在工礦企業(yè)中大量地使用著風機、水泵、攪拌機、壓縮機等,這些機械一般都以交流電動機驅動。其中大部分電動機均不是工作在額定功率,而經(jīng)常只有額定功率的50%～70%,甚至更低一些（20%～70%）。但電動機大部分處在恒速運行狀態(tài),并以檔板、閥門或放空回流的辦法進行流量或壓力的調節(jié),從而白白損失大量的電能,功率越大的風機、水泵,損失的電能越多。
　　對于水泵和風機,表達其特性的參數(shù)有:流量（風量）Q,揚程（風壓）H,功率P等。當轉速從n1變?yōu)閚2時,Q,H,P大致變化關系為:
　　Q2=Q1（n2/n1）
　　H2=H1（n2/n1）2
　　P2=P1（n2/n1）3
　　即:流量與轉速成正比,揚程與轉速的平方成正比,軸功率與轉速的立方成正比。
　　如水泵的流量或風機的風量等調節(jié),只需調節(jié)電機的轉速就可以實現(xiàn),而同時將大大降低電機的消耗功率,節(jié)約了電能。
　　根據(jù)電工學的基本原理,電動機的轉速n由以下公式表示:
　　式中:n——-電動機的轉速
　　f1——-供電電源頻率
　　S——-轉差率
　　P——-電動機的極對數(shù)
　　因此要改變電動機的轉速,只要改變供電電源的頻率或者改變電動機的極對數(shù)或者轉差率就可以改變電動機的轉速。
　　二、智能流程泵節(jié)能裝置功能介紹
　　1.概述
　　1.1系統(tǒng)簡介
　　系統(tǒng)組成部分及流程：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集=》A/D轉換=》工控機數(shù)據(jù)處理=》通訊模塊遠程傳輸=》功率裝置控制=》泵馬達變速運行。
　　1.2采集部分
　　采集部分是信號點的關鍵，在模擬量采集模塊前端安裝雙輸出通道安全隔離柵，將流量、閥門開度信號從原DCS系統(tǒng)中安全采取，通過模擬量采集模塊將轉換后的數(shù)據(jù)送人工控機進行運算處理。
　　1.2運算處理部分
　　運算處理部分主要由研華公司的高性能工控機運算處理，它提供高速的處理性能及可靠開放性網(wǎng)絡通信能力，從而能滿足工礦閉環(huán)控制系統(tǒng)的實時性和遠程控制能力。
　　處理部分采用模糊的PID閉環(huán)運算，采用數(shù)學函數(shù)公式進行復雜的邏輯運算，根據(jù)轉速與壓力、流量間的函數(shù)關系，準確、實時的響應系統(tǒng)的需求流量，節(jié)能效果更加明顯，穩(wěn)定性更強。
　　1.3輸出部分
　　將工控機運算處理后的泵馬達運轉頻率數(shù)據(jù)，通過遠程通信RS-485網(wǎng)絡，送入配電室。再通過通訊隔離模塊將信號隔離后送入主控單元，實時根據(jù)需要的流量動態(tài)相應
　　1.4節(jié)能控制方式
　　原DCS系統(tǒng)中，流量需要變化時，原DCS系統(tǒng)自動或手動對自動閥門進行跟隨變化，由此將閥門開度信號做為節(jié)能控制中的參考值，在節(jié)能控制中新加入了泵轉速變量。在滿足管壓及揚程的條件后，使閥門開度按照一定比例比原來加大，再將原閥門開度信號做為流量控制的參考值，得知管道流量由流量傳感器測定管道流量，轉換成標準的電流信號，主控單元中用于控制泵轉速，改變泵的流量，從而改管道流量。LBP系列高性能智能節(jié)能裝置吸收了目前數(shù)字控制領域以及電力電子領域內技術，并采用了旁路單元內置的單元結構，節(jié)能裝置故障時隨時切換到原系統(tǒng)運行，使裝置運行可靠性大幅度提高。此外，裝置的許多新功能為應用提供了更多解決方案，例如：裝置整體尺寸與原系統(tǒng)的配電尺寸相同、采用長壽命電力電容、中文WINDOWS操作界面、工業(yè)標準通訊功能和遠程控功能、電網(wǎng)自動重合后繼續(xù)運行、維護方便等等。
