變頻泵機組的電力驅動

離心泵的運行模式是最節能的，通過改變其輪子的轉速來調節。如果使用可調電驅動器作為驅動馬達，則可以改變車輪的旋轉速度。
燃氣輪機和內燃機的設計和特性使得它們可以在所需範圍內提供轉速變化。

利用裝置的機械特性方便地分析調節各機構轉速的過程。

考慮由泵和電動機組成的抽油機的機械特性。在圖。圖 1 顯示了配備止回閥的離心泵（曲線 1）和配備鼠籠式轉子的電動機（曲線 2）的機械特性。

米。一、抽油機的機械特性

電動機的扭矩值與泵的阻力扭矩之差稱為動態扭矩。如果電機的扭矩大於泵的阻力矩，則動態扭矩為正，如果小於，則為負。

在正動力矩的影響下，泵單元開始加速工作，即加速。如果動態扭矩為負，則泵單元會延遲運行，即慢下來。

當這些力矩相等時，就會發生固定運行模式，即泵單元以恆定速度運行。該速度和相應的扭矩由電動機和泵的機械特性的交集決定（圖 1 中的點 a）。

如果在以某種方式進行調整的過程中，機械特性發生變化，例如，通過在電動機的轉子電路中引入一個額外的電阻器（圖 1 中的曲線 3）變得更柔和，則電動機的轉矩阻力的瞬間就會變小。

在負動態扭矩的影響下，泵單元延遲開始工作，即減速直到扭矩和阻力矩再次平衡（圖 1 中的 b 點）。該點對應於速度和扭矩的特徵值。

因此，控制抽油機轉速的過程中，始終伴隨著電動機扭矩和水泵阻力矩的變化。

泵速的控制可以通過改變與泵剛性連接的電動機的速度，或者通過改變將泵連接到以恆定速度運行的電動機的傳動裝置的齒輪比來完成。

電動機轉速的調節

交流電動機主要用於抽油機。交流電機的轉速取決於電源電流的頻率 f、極對數 p 和轉差率 s。通過更改這些參數中的一個或多個，您可以更改電動機和與其相連的泵的速度。

變頻電驅動的主要元件是 頻率轉換器… 逆變器具有轉換為變量 e2 的恆定電網頻率 f1。與頻率 e2 成比例地改變連接到轉換器輸出端的電動機的速度。

使用變頻器，電源電壓 U1 和頻率實際上不會改變 f1，轉換為控制系統所需的可變參數 U2 和 e2。為了確保電動機的穩定運行，限制其在電流和磁通量方面的過載，保持變頻器的高能量指標，其輸入和輸出參數之間必須保持一定的比例，具體取決於變頻器的類型機械泵的特性。這些關係源自頻率控制定律方程。

對於泵，必須遵守比率：

U1 / f1 = U2 / f2 = 常量

在圖。圖 2 顯示了帶頻率調節的感應電動機的機械特性。隨著頻率f2的減小，機械特性不僅改變了它在n-M坐標中的位置，而且在一定程度上改變了它的形狀。特別是，電動機的最大轉矩減小。這是由於 U1 / f1 = U2 / f2 = const 的比率和頻率 f1 的變化沒有考慮定子有功電阻對電機轉矩大小的影響。

米。 2. 頻率電驅動器在最大 (1) 和降低 (2) 頻率下的機械特性

調整頻率時，考慮到這種影響，最大轉矩保持不變，機械特性的形狀保持不變，只是其位置發生變化。

變頻器與 脈衝寬度調製 (PWM) 由於在轉換器的輸出端提供了接近正弦曲線的電流和電壓曲線的形狀，因此具有高能量特性。最近，基於 IGBT 模塊（絕緣柵雙極晶體管）的變頻器最為普遍。

IGBT模塊是高效率的關鍵元件。它具有低壓降、高速和低開關功率的特點。基於具有 PWM 和矢量算法的 IGBT 模塊的用於控制異步電動機的變頻器與其他類型的變頻器相比具有優勢。它在整個輸出頻率範圍內具有高功率因數。

轉換器的原理圖如圖1所示。 3.

