变频节能技术原理6范文
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导语：如何才能写好一篇变频节能技术原理6，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
随着环境污染的不断加剧，以及各类型资源要素缺乏现象的不断加剧，我国各行各业都逐渐提升了对节能环保问题的重视力度，并在此基础上接连实施了一系列的探索和实践。对于我国现存的电气应用设备而言，其基础性节能环保技术控制目标的顺利实现，主要依靠于照明应用设备的选取、供配电技术系统的设计建设，以及低压电气设备节能改造三个具体方面，扎实做好上述技术优化工作，能够对有效解决电气设备运行高能耗问题，发挥稳定充分的技术支持作用，有鉴于此，本文将会围绕变频节能技术在电气设备中的应用展开简要阐释。
1 电气设备节能技术活动的必要性
针对电气设备开展节能技术工作，不能单纯将其理解为降低电力能源的消耗规模，而是应当在充分结合多方面的主客观影响因素基础上，具体组织开展能源要素使用效能状态分析，从而切实满足我国现代企业组织对经济效益要素和社会效益要素的追求、电气设备节能技术活动在具体的实践过程中本身同时涉及到多个方面，但是节能技术效果表现最为显著的方面，却始终是对电能的节约，在我国基层民众的社会会生产生活实践过程中，具备较为充分的实践应用价值。在这一技术实践背景之下，切实做好针对我国现有电气设备的节能技术工作，对于有效缓解和改善我国现存的电力能源供应紧张问题，提升我国企业在基础性生产经营实践过程中的综合性经济效益获取水平，具备不容忽视的重要意义。
2 变频节能技术的基本原理
已有研究资料显示，变频节能技术在我国电气设备领域的引入运用，目前主要集中表现于煤矿开采生产技术领域，因而，本文中针对变频节能技术基本原理应用问题展开的分析，将在结合我国煤矿开展生产领域基本技术发展状况前提下，具体加以实施。
在我国现有的煤矿开采生产技术领域之中，电气设备最为主要的技术使用特点，是需要在较长的时间中保持高速运行技术状态，客观上给煤矿开采生产技术领域的主要机械设备，均提出了较高水平的技术要求，因此在煤矿开采生产技g活动的具体组织开展过程中，为切实保障相关技术设备在维持充足运行动力条件下，避免电力能源过度消耗，就应当针对现有的煤矿开采生产设备，组织实施程度恰当的变频节能技术改造。
电气设备变频节能技术的基本原理，就是运用恰当类型的半导体技术元件，针对电气应用设备实际运行过程中产生的工频电流信号展开适当程度的转化处理，确保其在初步转化成为其他类型的频率技术信号条件下，将其间接转化为直流电技术信号形式。在上述处理环节基础上，还要运用逆变器技术组件对电压参数，以及电流参数发挥的技术控制作用，完成对煤矿开采生产应用设备的运行技术状态控制，最终实现针对电气设备的调速技术目标。简而言之，变频节能技术的实质，就是要通过改变电流参数的频率水平，对机械设备的运行转速展开控制，从而确保相关电气设备能够稳定维持节能运转技术状态。
我国煤炭资源储备数量相对丰富，但是伴随着我国煤炭资源开采生产时间的不断延长，可开采煤炭储量资源的不断减少，使得我国煤炭开采企业实际面对的市场经营竞争趋势不断加剧，引起了相关企业经营者和管理者的持续密切关注。
从整体性视角展开分析，煤炭企业想要切实在竞争日趋激烈的现实市场环境中实现长期稳定生存状态，必须采取恰当有效的技术控制与干预措施，有效降低其在实际生产经营业务实践过程中的成本支出规模，而降低基础生产技术活动过程中的能耗水平，是切实实现上述经营业务控制目标的基本条件。对于我国现有的煤炭生产企业而言，其在日常生产经营过程中发生的能源消耗成本，主要集中取决于用电量和用水量两个基本要素，而且有约占总数70.00%以上的用电消耗，都是发生在电气技术设备之中，因而切实做好针对煤矿开采企业电气设备的变频节能技术改良工作，具备极其深远的现实影响意义。
3 变频节能技术在煤矿电气设备中的应用
现阶段，变频节能技术在我国氮气设备领域的应用，集中展现在煤矿生产设备领域，因而本文将选取部分设备类型，针对变频节能技术在电气设备中的应用，展开简要分析。
3.1 变频节能设备在煤矿提升机设备中的应用
提升机是设备是现代煤矿生产过程中的基础性应用设备，切实保障提升设备的良好稳定运行状态，既能够有效提升煤矿生产活动的技术效率，又能够充分保障煤矿生产技术工人的生命安全，应当引起广泛关切。
传统煤矿提升机电气设备中安装应用的电动机设备转子电路结构，尽管也能实现针对煤矿生产应用设备的调速技术控制过程，但是其在具体执行相关技术应用环节过程中，不仅会导致设备运行过程中的电能消耗规模显著增加，同时还会导致设备运行过程中的安全技术风险水平显著提升。而在针对煤矿提升机设备实施变频节能技术改造过程中，具体选取和运用了交流四象变频调速技术系统，充分实现了针对矿山提升机设备的数字信息化运行装填控制目标，在远程性运行技术状态控制组件的具体应用背景下，充分保障了煤矿生产作业人员的生命安全，以及物资运输活动的高效有序开展。
3.2 变频节能技术在采煤机设备中的应用
煤矿采煤机设备中的变节能技术时至今日已经进入了成熟发展阶段，并且能够确保在采煤机设备额定转速运行技术条件下，充分实现转矩调速和转矩平衡的技术控制目标。
从我国现有煤矿生产技术活动的具体组织开展过程角度展开分析，变频节能技术在煤矿开采机设备中的应用，能够借由对四象限变频器技术组件的运用，牵引采煤机设备针对大倾角的工作面结构完成生产技术作业过程，同时还能够借由对制动力矩的调整确保设备在实际运行过程中的牵引速度参数不会发生改变，在此基础上，煤矿采煤机设备在具体的技术运行过程中，通常也不会发生其他类型的不良技术性能改变现象，展现出技术操作过程简洁方便、设备运行技术状态控制较为灵活，以及稳定可靠等技术应用优势。
4 结束语
针对变频节能技术在电气设备中的应用问题，本文选取电气设备节能技术活动的必要性、变频节能技术的基本原理，以及变频节能技术在煤矿电气设备中的应用三个具体方面展开了简要的论述分析，旨意为相关领域的研究人员提供借鉴。
参考文献
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[5]王强.基于变频节能技术在煤矿机电设备中的应用[J].机械管理开发，2015，03：66-67+87.
篇2
关键词： 模糊控制； 变频； 节能； 污水处理； 自动控制
中图分类号： TN081?34； TU398 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）07?0135?04
Application of variable?frequency speed regulation and energy?saving technology
based on fuzzy control in sewage treatment
LIU Guitao1， ZHANG Tianfan2， LI Zhe1
（1. School of Computer and Information Science， Hubei Engineering University， Xiaogan 432000， China；
2. School of Automation， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710072， China）
Abstract： The three?level inverter′s variable?frequency speed regulation and energy?saving technology based on fuzzy control applied to the sewage treatment plant is proposed. The variable?frequency speed regulation system to control the high?power water pump in the sewage treatment plant is studied. The fuzzy controller with two inputs and single output is adopted in the system to control the frequency converter. The effective control of the high?power motor was realized， which can significantly improve the energy?saving effect of the high?power motor in the sewage treatment， and has great importance to reduce the energy consumption and cost of the sewage treatment.