　　1.5電氣結構
　　系統(tǒng)由控制回路和頻率調節(jié)裝置組成，根據(jù)不同的場合需要，可配備輸入開關。系統(tǒng)還具有靈活的測量控制組態(tài)方式，因而簡化了測量控制線路的結構。
　　2.功能特點
　　2.1主要特點
　　2.1.1運行回路
　　如主控單元在運行過程中發(fā)生報警，系統(tǒng)將自動旁路該單元，進入原系統(tǒng)運行，系統(tǒng)得以不間斷運行;另外也可根據(jù)需要人工切換到備用回路運行。單元旁路后，系統(tǒng)自動記錄報警原因，對應故障報警解決方案幫助菜單，根據(jù)記錄相應查找故障點，排除故障。
　　裝置以在下列故障情況可實現(xiàn)單元自動旁路：
　　輸出短路
　　單元過電壓
　　單元過電流
　　單元溫度過高
　　單元程序流程錯誤
　　單元電源故障
　　2.1.2故障主控單元可在線更換————高可靠性
　　LBP系列高性能智能裝置采用了主備電路，允許在運行過程中在線更換故障單元;操作人員在主控狀態(tài)的提示下，通過*的機械旁路機構旁路故障單元后，系統(tǒng)繼續(xù)運行，可以在線對裝置進行維修，主控單元自動旁路和在線更換單元功能使裝置可靠性大幅度提高。
　　2.1.3采用高性能長壽命電容，電容壽命可達10年，高性價比
　　LBP1000系列高性能智能裝置采用高性能長壽命電容，電容壽命可達10年，高性價比，普通電容一般使用壽命為5年，電力電容在變頻裝置中為重要器件，更換電容的成本和工程費用也相當高，采用高性能長壽命電容不僅提高了系統(tǒng)可靠性和效率，而且經(jīng)濟性也*。
　　2.1.4散熱器
　　針對于運行穩(wěn)定性要求很高的特殊場合，我們大片的高傳導效率散熱片進行散熱，失散熱效果大大條，大大提高散熱效率，降低IGBT器體的溫升、提高裝置過載能力、減少器件損壞、提高裝置可靠性。
　　2.1.5采集、通訊信號斷線檢測功能
　　LBP系列高性能智能裝置能具有在線檢測斷線功能，當檢測到采集信號、通訊信號斷線后自動報警，自動切換到固定頻率運行，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
　　2.1.6完善的保護限制措施
　　單元本身具有如下保護：
　　輸出短路保護
　　輸入電壓缺相保護
　　輸出過流保護
　　輸入、輸出過壓保護
　　單元溫度過高保護
　　保護限制功能：
　　電動機保護，包括過載、缺相、溫升等
　　主控單元保護。包括過載、再生能量、風機等
　　主控所提供的保護功能向用戶開放，保護參數(shù)可在線設置
　　2.1.7對輸入電壓波動適應能力強
　　輸入電源允許波動范圍為±15%額定電壓
　　當變頻器輸入電壓在±15%范圍內時，電動機可連續(xù)正常工作在額定負荷（不需改動任何接線和設置），變頻器輸出電壓基本保持不變，電動機電流不會增加。
　　在電壓波動工程中，變頻器和電動機均不需要進行額外散熱。
　　由于控制單元裝置采用UPS供電，因此控制電源的波動對裝置主控部分沒有影響。
　　2.1.8強過載能力
　　標準配置下，LBP1000系列高性能智能裝置均具有1.8倍額定1分鐘的過載能力，而且在1.5倍額定電流情況下,也不會立即保護,只有當輸出電流超過2.0倍時,才立即保護,因此在偶爾過載情況下,變頻裝置不會保護誤動作.
　　根據(jù)特殊情況需要,可提供高至2倍額定過載能力的產(chǎn)品.
　　2.1.9通風設計
　　系統(tǒng)為強制風冷結構,驅動柜頂裝配兩臺風機集中通風,單元無散熱風機.
