèi)：21964.8×1=21964.8 元。 5結(jié)論 油田的注水系統(tǒng)非常多，通過(guò)使用變頻柜裝置，不但節(jié)約了電能，提高系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行程度，延長(zhǎng)填料的使用周期，減小設(shè)備的磨損;也可自動(dòng)根據(jù)需求量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，減少了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且注水泵的運(yùn)行參數(shù)得以改進(jìn)，系統(tǒng)效率大為提高，具有控制精度高，節(jié)能、高效等優(yōu)點(diǎn)。相信在不久的將來(lái)，變頻柜一定可以在油田的開(kāi)發(fā)建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。