Keywords： fuzzy control； frequency conversion； energy saving； sewage treatment； automatic control
0 引 言
在污水处理厂中，污水处理的工艺主流程如提升泵房、曝气池生化处理、污泥消化及污泥脱水、加药处理等都需要大功率电机来驱动，每天需要消耗大量电能[1]，因而在其运行中需要较高的运行费用。在目前运行的城市污水处理中，电耗一般会占到直接运营成本（包括电耗、药耗、大修维护费、污泥运输费、人员工资、管理费）的50%左右[2]，因此如何有效地降低运行电耗对污水处理厂的运行具有重要意义。近年来，随着变频调速节能技术的日益成熟，变频调速节能技术越来越广泛地应用于污水处理厂中，节电效果非常显著[3]。本文以宜昌市花艳污水处理厂为例，提出基于模糊控制的三电平逆变器变频调速节能技术[4]，研究了这种变频节能技术对降低电机能耗，提高电机效率的意义。
1 污水处理厂自动控制系统概述
宜昌市花艳污水处理厂的控制系统基本结构如图1所示。其主要由PLC组成的反馈控制器进行串联，实现多级串联的反馈控制系统，其中通过PLC控制器实现对各个部门的处理工艺进行控制。从图1中可以看出，大部分控制信号作用在一些大功率的电机设备上，如污水提升泵、加药泵、污泥泵、循环泵等。在整个污水处理厂自动控制系统中，其实质是通过各路采集到的反馈信号实现对各种驱动电机的调节，控制整个污水处理过程[5]。
目前，污水处理厂中的电机控制大多采用PID调节控制技术，效果不理想。污水处理厂中的电机控制采用基于模糊控制的三电平逆变器变频调速节能技术，这种控制技术相对于PID控制技术，其优点是超调量和振荡小、调节时间短、稳定性好、抗干扰能力强[6]，其变频调速节能技术可以根据各路采集到的反馈信号实现闭环自动控制。
2 三电平逆变器供电的异步电机变频控制系统
实现变频技术在污水处理中的应用，其关键就是构建基于逆变器供电的异步电机控制系统。三电平逆变器在对污水处理厂中的大功率电机进行控制时，具备中点电位浮动的功能，而且三电平逆变器不仅能够为电机提供电压源，同时还可以受电机控制，是一个受控电压源，因而可以较好地构建异步电机控制系统，其控制原理结构如图2所示。
其输出电压可以表示为：
[vANvBNvCN=132-1-1-12-1-1-12sapvdc-saovc2sbpvdc-sbovc2scpvdc-scovc2] （1）
式中：[sij]表示各相桥臂的开关状态，其中1表示通，0表示断，[vij]表示各相桥臂间的电压。
同时，其各相桥臂的电流模型可以采用以下方程进行描述[7]：
[ipioin=sapsbpscpsaosboscosansbnscniaibic] （2）
式中：[ii]表示各个相桥臂点的回路电流大小。
根据电流电压模型，进一步推导可以得到整个异步电机的电流方程如下：
[LpI=VpI=-L-1RI+L-1V] （3）
式中：[L]为电机的各相感系数；[R]为电机的各相电阻系数。
通过上述方程可以构建出整个三电平逆变器供电的异步电机调速系统理论模型。
基于上述理论模型，结合实际污水处理的相关电机控制，考虑到在三相静止坐标系中，这些理论模型参数实际上会受到转子夹角和转速变化的影响，若直接采用这些理论模型构建整个污水处理电机控制系统，则无法表达出电机运行状态的变化过程，达不到实际控制的效果和目的，为了更好地对电机进行控制，提高电机控制效率，通过坐标变换的方法对其进行解耦 [8]，可得到解耦控制模型如下：
式中：[σ=1-L2mLsLr；KP，KI]分别为比例系数和积分常数。
基于上述改进的解耦方法和前面对三电平逆变器的电机控制原理及模型分析，可以构建如图3所示的三电平逆变矢量控制系统，作为污水处理厂中大功率电机的变频控制调节器。
3 基于模糊控制的三电平逆变器变频调速
控制方法
3.1 三电平逆变器变频调速的谐波消除
根据三电平变频调速技术原理可知，在三电平逆变器变频调速的过程中，其工作电压通常较高，逆变器的输出电压跳变幅度也非常大，同时根据前面对污水处理自动控制系统原理的分析可知，污水处理的实质就是一个闭环的反馈系统，在处理过程中需要不断的通过调节电机的转速实现对各种泵的控制[9]，这将导致产生很大的[dudt，]当开关频率低时，其电流的谐波畸变影响也非常大，因此，在整个三电平逆变器变频调速系统中，要采取相应的方法对三电平调制过程中的谐波进行消除，降低谐波影响。针对谐波影响，从三电平的SVPWM调制空间矢量选择上进行处理[10]，三种调制模式实现原理如图4所示。
要消除谐波影响，可以按照空间矢量NTV法则进行合成，其实质就是要对三种调制模式进行简单的调制[9]，选取三角形[A]的三个顶点作为参考矢量，按照如下顺序进行调制选取：
这样就可以有效地避免第I扇区在调制过程中产生较大的谐波影响，同理，在第IV扇区采用以下电压矢量作用顺序，也可以有效地抵制其谐波的影响。
基于上述选取原则，得到一个开关周期内的矢量分配如图5所示。
基于上述方法，在最后的调制输出过程中，就可以有效地避免谐波分量带来的影响，降低谐波输出功率，进而使得在电机的调制过程中更加平稳，稳定性更强，同时能源利用效率更高。
3.2 基于模糊控制的三电平逆变器中点电位平衡方法
根据前面对三电平逆变器控制原理的分析可知，当三电平逆变器直流侧的两个电容电压不相等时，开关器件承受的电压将是母线直流电压的2倍以上，极大地增加了三电平逆变器控制系统中开关的电压应力，同时输出电压谐波的含量也会增大，在变频器的负载发生变化时，特别是在电机的调控过程中都会造成直流侧的电容电压失衡。
基于模糊控制的三电平逆变器中点电位平衡方法可以有效地解决该问题，该方法通过检测电容电压和负载电流方向，采用模糊控制器对矢量的作用时间进行调整，通过调节基本电压矢量中正负矢量的作用时间，快速实现电容电压平衡，进而达到更好的调控效果。同时采用开关变量表示三电平逆变器各个桥臂的开关状态，将逆变器的功率开关用单刀三掷开关进行替换，这样便能实现任何时刻触点都只有一种连接状态，即有以下数学模型成立：
[Sij=1] （5）
式中：[Sij]表示开关状态；[i=a，b，c；j=P，O，N。]同时可以采用如下数学模型对直流母线的电容电压进行描述：
[VC1=1C10tiC1dτ+VC10VC2=1C20tiC2dτ+VC20] （6）
式中：[iC1]表示[C1]上的电流大小；[iC2]表示[C2]上的电流大小；[VC10]与[VC20]表示电容电压的初始电压。假设在开始工作时两个电容电压相等，那么可以进一步得到：
[VC10=VC20=Vdc2] （7）
进一步可以得到：
[iC1=iC2=io2] （8）
[VC1=12C0tiodτ+Vdc2VC2=12C0tiodτ+Vdc2] （9）
结合三电平逆变器电机控制模型分析可以看出，中点电位不平衡主要是由于电容充电和放电的影响，其中中点电位的波动和电流的关系如下：
[Δv=ioC] （10）
式中：[C]为电容容量；[io]为中点电流。
在电容容量有限的时候，如果想要减少其充放电时间，就需要在具体的控制中使得中点电流保持最小，然而，由于在零矢量和大矢量的情况下中点电流是不受影响的，而在中矢量的过程中，电流的影响是不可控量，所以在方法设计过程中，想要保证整个中点平衡，就只需要考虑中点电位平衡。
基于上述分析，控制过程中可以使用模糊控制实现对中点电位的控制，其控制系统结构如图6所示。
4 实验仿真测试
为了验证基于模糊控制的三电平逆变器电机调速方法的正确性和可靠性，利用Matlab 13仿真软件，采用Simulink库搭建具体的实验仿真平台，对中点电位输出波形进行仿真测试。
一般控制方法中点电位输出波形结果如图7所示。
基于模糊控制的三电平逆变器电机调速系统的中点电位仿真输出波形如图8所示。
通过上述对比分析可以看出，采用模糊控制的三电平逆变器明显地改善了中点电位的输出，其输出更加平稳可靠，波动性更小。表明采用模糊控制策略后有效地改善了其控制性能，提高了整个调速控制的效率，并降低了谐波能耗。
系统中点电位仿真输出波形
5 结 语
通过上面的研究证明，在污水处理厂中应用基于模糊控制的三电平逆变器变频控制系统对大功率水泵进行调节，不仅可以通过模糊控制策略很好地实现三电平变频控制器的中点电位平衡，使得输出更加稳定可靠，同时还可以有效地降低控制过程中的谐波能耗，提高其能量利用效率。
参考文献
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篇3
[关键词]电机；变频控制；节能技术
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0194-01
社会经济和科学技术的快速发展，在推动社会主义现代化建设的同时，也对电力能源的提供提出了更高的要求，尤其是各种电机设备的节能控制。在构建资源节约型和环境友好型社会的今天，加强对电机变频控制节能技术与应用问题的研究，具有至关重要的现实意义。
一、电机变频控制的基本原理和特点
变频电机是变频器驱动电机的统称，它采用由变频感应电动机和变频器组成的控制系统，提高机械自动化程度和生产效率。以交流电机为例，其同步转速可用下式表示：
n1=60f/p （1）
式（1） 中：n1表示同步转速；f表示电源频率，50 H z；p为电机磁极对数。
电机转差率用公式表示为：
s=（ n1一n）/n1 （2）
式（2） 中：s为电机转差率；n为电机转速
由式 （1） 和式 （2） 可以推得：n= 60f（ 1-s）/p （3）
图1所示为电机变频控制原理。通过电机变频器输出的不同频率，可以对交流电机进行调速。变频调速的主要特点是通过变频器改变输出频率和输出电压，最终达到对转动负载的精确定量。除此之外 ，变频电机还具有以下一些特点：①具备软启动和停止功能 ；②采用电磁设计，增加了电机电感 ，从而减少定子和转子的阻值 ；③满足反复的启制动切换 ，能够平滑无极调速，保护功能完善 ，减少设备维修 ；④节约电能.