米。 3.IGBT 模塊變頻器方案： 1 — 風扇塊； 2——電源； 3——不可控整流器； 4 — 控制面板； 5——控制面板； 6 — 脈寬調製； 7——電壓轉換單元； 8——系統控制板； 9——司機； 10——逆變單元保險絲； 11——電流傳感器； 12——異步鼠籠式電動機； Q1、Q2、Q3——電源電路、控制電路、風扇單元開關； K1、K2——充電電容器和電源電路接觸器； C——電容器組； Rl、R2、R3——電容充電限流電阻、電容放電限流電阻和漏極阻斷電阻； VT - 逆變器電源開關（IGBT 模塊）

在變頻器的輸出端，形成一條電壓（電流）曲線，與正弦曲線略有不同，包含高次諧波成分。它們的存在導致電動機的損耗增加。因此，當電驅動器以接近額定轉速的速度運行時，電動機會過載。

當以較低的速度運行時，泵驅動器中使用的自通風電動機的冷卻條件會惡化。在抽油機的正常控制範圍內（1:2 或 1:3），這種通風條件的惡化通過流量和泵揚程降低引起的負荷顯著降低得到補償。

當以接近標稱值 (50 Hz) 的頻率運行時，冷卻條件的惡化以及高次諧波的出現需要將允許的機械功率降低 8-15%。因此，電動機的最大扭矩降低了 1-2%，其效率降低了 1-4%，cosφ 降低了 5-7%。

為了避免電動機過載，有必要限制其速度的上限值或為驅動器配備功率更大的電動機。當抽油機設計為在頻率 e2 > 50 Hz 下運行時，最後一項措施是強制性的。通過將頻率 e2 限制為 48 Hz 來限制發動機轉速的上限值。驅動電機額定功率的增加四捨五入至最接近的標準值。

可變電塊驅動的群控

許多泵組由多個模塊組成。通常，並非所有單元都配備可調電驅動器。從兩個或三個已安裝的單元中，為一個單元配備可調電驅動器就足夠了。如果轉換器永久連接到其中一個單元，則其電機資源的消耗會不均勻，因為配備變速驅動器的單元使用時間要長得多。

為了在站內安裝的所有模塊之間均勻分配負載，開發了群控制站，借助於群控制站，模塊可以串聯連接到變流器。控制站通常是為低壓設備 (380 V) 製造的。

通常，低壓控制站設計用於控制兩個或三個單元。低壓控制站包括提供相間短路和接地保護的斷路器、防止設備過載的熱繼電器，以及控制設備（開關、 按鈕帖子 和別的。）。

控制站的開關電路包含必要的聯鎖裝置，允許變頻器連接到任何選定的模塊並更換工作模塊，而不會干擾泵送或鼓風裝置的技術操作模式。

通常，控制站與功率元件（自動開關、接觸器等）一起包含控制和調節設備（微處理器控制器等）。

根據客戶的要求，車站配備了自動切換備用電源（ATS）、消耗電力的商業測量、停機設備控制的裝置。

如有必要，在控制站中引入額外的設備，以確保與變頻器一起使用單元的軟啟動器。

自動控制站提供：

• 保持工藝參數（壓力、液位、溫度等）的設定值；

• 調節和非調節裝置的電動機運行模式的控制（消耗電流、功率的控制）及其保護；

• 主設備故障時自動啟動備用設備；

• 在變頻器發生故障的情況下直接將塊切換到網絡；

• 自動打開備用 (ATS) 電輸入；

• 在供電網絡丟失和深度電壓下降後，站的自動重新連接 (AR)；

• 在給定時間停止和啟動工作單元，自動改變站點的運行模式；

• 如果受控單元達到標稱速度但未提供必要的供水，則自動激活額外的不受控單元；

• 每隔一定時間自動輪換工作塊，保證電機資源的均勻消耗；

• 從控制面板或從控制面板操作抽（吹）機組運行模式的控制。

米。 4、變頻水泵電傳動群控站

抽油機變頻使用效率

使用變頻驅動器可以顯著節省能源，因為它可以在低流量下使用大型泵送裝置。因此，可以通過增加單元的單位容量來減少它們的總數，從而減少建築物的整體尺寸，簡化車站的水力方案並減少管道數量閥門。

因此，在抽油機中採用可調電驅動，在節電節水的同時，還可以減少抽油機數量，簡化站內液壓迴路，減少泵站廠房的建築體積。在這方面，產生了次要經濟效應：建築物的供暖、照明和維修成本降低，根據車站的用途和其他具體條件，降低的成本可降低 20-50%。

變頻器的技術文檔顯示，在抽水裝置中使用可調電驅動器可以節省高達 50% 的用於抽取清水和廢水的能源，投資回收期為三到九個月。

同時，對可控電驅動在運行泵組中的有效性的計算和分析表明，對於功率高達 75 kW 的小型泵組，尤其是當它們與較大的靜壓組件一起工作時，事實證明不適合使用受控電力驅動。在這些情況下，您可以通過節流、改變工作泵單元的數量來使用更簡單的控制系統。

在泵組自動化系統中使用可變電驅動，一方面降低了能源消耗，另一方面需要額外的資金成本，因此在泵組中使用可變電驅動的可能性通過比較降低的成本來確定兩個選項：基本和新。以可調電驅動抽油機為新選型，以機組恆速運行為主。