1變頻調速的原理 1.1 變頻調速的定義　變頻(變頻器的應用)調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。 1.2 變頻調速的原理n=60 f(1-s)/p式中：n 為電動機轉速;f為工作電源頻率;s 為電機的轉差率;p 為電機的極對數。 通過改變供電頻率 f、電動機的極對數 p 及轉差率 s 均可達到改變轉速的目的。從上述公式可見，若保持 p(極對數)、S(轉差率)不變，平滑的改變電機的供電頻率，則電機轉速 n=Kf(k 為比例系數)，即可得到平滑的改變，這就是變頻調速的原理。 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集成控制的一種變頻調速設備，其通過開環或閉環控制來調節變頻器的輸出電壓、電流和頻率，以實現對流體(如水等)的壓力、流量、速度和轉矩等的控制。它的作用是對三相交流電動機進行變頻調速控制，減少電動機非必要的耗電量，降低運行成本。 2.2 變頻柜的構成元件　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(一臺變頻器拖動多臺電動機)的柜子里面還應該有延時繼電器、接觸器、熱繼電器等。 2.3 變頻柜的主要特點 2.3.1 高效節能由電機學公式：P 2 /P 1 =(n 2 /n 1)3，式中：n 為電機轉速;p 為輸出功率。可知，系統電機功耗與電機轉速成立方關系，在壓力不變時，注水泵出水量與電機轉速成正比。 2.3.2 變頻柜主要起調節電動機轉速的作用，最大限度減少大功率注水泵對電網的沖擊和大副的壓降，避免啟動時大電流沖擊電網。 2.4 變頻柜的主要功能 2.4.1 變頻柜的電源切換和保護功能　變頻柜通常設計有斷路器元件，它連接著進線電源，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短路或過載時提供保護。此外變頻柜還可以在電機維護時切斷電源保證操作人員安全。 2.4.2 變頻柜的變頻調速功能　變頻柜的控制面板上設置有變頻調速用的電位器，可以根據設置的輸出頻率，向電機輸送指令信號，控制電機的轉速。變頻柜中的部分產品設置有工頻切換功能，以保證在變頻器出現故障時，通過自動控制回路將電動機切換回工頻電源。 2.4.3 變頻柜的直觀控制功能　變頻柜的柜體上設計有顯示設備與操作面板，它與變頻柜內部的電器元件相連，可以直觀顯示變頻柜的運行狀態，同時方便操作人員控制變頻裝置的運行，及對電機等被控制設備進行操作。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、報警指示燈、運行指示燈、工頻指示燈等。變頻柜的運行及操作狀態，可以直接反應在各項儀表及指示燈上，實現對變頻器工作狀態的實時監測。 2.4.4 變頻柜的安全防護功能　變頻柜將各種包括變頻器在內的各種電氣元件都集中在柜體內，這樣可以減少外部環境對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險。 2.5 變頻柜的工作原理　供水系統運行時，由壓力傳感器連續采集供水管網中的水壓及水壓變化率信號，并將其轉換為電信號傳送至變頻柜，變頻柜將反饋回來的信號與設定壓力值進行比較、運算。 2.5.1 發現供水系統的實際壓力比操作人員設定壓力值低，變頻柜就會發出指令讓運行的 1# 注水泵加速運行，如果實際壓力比操作人員設定的壓力值設高，變頻柜則會發出指令讓運行的 1# 注水泵減速運行，當供水系統管網的實際壓力與工作人員設定的壓力值相同時，就發出指令讓運行的 1# 注水泵維持該運行頻率; 2.5.2 變頻柜經過一段時間的比較、運算后，發現運行的 1#注水泵達到了額定轉速(頻率)，管網壓力仍低于設定壓力，則變頻柜會將運行的 1# 注水泵切換至工頻運行，并變頻啟動 2# 注水泵，如果還不行，就讓 2# 注水泵也轉入工頻繼續工作，同時變頻啟動 3# 注水泵，如此循環，直至管網壓力達到設定壓力為止; 2.5.3 變頻柜經過一段時間的比較、運算后，發現管道壓力高于工作人員的設置壓力值，那么，變頻柜就會給 N(1芨N芨6)號注水泵下令，讓其減速運行，如果管道壓力還是偏高，就會下達指令讓 N 號注水泵停止運行，讓 N-1 號注水泵進入變頻狀態工作，如此循環，直至管網壓力恒定在設定壓力范圍內。 3變頻柜應用的可行性分析 3.1 原注水站工作方式　在過去，油田建廠時很多都建有注水站，根據流量大小和壓力高低的情況，均采用以閘板閥門控制的高壓注水方式。工藝要求，不允許長時間小排量運行，否則注水泵會因溫度升高而造成汽蝕和機件燒毀等問題，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，增加了企業的生產成本。 3.2 變頻柜應用的可行性 3.2.1 原有控制方式的啟動、停止和調節進水閥門開關需要人工操作，即費時又費力，且容易出現人為因素操作失誤，造成不必要的損失。采用變頻控制方式，其操作方便，無須手動調節進水閥門，極大減輕了勞動強度，提高了工作效率。 3.2.2 啟動噪音低，啟動過程中電動機從低頻開始緩慢加速，經大約 20 秒后達到設定頻率，啟動電流很小，減小了對電網沖擊，保護了設備，延長了電動機的使用壽命，提高了電機效率，節約維修成本。 3.2.3 系統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(4―20mA)至變頻器中央處理器(CPU)，經 PID 控制組成閉環控制系統。其輸出頻率大小由作用處理器控制，使電機轉速自動增加或降低;保持工作水壓恒定。這樣減小了電動機無功功率，提高了注水泵工作效率，節約了能源。 3.2.4 可以采用循環軟啟動方式，當系統投入一臺以上的注水泵時，總是將運行中的注水泵切換到工頻，再變頻啟動下一臺注水泵，即每臺注水泵都是由變頻器啟動的，如此可降低電氣及機械沖擊。 3.2.5 可以用壓力閉環或流量閉環控制注水的壓力或流量，在注水泵工況改變時，變頻柜可以使注水泵自動調節注水壓力或流量。此時，泵的出口閥門全開，使泵的壓差減至為零。 3.2.6 可以實現有線或無線網絡遠程監控。 總體而言，采用變頻調速的方式，注水泵既可大流量，也可小流量，既可高壓力，也可低壓力運行。 4效益測算 通過變頻柜的使用，注水泵在滿足系統注水量的同時，有效提高了系統效率，降低系統單耗，節能效果明顯。根如每天的耗電量為 114.4kwh，一年變頻柜使用時間按 300d計算，一年節電量為：114.4×64%×300=21964.8k.目前電價按 1～/kWh 算，則一年可節電費：21964.8×1=21964.8 元。 5結論 油田的注水系統非常多，通過使用變頻柜裝置，不但節約了電能，提高系統自動化運行程度，延長填料的使用周期，減小設備的磨損;也可自動根據需求量調節轉速，減少了人員的勞動強度，而且注水泵的運行參數得以改進，系統效率大為提高，具有控制精度高，節能、高效等優點。相信在不久的將來，變頻柜一定可以在油田的開發建設中得到廣泛的應用。