二、电机变频控制节能性分析
由上述交流电机调速公式（3） 可知，只要改变电源输入频率就可以使电机平稳变速。而在大型变频设备中，在效率不变的情况下通过改变电源输入频率和输入电压，根据负载要求达到改变输出功率的目的。对于风机类负载，可以借助流体力学进行耗能分析，风量是转速的一次函数，风压是转速的二次函数，轴功率是转速的三次函数，可以用以下三个公式表示。
Q=k1n （4）
式（4）中：Q为风机风量；k1为风量系数
H= k2n2 （5）
式（5）中：H为风机风压；k2为风压系数
P= k3n3 （6）
式（6）中：P为轴功率；k3为轴功率系数
仍以风机为例，随着输入流量的减少，电机做减速运动，功率也会按电机速度的三次方减少。假设输入流量下降比为 80%，相 应的转速也会降为原来80%，此时轴功率下降51%.另外，当转速下降时，电机效率也会相应下降，这时由控制装置等带来的损耗比例也会增加。图2所示为风机变频控制节能效果。节能原理当系统风流量从Q 1下降到 Q2时，如果调节通风量，则系统阻力变大，系统工作点从A变到B，轴功率 P2与BH2，Q20组成的矩形面积成正比；如果使用电机变频技术，风机速度由n1变到n2，风压急剧下降到H3，功率P3 （CH3与Q20所组成矩形面积） 明显缩小，降低的功率可表示为， P= P2 H×Q2.它BH2，CH3组成的矩形面积成正比。泵类负载曲线与此相同。通过大量统计得出，风机水泵类电机调速控制可以节约大约30%的电能。
在传统的电机拖动中，当电机拖动的负载发生变化时，一般通过调节通电时间占空比来进行调速。这样的调节虽然很简单，但是电机会不断地启动、制动，而在启动和制动过程中电机的耗能很大。如果采用变频技术来对电机进行调速，电机转速不但能平滑过渡， 而且节能效果也能在很大程度上得到提高。
三、电机变频控制技术的发展过程与应用
在最初的时候我国的电机频率都是固定的，电机只能固定的输出一种功率，一个电压。所以说当时的电机在工作的时候输出的驱动频率是完全不变的。但是往往负载所需要的驱动频率却是在不断变化的，为了能够满足负载所需要的驱动频率，电机的额定驱动频率一般都是大于负载所需要的驱动频率的。这样做虽然能够保证电机提供足够的驱动频率，保证电机的正常运作，但是其中有很大一部分的驱动频率都会被浪费掉，这就造成了大量的电力能源被浪费，不能得到有效的利用，完全不符合我国可持续发展的战略要求。为了达到节约电力，使电力得到充分利用的要求，电机变频控制技术被开发了出来，电机变频控制技术能够根据负载所需要的驱动频率来改变电机输出的功率和电压，保证不会有多余的驱动被浪费，很好的提高了电能的利用率，完全符合我国节能减排的要求。随着我国对节能减排的要求越来越高，对于变频节能控制系统的开发和研究也不断的完善，并且得到了更好的推广，在越来越多的地方被应用。
1.电机变频技术的发展过程
现在的电机变频系统大都采用恒 v/F控制系统，这个变频控制系统的特点是结构简单、制作便宜。这个系统被广泛应用在风机等大型的并且对于变频系统的动态性能要求不是很高的地方。这个系统是一种典型的开环控制系统，这个系统能够满足大多数电机的平滑的变速要是，但是对于动态和静态的调节性能都是有限的，不能应用在对动态和静态性能要求比较严格的地方。为了实现动态和静态调节的高性能，我们只能采用闭环控制系统来实现。所以有的科研人员提出了控制闭环转差频率的电机调速方式，这种调速方式能够在静态动态调速中达到很高的性能，但是这种系统只能在转速比较慢的电机中得到应用，应为在电机的转速较高的时候，这种系统不仅不会达到节约电能的目的，还会使电机产生极大的瞬态电流，使得电机的转矩在瞬间发生变化。因此，为了在较高的转速中实现较高的动态和静态性能，只有先解决电机产生瞬态电流的问题，我们才能更好的发展电机变频节能控制技术。
2.电机变频控制的应用
在电机的能耗中，大约有百分之八十都是应用在了风机和泵类负载当中，所以说电机变频控制技术能够很好的节约这一部分负载的能耗，实现节能减排的目的。以空调为例，没有应用变频控制系统的空调，在设置的温度低于阈值的时候，只能通过关闭风路的方式来实现，但是这个时候空调的电机还是在继续运转的，这一部分驱动功率就完全没有被利用，只是单纯的被浪费掉了。但是在运用了变频控制系统的空调当中，如果当空调设置的温度降低的时候，只需要控制电动机的转速降低，减少输出的驱动功率就可以实现，完全没有必要将风路进行关闭，而且也不会浪费电机的驱动频率，很好的提高了电能的利用效率。
此外，在实际应用中需要根据不同的需要选择大小合适、性能高的电机，减小电机的浮装容量，防止能量浪费。同时，在实际应用中还要不断优化电机系统结构，尽可能降低额外能量的损失，并选择导磁性高的材料，比如冷轧硅钢片等。
总之，电机变频控制节能技术的应用可以有效减少电机不必要的驱动频率的输出，提高电能的利用效率，这在很大程度上缓解了我国电力能源紧缺的现状。随着我国对节能环保投入的不断增加，电机的变频控制将会得到更好的发展。
参考文献
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篇4
关键词：离心泵；运行效率；节能降耗；变频调速
在集输运行系统中，动力费用占输油成本比例较大，如何将动力费用降低，是降低输油成本的关键因素之一。离心泵具有运转平稳可靠、维修工作量少、效率高、调节方便等特点，因而是输油泵站的主要动力设备。研究离心泵的节能降耗有益于降低输油成本。目前，离心泵的动力消耗还有一定的浪费，离心泵节能仍有一定潜力，如何提高泵的运行效率，已成为节能技术的一个重要课题。
1 离心泵运行效率及其影响因素
离心泵运行效率是指在给定的管道系统中，机泵进行输送作业所消耗的有用能量与总输入能量之比，或有用功率与输入功率之比，即系统效率，它是泵组能耗的重要标志，它受到如机泵的设计、制造、机泵型式、机泵性能规格、运行操作等因素的影响。
1.1 泵的设计制造。机泵的设计是否合理、加工精度的高低、装配质量的好坏，是决定机泵能量利用水平和能耗大小的决定因素，不但直接影响机泵的额定效率，而且对机泵的选择和运行也有重要的影响。
1.2 泵选型。泵的选择尽量使理论切合实际，使机泵的运行符合实际需要，使泵的设计流量和泵的扬程靠近泵的额定值，使泵的实际工作点靠近额定点，在泵的高效区工作。不应该盲目加大选泵的裕量。电机的选择应与泵机匹配，避免出现大马拉小车的现象。电机负载率低，会使电机功率因数下降，增加了无功损耗，造成输电线损增加。机泵运行状况的好坏受很多因素的影响，除了机泵自身的因素、选择是否合适等原因外，主要取决于操作条件是否经济，调节方法是否合理。
2 变频调速技术
2.1 变频调速技术的节能原理
由泵的有效功率： （1）
式中： ―泵的出口压力； ―泵的流量。可知：泵的有效功率 与泵的出口流量 和出口压力 成正比。泵的流量 大，则加压水泵的有效功率 就越大，泵消耗的电能就多，反之，则泵消耗的电能就少。我们知道，离心式水泵的流量 与泵的转速n有关，对同一台泵而言
（2）
即流量 与泵的叶轮转速 成正比，泵的转速低，则泵的流量就减少。普通水泵是由交流电动机驱动的，交流电动机的转速与供电频率有关：如果均匀地改变供电频率 ，则电动机的转速 就可均匀地改变。通过改变电动机定子电源频率来改变电动机转速，达到节省电能消耗的目的。
2.2 离心泵变频调速节能技术优势
变频调速节能技术在国内外泵行业发展很快。实践证明，利用变频器调速，节能效果十分明显。泵采用变频调速电动机后除节能效果明显外，主要还有以下几方面的优点：（1）调速效率高，是一种高效调速方式，节能效果显著，投资回收期短。一般说来，泵采用变频调速技术后，约可节能30%～40%。（2）调速范围宽，并在整个调速范围内均具有较高的调速效率。（3）实现了离心泵的自动调节控制，达到供水的动态平衡，水泵转速实现平滑调节。（4）实现软启动，泵启动时对电网的冲击小，停机时可实现软停车，防止系统出现水击现象。（5）可有效延长泵及相关调节阀、管道的使用寿命，减少维护费用，为装置长周期运行创造了条件。（6）变频调速系统可实现在线实时监视泵运行电流、电压、运行频率、运行转速等技术参数。（7）在一定程度上可降低装置噪声，改善工作环境。
3 提高运行效率的方法
离心泵节能降耗的核心是提高泵的运行效率。离心泵运行的工况点决定了泵运行效率的高低，而要提高离心泵运行效率就要用技术的手段调整离心泵的运行工况点，使离心泵工况点在最高效率点7%左右即高效区运行。从理论上讲，调整离心泵的工况点的方法有两大类：（1）改变管路特性曲线的措施有：①入口节流。由于离心泵的气蚀问题，该方法是不合理的，因而很少采用入口节流。②旁路回流。旁路回流适用于轴功率随流量增加而减少的泵。③出口节流。出口节流是改变离心泵管路系统特性曲线应用最多的方法，最简单的方法是将调节阀安装在排液管路上进行流量调节，其不足之处为，系统的效率会降低，系统的功率会减小，节流调节会导致节流损失，造成了能源的极大浪费。通过分析长春输油管理处的统计数据，发现个别站节流损失竞达到了0.3MPa。（2）改变离心泵性能曲线的方法的实质是去除离心泵在系统运行中的多余扬程，①切削叶轮外径，使离心泵性能曲线向下移，工况点也等效下移。切削叶轮虽是一个有效的办法，但叶轮切削后就不能恢复了，并且需要精密的机床设备，而且只能减少流量，不能增大流量，使用范围受到限制。②减少泵叶轮级数，使离心泵性能曲线向下移，工况点也下移。多级泵减少级数只能是整体拆除，而且只适合于工况相对稳定的情况。③淘汰效率低的泵，根据泵所需扬程和流量更新泵。这需要对管-泵系统进行重新设计、选型，投资较大。④改变叶轮转速，便离心泵性能曲线向下移，工况点下移；在满足所需扬程和流量的前提下，实行降速运行。改变管路特性曲线的方法，因耗能不宜采用。而改变离心泵性能曲线的方法作为节能技术被广泛采用。从上述分析可以看出，提高机泵扬程利用率，减少节流损失，提高泵的运行效率，提高电机的运行效率和负载率，是离心泵节能的重要方面。随着变频调速技术的迅速发展和日趋成熟，高质量的变频调速系统已经可以满足石油化工企业各个领域的需要。它的节能、省力、易于构成自控系统的显著优势，已成为电力拖动的中枢设备。应用变频调速技术也是企业改造挖潜、增加效益的一条有效途径。
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关键词：VRV空调系统；变频控制；运行能耗
变频式空调器是一种新型微电脑控制的家用分体式空调器，与一般空调器不同，其输入电源的频率可以随房间内空调的热湿负荷变化而变化，在夏季或冬季需要急速制冷或供暖时变频式空调器可以在极短的时间内完成空调需要。由于变频式空调器可以随房间内的空调负荷而变化故有利于节能。变频式空调器与一般空调器不同的是，要配备电子型变频器，电子式急开膨胀阀及微电脑控制。
一、VRV空调系统的工作原理及特点
1.1VRV空调系统工作原理。VRV空调系统工作原理是：利用冷媒在气化或液化时产生的热量进行制冷、制热。当液体变成气体时，需要吸收周围的热量（周围变冷）；反之，气体变成液体时则放出热量（周围变热）。
1.2 VRV空调系统的特点。VRV空调系统的特点如下：
（1）VRV空调系统是在电力空调系统中，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，适时地满足室内冷热负荷要求的高效率冷剂空调系统。室外机则通过降低频率、减少制冷剂流量，使功率消耗自动减少。（2）VRV采用全封闭蜗旋式变频压缩机，可在5%～100%之间变频调节，也就是说，室外机消耗的功率与室内机开启的数量成正比。当所有的室内机均开启时，室外机消耗的功率最大；当只有部分室内机开启时，室外机则通过降低频率、减少制冷剂流量，使功率消耗自动减少；室内机开启的数量越少，室外机消耗的功率则相应越少。（3）VRV空调系统需采用变频压缩机、多极压缩机、卸载压缩机或多台压缩机组合来实现压缩机容量控制。（4）在制冷系统中需设置电子膨胀阀或其他辅助回路，以调节进入室内机的制冷剂流量。（5）通过控制室内外换热器的风扇转速值，调节换热器的能力。（6）可实现智能型控制和人性化控制。其工作原理是：由控制系统采集室内舒适性参数、室外环境参数和表征制冷系统运行状况的状态参数，根据系统运行优化准则和人体舒适性准则，通过变频等手段调节压缩机输气量，并控制空调系统的风扇、电子膨胀阀等一切可控部件，保证室内环境的舒适性，并使空调系统在最佳工作状态下稳定工作。（7）VRV为氟利昂直接蒸发式，因而热交换效率高。VRV运行稳定、控制方便，无须专人操作、值班和管理，节省运行费用。室外机与任何一台室内机之间的冷媒连接管最长可达100米，而两者间的垂直高度差可达50米，因此，室外机可统一放置在楼顶、地面等处，也可依据业主要求分层或分区布置，无须机房。
二、变频控制VRV空调系统运行能耗分析
变频技术是适用于建筑物多区域装配式空调装置，可以满足各种建筑物的要求，采用变频技术可在一个系统内安装8台不同款式和容量的室内机组，并能自动有效地进行单独控制，以便向大小不同的房间提供舒适的工作和生活环境，并保证精密的容量控制，带来了自低负荷至满负荷全运转过程的优异节能性，由于各区域能够独立加以控制，因此VRV的运转费用低，对需要空调的房间供冷而对不需要空调的房间可以完全停止运转，此外，由于采用变频技术，室外单机能够简单地调整为满负荷。单一系统中制冷管道最长可达100m，室内、外机组之间的高差可达50m，而且也使得在同一系统中各室内单机之间能有最大为15m的高差，若建筑物是15层的高楼，全部室外机能集中安装在楼顶上，并且过去在单一系统限制为2层延伸的垂直管道现在可以延伸4-5层，因此大大地增大了系统安装的灵活性。变频控制的VRV系统由室内机、室外机、冷媒配管和遥控装置等组成。每一台室外机可以配置不同规格、不同容量的室内机1～8台。每一系统中室内机总容量与室外机的容量配比范围为50-130%，每一台室内机均可单台运行。在变频控制的VRV系统中，冷媒配管最长为100m。当室外机高于室内机时，室内外机之间的最大高差为50m；若室外机处于室内机之下，室内外机之间的最大高差为40m；室内机之间的最大高差为15m。用多个变频控制的VRV系统组合可满足不同规模建筑物的空调要求。将室外机布置在楼顶或地面，与传统的系统相比，既美观大方，又减少了占用的有效空间。
三、变频控制VRV空调系统的节能技术
该系统配线与以前的用单独线路联接室外机和各室内机的方法不同，只用一根线路先将室外机与第一台室内机相联，以后便可连接增设的室内机。这种与自动地址设定相结合的双线多路系统可以区分室内机，故无需人为设定地址，使布线工作大为简化。变频控制的VRV系统使用的液晶遥控装置为用户提供了多种控制功能。一个遥控装置可以成组控制16台室内机，并可以同时分别设定各单机的气流方向、气流速度及自动摆动装置，电能用两个遥控装置控制一台室内机，另外还可用手动强制解除运转。遥控装置的布线最长可达500m，保证远距离进行遥控操作。
该液晶遥控装置具有多种显示功能，如运转显示、除湿程序功能显示，过滤器清洗信号、温度设定显示、定时显示、故障显示等。该系统还在遥控器里增加了自动诊断功能，系统运行出现故障时，操作灯、故障代码及单机号码将会指出故障的部位及情况。该系统还配有多功能、大屏幕的液晶显示遥控装置，该装置具有液晶遥控器的全部功能，可以从一处控制16个系统，共计256台室内机。
变频控制VRV空调系统与常规空调系统相比，结构比较简单。系统是由1台室外机和多台室内机（一个系统最多连接8台室内机）通过冷媒管道及专用管道配件连接而成。近年来采用“功能机”和油位控制技术，使系统实现将多达3台的室外机集中为一个组合制冷回路的运转。新系列采用的配线系统，是将中央遥控器的传输线以及室内机、室外机之间的控制线成为1根公共配线。
四、结论
总之，由于该系统压缩机采用变频控制方式，室内机可单独控制，故不需要空调的房间可不投入运行，减少了能源的浪费；不同的房间可以设定不同的温度，以满足不同使用者的要求，避免了集中控制造成的无效能源消耗，也提高了舒适水平；将冷媒直接送入室内，无二次换热，提高了能源利用率。
参考文献：
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[3]刘慧泉. VRV空调系统节能技术研究[J]. 机电信息，2013，03：71-72.
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【关键词】变频技术；凝结水泵；一次风机
当前，节能已成为全社会共同关注的话题，对发电厂而言，如何减少自用电，实现节能增效，意义重大。变频技术自上世纪80年代引入我国以来，成为节能应用与速度控制领域中越来越重要的自动化设备，得到广泛应用。通过在发电厂中引入变频技术，对其重要设备进行节能改造，能在很大程度上降低能源的消耗，达到节能减排的目的，现结合实践经验，就此问题进行粗浅探讨。
1.变频技术节能原理
变频技术，是指通过概念设备的电源频率来实现符合实际运行需要，从而减少资料浪费的一种高新便利技术。按照电机学的基本原理，电机转速满足如下关系式：n=（1-S）×60×f/P= no×（1-S） （1）
式中：P为电机极对数；f为电机运行频率，s为滑差。由式（1）可见，电机的同步转速与电机的运行频率（no=60×f/P）成正比，因一般情况下滑差S较小（常在0～0.05之间），电机的实际转速n约等于电机的同步转速no，因此，调节了电机供电频率则电机的实际转速就能改变。
2.变频技术在电厂节能减排中的实效分析
风机与泵类是发电厂通用性设备，有资料显示，这两大设备的耗电量约占发电厂用电85%，因此要实现节能减排，应最大限度地降低风机及泵类设备的耗电量。根据风机及泵类的实际运行状况，最适合采用高压变频器调速的为凝结水泵及一次风机，现以举例方式进行节能验证。
2.1凝结水泵采用变频技术的节能效果分析
以2×300MW机组为例，每台机组配两台台100%容量凝结水泵，电动机功率1000kW，额定电压6kV，两台凝结水泵配一台变频器，运行方案为一拖二。变频改造前后典型工况下耗电情况如表2所示。
结合改造前后的实际运行情况可知，改造前功率因数为0.85，改造后功率因数达到0.95，设机组年运行时间5000h，其中50%的时间带满负荷运动，30%的时间带负荷90%，20%的时间带负荷60%。电折标煤系数为10000kW・h电=3.56t标煤。由表2可知，机组负荷率越低变频节能效果越显著。设改造前耗电量为Wl，改造后的耗电量为W2，则两者等式关系如下。
由如上关系式可知，两台机组节能量为143×3.56×2=1018.16t标煤。假设发电成本为0.4元/kW・h，则l台凝结水泵每年节省电费57.2万元，两台机组合计省电费114.4万元。
2.2一次风机采用变频技术的节能效果分析
仍以2×300MW机组为例，每台机组配两台一次风机，电动机功率1000kW，额定电压6kV，两台一次风机配两台变频器，运行方案为一拖一。变频改造前后典型工况下耗电情况如表3所示。
两台机组节能量为107.5×3.56×2×2=1530.8t标煤，发电成本仍以0.4元w・h计，则每台一次风机全年省电费43万元，两台年省电费86万元，两台机组合计省电费172万元。
3.采用变频技术应注意问题
如上所述可见，在发电厂的风机及泵类设备中应用变频技术，节能效果显著，发电厂可结合机组的负荷情况、电动机设计余量、场地位置、资金投入等各种具体情况，进行改造应用，同时注意如下问题：（1）必须确保所采用的变频调速装置安全可靠，以免因装置故障而导致发电厂辅机跳闸甚至锅炉灭火，给发电厂造成巨大损失。（2）在负荷变化较小的电动机上使用变频调速装置不但节电效果不明显，还会增加中间环节及损耗，不推荐使用，以用于负荷变化较大的电动机为宜。（3）当转速低于额定转速的40%-50%时，风机及泵类本身效率会下降，采用变频调速不经济，因此转速调节范围应低于额定转速50%，其范围以70%-100%之间为宜。（4）在应用变频技术时应充分考虑变频泵与工频泵并列运行的工况，变频器内也要通过相应控制来适应该工况，同时还需考虑继电保护装置在如上两种工况互切换时受到的影响。
总之，我国对节能减排要求越来越高，在发电厂重要设备配置相应的变频装置，能有效节约厂用电，降低厂用电率，节能降耗效果显著，对构建节约型社会意义深远，值得推广。
【参考文献】
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关键词：变频调速；变频器；水泵；节能减排
中图分类号：TP214 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0077-02
在企业的生产过程中，对泵类和风机设备的应用非常广泛，而这类设备的电能消耗非常大，其耗能占企业总耗能比重很大。当前，我国正深化市场经济体制改革，市场竞争已可以用“惨烈”这个词来形容，因此，企业为了增强自身的竞争力，必须优化生产技术和工艺，降低生产过程中的能耗，降低生产成本，提高产品的价格竞争力。
1 变频器的作用
在实现电机控制中经常会用到的设备是变频器，该设备实现对电机控制的方式是改变电源输出的频率。在企业生产过程中，必须追求对电机的更好控制，而实现对整个电机的更好控制，就必须使用变频器，通过该设备来实现被控交流电机的过电流电压保护、过载保护以及变频调速，同时整个系统的电能综合利用率以及工作效率也由变频器来负责调节。
2 不同种类下的变频器
2.1 开关方式不同下的变频器分类
开关不同，则变频器的种类也不同，按照开关分类，变频器可分为四种：第一，SPWM控制变频器；第二，PAM控制变频器；第三，SVPWM控制变频器；第四，PWM变频器。在这四种不同类型的变频器中，PAM控制是脉冲幅度调制，它通过改变脉冲列脉冲的幅度，实现对波形和输出量值的调制，从而实现变频器的变频功能；和PAM控制不同，PWM控制是脉冲宽度调制控制，也就是在调节波形和输出量时，它能用改变脉冲的宽度的方式，从而实现变频器的变频功能；在PWM的基础上，改变调制脉冲后便是SPWM控制，为了做到正弦波输出，需要遵循正弦规律，排列出适当的脉冲宽度来过滤并输出波形，经常在生产中运用到支流交流逆变器；而SVPWM控制则是空间矢量脉宽调制，作为PWM技术调制的一种方法，将PWM插入电机三相定子绕组中，促进旋转磁场在定子中的产生，从而带动电机旋转。
2.2 按照工作原理对变频器进行分类
按照工作原理进行分裂，变频器可以分为三种：第一种是矢量控制变频器，第二种是V/f控制变频器，第三种是转差频率控制变频器。V/f控制变频器可以保证频率与输出电压成正相关，这样就可以实现电动机磁通的一致性，有效地避免了弱磁和、磁饱和问题的产生；所谓转差调速就是在调速时采用改变异步电动机滑差的方式，速度决定滑差要求，通过转差频率控制技术，在一定程度上能够对系统的动态性能和静态性能进行改善；矢量控制变频器最主要的一个特点就是直流电动机调速控制，按照矢量变化的方法分解异步电动机定子绕组电流，可以实现直流电动机的磁场电流分量。
3 风机、泵类变频节能的工作原理分析
风机、泵类变频要实现节能，有两种途径：一种是软启动节能，一种是变频节能。笔者下面具体介绍这两种节能方式的节能原理：
3.1 关于软启动节能
由于电机为Y/D启动或者是直接启动，额定电流的4～7倍就是启动电流，这样就会对供电电网和机电设备产生巨大的冲击，如果对供电容量要求很高，在启动时就会产生很大的损害性，比如阀门和挡板遭到电流和震动的损害，从而缩短设备的使用寿命等。安装变频节能装置以后，变频器的软启动功能能够将开始时的启动电流自动调节为0，这样就不用担心产生的电流会超过额定电流，在一定程度上减轻了对电网产生的冲击，起到了延长阀门和设备使用寿命的作用，从而可以节省变频器维护的相关
费用。
3.2 关于变频节能
流体力学上有一个公式，即P=H×Q，专业人士都知道，P、H和Q三者之间是存在一定的关系的，且都是正比例关系，只是大小有所不同。如果水泵的效率是一个固定值，那么，当降低调节流量时，转速N也会跟着下降，而输出功率P也会跟着下降，且是立方关系的下降。这也就是说，水泵的转速与水泵电机的耗电率是立方关系。
4 变频调速与风机、水泵节能
4.1 调节风机、水泵流量的方法
调节风机、水泵流量的方法多种多样，每种方法各具优点，有三种是经常用到的：（1）交流电动机变频调速；（2）在对水泵、风机的转速进行调节时，采用电磁转差离合器的方式，但是电动机在这种情况下的运转是恒速的；（3）在调节风机挡板时，如果采用传统的机械方法，则可使实现对水泵、导流器的阀门开启度的调节。在节电率百分比相同的情况下，装机容量和电节能会变成最大值，因此，在生产过程中，应广泛应用高压变频调速节能技术，而把变频调速应用到大容量压缩机、水泵和风机上，以达到节能的目的。
4.2 变频调速在风机、水泵节能中的应用
将流体理论作为基本的出发点，可以用三次方函数来表示离心式风机、水泵的轴功率和转速的关系。在研究中表明，滑差后液力调速的效率会随着调速方案效率的变化而降低，当转速下降为50%时，变频调速器会呈现出较高的效率，这样一来，就会发现一切基本没有发生任何变化。所以变频调速是所有调速方案中节能效果最好的。用一个实际例子来说明，同一台水泵、风机的转速流量和轴功率都为100%时，将转速流量调到50%，轴功率也会降到50%。但如果滑差调到50%，则只需从电网中吸入25%左右的功率；假如通过变频的方式，将流量降到50%，则只需从电网中吸入10%左右的功率。因此，我们不难发现，变频调速具有无可比拟的优势。
5 变频调速与环境保护
在企业电能总消耗中，电机驱动耗能占很大比例。我们有理由相信，天然气、燃煤、石油等燃料的枯竭，很大程度上要归咎于过度的电力消耗。二氧化氮和二氧化碳的过量排放，会造成严重的空气污染，会对大气臭氧层造成无法修补的严重破坏，对人类的生活造成极为不利的影响。当前，环境问题日益严重，已经影响到了人们的日常生活，但随着人们环保意识的不断提高，越来越多的人开始关注环境问题，并积极投身到环境保护中来。因此，在企业的生产过程中，企业理应广泛采用变频调速节能技术，这样不仅有效地节约了能源，还减少了污染的排放，起到了保护环境的作用。
6 结语
综上所述，泵类、风机等设备的节能运行通过变频调速技术来实现，受到国家和政府的普遍重视。通过实践表明，在泵类和风机设备驱动控制中运用变频器能够收到明显的节能效果，是一种可广泛采用的调速控制方式。变频调速技术有许多优点，不仅能够提高设备的运转效率，而且能够最大限度满足企业对于高效率生产的需求。同时，它还可以切实减少设备的养护和维修费用，有效延长其寿命，可谓一举多得。在国内外，变频调速技术已经并将持续受到人们的关注，在我国的经济建设中，其也必会发挥重要作用。
参考文献
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特性分析[J].制冷与空调，2008，（6）.
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篇8
油井液面监测及自动排采系统主要由井下数据采集模块和自动排采控制模块集成。井下数据采集模块主要由声波发射接收器、声波发射接收控制器组成，该模块能实时采集井下液位数据，为自动排采系统提供准确的液位数据。自动排采控制模块：根据井下液位的数据变化以及用户的参数设定值，通过RS485或其他接口，自动控制变频器的输出频率，适时调整抽油机冲速，对地层供液能力极差的油井实现间歇式抽取方式，实现油井自动化控制，达到实现节能降耗的目的。
2次声波液位监测原理
次声发声装置产生的次声波沿油套环空向井内传播，在节箍、音标、液面等处形成反射后被微音器接收，接收的微音信号经过多级滤波放大和信号矢量叠加合成处理，利用液面波自动识别技术得到液面深度。
3油田合同能源管理配套措施
为确保油田合同能源管理项目的有效实施，积极应对低油价适应我国经济发展新常态，加快油田企业节能技术改造，积极引进合同能源管理节能管理创新模式，解决企业节能技术改造资金不足和节能减排目标等问题，从完善企业内部配套管理制度入手，推进合同能源管理制度在油田企业的应用。主要采取以下几项配套管理措施。制定油田合同能源管理项目管理办法，积极鼓励专业节能服务公司进入油田节能技术服务市场。设立油田节能人才专家库，通过成立“合同能源管理”指导委员会，积极培育油田内部节能市场，不断挖掘油田企业节能减排空间，对节能改造项目进行节能效果评估，组织对节能专业公司资质和技术服务能力的审核和评估，组织对节能项目进行公开招标。建立油田节能专业技术服务公司信息储备库，将具备专业节能技术服务资质的节能公司纳入油田节能专业技术服务公司信息库，建立油田开发企业与节能企业之间的技术交流平台。做好合同能源管理项目的招投标管理，建立有序的合同能源管理市场，规范标准化的合同文本内容。制定企业合同能源管理相关技术标准，严格依法依规执行能源管理合同。做好项目运行管理，完善能源计量手段，切实做好合同能源管理项目的节能量统计、节能效益核算和项目资金结算等工作，为节能专业公司创造规范有序的良好运行环境。积极推进油田能源体系建设，按照试点先行、典型带动、稳步推进、逐步建成的原则，建立实施一套完整的标准、规范，在企业内部建立起一个完整有效的、形成文件的管理体系，注重建立和实施过程的控制，使能源管理活动、过程及其要素不断优化。通过例行节能监测、能源审计、能效对标、内部审核、组织能耗计量与测试、组织能量平衡统计、管理评审、自我评价、节能技改、节能考核等措施，不断提高能源管理体系持续改进的有效性，实现能源管理方针和承诺并达到预期的能源消耗或企业用能设备“能效倍增”目标。通过建立更加规范、科学的能源管理系统，实现可持续发展，促进油田降低能源消耗、提高能源利用效率，推动行为节能，更有效地开展能源管理。利用国家的扶持政策，积极争取国家对企业多方面的政策扶持，积极争取相关优惠政策，发挥企业节能减排主体作用。对符合国家合同能源管理奖励标准的节能技术改造项目，积极配合节能专业公司做好合同能源管理项目实施后财政奖励资金的申报工作。
4项目现场应用实施情况
2013年，大庆油田某采油厂与某节能技术服务公司签订油田供液不足井节能降耗技术服务合同，节能技术服务公司对该厂20口供液不足油井应用油井液面连续监测及间开控制技术。项目实施前后20口油井生产数据对比见表1。项目实施后，在油井保持相对稳定的前提下（产液量略有提升），油井电动机功率因数平均提高了0.399，平均单井日节电量达48kWh，平均单井有功功率下降了2kW，平均单井无功功率下降了18.99kvar，百米吨液耗电量下降了2.37kWh，综合节电率达到34.1%，油井平均系统效率提升5.61%。实现了油井动液面实时监测、工况诊断、生产参数自动调节，使油井处于高效、安全的生产状态，达到了节能降耗、增产高效和提高油井开采效益的目的，取得了良好的项目实施效果。
5综合效益评价
1）项目实施后，百米吨液耗电量下降了2.37kWh，综合节电率达到34.1%，平均单井日节电量达48kWh。20口油井日节电量达960kWh，累计年节电量达到350400kWh。按照工业电价0.631元/kWh计算，则年节电费达221102.4元。2）油井系统效率由项目实施前9.68%提升到项目实施后的15.29%，油井平均系统效率提升5.61%，有利于“能效倍增”计划目标的实现。3）按照节约1kWh电能减排0.997kg二氧化碳，即减少0.272kg碳排放计算，则该技术系统实施后每年可减少碳排放95308.8kg。4）油井液面监测及自动排采系统根据动液面的实时状况自动调节抽油机工作参数，实现节能降耗，提高吨油效益。5）动液面的在线监测和数据远传，减轻了工人的劳动强度，节省了管理成本及费用。6）项目实施后，减少了检泵作业时间和费用，提高了管理和技术水平。合理优化抽油机工作参数、确保抽油机安全可靠高效运行，给油田生产管理和节能工作带来可观的经济效益。7）自投入现场应用以来，该系统运行正常，极少发生运行机制故障，现场维护简单，安全可靠。8）井下数据采集模块实时采集井下数据，为自动排采系统提供准确的液位数据；自动排采控制模块通过RS485或其他接口，自动控制变频器的输出频率，适时调整抽油机冲速，对地层供液能力极差的油井实现间歇式抽取方式，实现油井自动化控制和智能化生产，实现系统整体节能降耗。9）按照合同能源管理项目合同中双方的相关约定，项目实施后节能回报期为6年以及油田与专业技术服务公司节能成果分享的合同投资管理方式，专业节能技术服务公司在合同期内每年可按比例获得相当可观的投资回报。
6结论
篇9
[关键词]变频柜 节能降耗 电机 生产参数
中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0269-01
1、前言
随着变频技术的发展快速发展，在孤岛采油厂得到了广泛的应用。变频柜技术的原理是结合信息技术、模糊控制技术、计算机技术、变频调速技术、传感器技术等现代高新技术，使抽油机生产能耗得到有效的控制。同时，利用变频调速技术，通过传感器技术实现模糊控制，可使机抽油机保持在最佳状态下生产，有效杜绝了设备的空耗和低效，达到节能降耗的目的。
2、抽油机配套变频柜工作原理
2.1 工作原理
抽油机变频柜中处理再生电能的方法有制动电阻、吸收电容、回馈制动等，其中较为先进的方法是利用回馈制动的方式将这部分电能回馈电网。抽油机能量回馈智能变频控制柜，在电动机驱动抽油机的状态时由主变频器从电网吸收电能，而在油井释放能量状态时由回馈变频器将这部分能量变成与电网电压同步同相位的正弦波经过滤波后回馈电网，利用变频控制柜+永磁电机配合使用，进行节能改造经实践证明效果非常明显，节电率高达30%～60%。
2.2 增油降耗效果明显
动态节能装置通过输入正常频率、最小载荷、最高频率、最低频率，能够根据实时采集载荷及示功图进行分析处理。在一个冲程内采集的载荷大于最小载荷，抽油机按正常频率运行，如果采集的载荷小于最小载荷，变频柜将在最高频率和最低频率之间分成多段运行。对于上下不平衡油井，控制抽油机按不同的频率运行，达到上.陕、下慢的方式运行，减少空抽，提高泵效，从而实现节电增产的目的。
2.3 配套电机节能原理
如果电动机运行在额定负荷或额定负荷附近，则电动机属于经济运行。但实际上，“大马拉小车”的现场十分常见。因此，电动机节能是不容忽视的重要问题。电动机运行效率取决于电动机负荷率，国家标准GBl249～1995规定，Y2系列（IP44）37kw/6极电动机的负荷率应大于0.40：22kw 6极电动机的负荷率应大于0.46，此时电动机为经济运行。对于不同功率的Y系列电动机，效率下降点也不同。一般情况下，效率和功率因数随负荷率变化的曲线如图所示。把效率将要快速下降点q所对应的负荷率称为临界负荷率β。当负荷率β>βa时，效率的变化不大，这是由于电动机的可变损耗和不变损耗的对比关系所决定的，当负荷率β（0.70时，功率因素下降很快。功率因素的低下不但使电动机本身能耗有所增加，而且给电网造成了附加损耗，降低了电网容量和变压器设备的利用率。
应用实践证明，只要负荷率β不低于βa，“大马拉小车”的影响主要是降低功率因数。对于一般负荷下，节电的关键是提高负荷率。如果将负荷率提高到O.70-0.80可以说是最佳运行区间。就是说，一般工作在β=0.70以上，功率因数就比较高。
3、抽油机常规电动机运行特点
常规游梁式抽油机约占机采井总数的75%。它工作时承受带冲击性的周期交变负荷，如图2a所示。这一负荷特性要求驱动电动机在选择容量时留有足够的裕度，以保证带载启动时能克服抽油机较大的惯性矩，满足启动要求；在运行时有足够的过载能力，以克服交变载荷的最大扭矩。因此，电动机容量选择就过大，负荷匹配不合理，大多数情况下电动机处于轻载状态，负荷率一般为O.25。
游梁式抽油机节能应包括两个方面：（1）从电动机本身考虑，就是提高电动机效率和负荷率，从而提高运行效率和功率因数。提高电动机效率的潜力不大，能提高几个百分点就很不容易而且是以提高电动机成本为代价的。因此，如果负荷率高于临界负荷率，只要并上适当的补偿电容器就达到节能的目的。（2）从系统考虑，就是改变电动机的机械特性，使机、杆、泵整个系统达到较好的配合，提高系统效率。两者比较，后者的节能潜力比前者大得多。因此，后者应该是游梁式抽油机用电动机节能的主要研究方向。
4、孤岛采油厂电动机节能情况
近年来，孤岛采油厂工程技术人员在抽油机用电动机节能方面做了大量的研究工作，为采油厂的节能做出了很大贡献。
目前孤岛采油厂电动机节能主要分为三方面：（1）人为地改变电动机的机械特性以实现负荷特性的柔性配合，从而提高系统效率，实现节能。这种方法主要是改变电源频率。（2）从设计上改变电动机的机械特性（如高转差电动机和超高转差电动机），从而改善电动机与抽油机的配合，提高系统运行效率，达到节能。（3）通过提高电动机的负荷率、功率因数，实现节能。下面对油田普遍使用和正在试验的几种电动机进行分析。
4.1 变频调速电动机
变频调速是一项成熟的节能技术，抽油机有两种工作状态：（1）电动机驱动机械设备运动抽油机从电网吸收电能。（2）释放能量（机械势能，井下负压，平衡块势能等原因），由机械设备带动电动机运动，是一个发电的过程。就是说，抽油机在相当长一段时间内，要把势能变为电能回馈电网。在不使用变频器时，这个电能是直接回馈电网的，并没有在本地设备上消耗掉。综合表现为拍油机供电系统功率因数较低。但是在使用变频器时，情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流，能量不可反方向流动。
4.2 稀土永磁同步电动机
上世纪90代初，大庆石油学院和西安石油学院对稀土永磁同步电动机进行了研制和现场试验，收到了较好效果。这种电动机的转子由磁钢、稀土材料和启动鼠笼组成。转子损耗比普通异步电动机小得多，因此电动机本身的效率比普通Y系列电动机高约5%，功率因数达到0.9，其额定运行时机械特性比Y系列电动机还硬，因此不能改善机、杆、泵系统配合，起不到系统节能的作用。
4.3 绕线式异步电动机
游梁式抽油机用电动机节能是一个非常复杂的问题，选择方案时要考虑电动机效率、功率因数、系统增效、成本投入、可靠性及现场管理等问题。系统增效是指机、杆、泵整个系统效率提高的潜力：损失效率是指节能系统本身的损耗：启动性能是指电动机启动电流小，启动转矩大为好。
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【关键词】煤矿生产；机电设备；变频技术；节能
面对当前经济和能源的矛盾局面，尤其是构建环境友好型社会的倡导，应用变频技术成为煤炭企业以实际行动做好节能工作的必然选择。因此，如果可以将变频技术应用于这些设备当中，不仅有利于提供设备的操控性能，更加能够获得非常显著的节能效果。笔者在本文中分析并探讨我国煤矿机电设备中变频节能技术的应用情况，希望能够煤炭生产节能提供有益参考。
一、变频技术及其在煤矿机电设备中的应用
（1）变频技术的作用原理。目前，综合应用于电动机传动、电力电子等技术上的交流变频调速技术就是我们常说的变频技术。变频技术具有比较强的综合性，实现了对强弱电和机电的充分融合。实质上，变频技术之所以能够对工频电流的频率进行变化控制，主要是利用了不断切断、结合的电力半导体器件。作为一种有效、经济而且低耗的电能控制技术和调速技术，它的主要作用原理是实现工频交流电压向直流电压的转变之后再利用对逆变器频率和电压的调节来驱动交流电动机，而交流电动机因为所获得的电流和电压不同，则表现为它的转速便不同。由于变频技术提高或者降低电动机转速仅仅通过对电动机负载的改变即可，所以能够有效地提升工业生产的效率，同时能够在低工作负荷的情况实现电动机转速的降低，或者是根据实际情况采用对应的转速，不用再像往常那样使得电动机处于全速运转状态，白白浪费大量的电力能源。也正是因为节电，变频技术能够获得非常好的节能效果。（2）变频技术在煤矿机电设备中的应用。第一，矿井提升机。矿井提升机主要用来把工作人员或者相关物资和设备运输到预定的地点，所以矿井提升机在矿井作业当中发挥着非常重要的安全作用。在以往，矿井提升机主要利用金属电阻、接触器切除电阻或者是鼓型控制器实现自身的运行和速度增减。但是不够理想的散热效果和过度的电阻耗损会严重降低矿井提升机的实际运行安全性；而且过小的电阻范围也无法实现提升速度的精确增减；特别是在矿井提升机下降的过程中，不仅会导致电能的耗损，还会增加提升机的不安全风险。但是采用变频技术之后，矿井提升机的驱动系统能够实现无极平稳加速或者减速，实现对提升机的精准操控，不论是提升机的可操控性方面还是安全性方面，均是能够显著加分的。具体应用是：首先，可以借助编程器或者显示屏来查看故障代码，排查各种故障，不仅使得整个故障排查工作更加方便和简单，而后往往也能够更加快速地找到故障原因，并解决故障。其次，继电器控制更加便捷，其外部控制线路不仅可以更少，甚至能够有效降低继电器的数量，较少的外部控制线路和继电器的最大优势就是降低故障的发生概率并有效改善原本局促的井下空间。最后，能够非常方便地与编程器进行结合，并利用各种指令信号来控制电控系统及其继电器，另外，还可以通过切换梯形图和电路图的方式来更加直观地观察提升机的工作状态。第二，通风机。通风机在矿山设备中是非常重要的组成部分，而其中以主扇风机在生产中的运用作用最为重要。通风机是矿井作业中通风设备，该设备运作时间也是非常的长，在生产过程中该设备可以说是矿井的“呼吸器官”。伴随着煤矿开采深度的增加，由于开采越深所受到的风压也随之增大，通风机需要达到的功率也越来越大。因此，要使通风机达到较大的功率就成为了非常困难的问题。在矿山作业过程中，均将变频调速作为通风机设备的主要技术，这就能够有效根据实际的需要来改变风量的大小，同时该技术具有优秀的低耗能特点，因而被广泛运用到了该设备中。经过改造后的通风机能够在变频控制技术的支持下，有效实现变频软启动的工作，能够避免出现启动时电流过大，进而对电网设备造成冲击，导致危险事故的发生，同时又能够根据需要对设备进行启动和停止。在通常情况下，通风机基本是以较低的速度进行运作，这就使通风机的强度得到了有效地控制，能够使通风机的使用时间更加长，进而减少维修次数。但是在电机运用的过程中，要确保电机的转速能够一致，那就应当严格控制两台电机的运行频率，尽可能地使其保持一致，这就能够避免出现风阻的情况，导致风机受到影响无法常规运作。
变频技术为煤矿生产企业提供了节能的技术可能性，借助于变频技术，煤矿生产企业能够消耗更低的能耗，却可以生产出更多的煤炭资源，这不仅是对降低社会整体能耗水平、降低碳排放、保护生态环境的重要贡献，同时更是为支持经济可持续发展做出的努力。
参 考 文 献