　　集中通風結構避免了過多單元風機運轉,具有線路簡單、可靠性高、噪音小及節(jié)能的特點。
　　2.1.10IGBT電力電子器件
　　單元中采用IGBT，是zui合適的逆變電力電子器件：
　　電壓驅動，
　　驅動功率小、驅動線路簡單可靠
　　開關帶度高，開關損耗小，有利于降低諧波
　　IGBT線路技術成熟
　　采用TRENCH和SPT工藝IGBT，其導通壓降低、開關損耗更小
　　采取措施降低IGBT過電壓和過電流，提高可靠性
　　2.1.11中文WINDOWS操作界面
　　系統(tǒng)配備真彩色顯示屏，應用程序基于WINDOWSXP，既保證足夠的安全可靠性，又具有友好、完善的操作界面。
　　在顯示屏上，用戶可根據(jù)中文顯示界面，設置和更改參數(shù)設置，另外還具有以下增強功能：
　　查看事件記錄
　　查看歷史負荷數(shù)據(jù)和節(jié)能分析
　　查看實時負荷曲線
　　故障定位、檢查指導
　　系統(tǒng)還安裝了若干操作按鈕和顯示表計，即使不使用上位機，仍可完成基本的運行、停止、升速和降速操作，表計顯示了電壓、電流、功率和頻率值。
　　2.1.12對電機無特殊要求
　　LBP系列高性能智能裝置可廣泛用于各種電動機，包括：
　　鼠籠式異步電動機
　　轉子繞線式異步電動機
　　同步電動機
　　輸出電壓具有很低的諧波含量，因此不會增加額外損耗，對于風機泵類電動機不需要另外考慮電動機的散熱1.5HZ軟起動，不需降壓起動設備，消除了因全壓起動造成的電動機鼠籠斷條和定子繞組開焊等故障，對電網(wǎng)沖擊也減小/對各種電機均具有良好的起動性能
　　2.2控制方式
　　2.2.1IPC/601H高性能工控機
　　LBP系列高性能智能裝置的主控部分采用IPC/601H高性能工控機，2.4GHZ高性能處理器。80G硬盤、512M內存，大大提高運算速度。主控部分的主要任務有：
　　管理、監(jiān)控
　　輸入單元數(shù)據(jù)采集和主控數(shù)據(jù)處理
　　實現(xiàn)各種控制方式
　　實現(xiàn)主控部分的保護限制功能判斷處理
　　數(shù)字量和模擬量I/0
　　與外部通訊
　　2.2.2數(shù)字量和模擬量I/0接口
　　數(shù)字量和模擬量接口的標準配置如下：
　　16路A/D采集模塊，電氣隔離，抗干擾設計，可用于4-20MA、0-5V、0-10V
　　4路模擬量輸出，各咱均電氣隔離，4-20MA或0-5V可選擇的輸出方式.可編程對應于功率、頻率、電壓、電流等電量
　　數(shù)字量I0可擴充至32路DI、32路DO。
　　可根據(jù)需要擴充輸入輸出接口配置
　　2.2.3工業(yè)標準通訊功能
　　系統(tǒng)提供兩種通訊功能：
　　標準的RS485或RS232可選擇的通訊接口，電氣隔離，直接由主控制處理器控制，具有功能全面、控制實時的特點由工控機處理器擴展的通訊接口，根據(jù)現(xiàn)場需要，可以是以太網(wǎng)適配器、RS485或RS232等。具有組網(wǎng)方便、適應性強的特點
　　通過通訊，用戶可控制主控單元裝置的運行、獲行運行和操作數(shù)據(jù)、改變參數(shù)設置。不同的接口具有不同的權限，通過由主控處理器連接的通訊接口可獲得完整的操作控制權限，而擴展的通訊接口可獲得部分控制權限以及進行數(shù)據(jù)傳輸。
　　2.2.4遠程控制、監(jiān)控
　　LBP系列高性能智能裝置提供遠程監(jiān)控，采用原系統(tǒng)的控制方法：
　　2.3輸出特性
　　降低輸出電壓諧波具有如下功效：
　　明顯減小電動機損耗、降低溫升、提率
　　降低電動機脈動電流和脈動轉矩、電動機振動小
　　對電機絕緣有利，電動機使用壽命提高
　　2.3.1輸出電流波形
　　由于輸出電壓諧波含量低、載波頻率高，因此輸出電流也具有良好的正弦波形
　　2.3.2長線路輸出連接電動機
　　由于輸出線路分布電容的存在，普通電壓源型變頻器輸出dv/dt高，不能傳輸長線路，否則容易引起電壓振蕩和保護誤動作，LBP系列高性能智能裝置輸出端加裝交流電抗器（200米以上），因此輸出可傳輸長線路。
　　2.3.3轉矩階躍響應速度快
　　此裝置是電壓型控制，可以在各種負荷下高功率因數(shù)運行，從而可以提高功率因數(shù)，減少損耗，顯著優(yōu)點是輸出轉矩響應速度快，可實現(xiàn)矢量控制。
　　2.4數(shù)據(jù)記錄和參數(shù)設置功能
　　2.4.1智能控制裝置運行參數(shù)在線整定
　　LBP系列高性能智能裝置提供的大部分參數(shù)可在線整定，例如報警值、保護值、升降速速度。這些參數(shù)大致可分為電動機參數(shù)和變頻器參數(shù)，在很大程度上，系統(tǒng)的運行特性取決于參數(shù)設置情況。
　　參數(shù)的設置由兩種途徑：
　　通過的顯示器，此方法操作復雜、不直觀。
　　通過上位機通訊方式，是zui快捷的方式，zui直觀的方式，并且有在線的參數(shù)設置幫助
　　2.4.2電量數(shù)據(jù)在線監(jiān)測
　　系統(tǒng)在上位機上提供如下數(shù)據(jù)處理功能：
　　輸出電壓和電流、輸入電壓和電流、輸出功率和功率因素、輸入功率和功率因數(shù)的顯示
　　輸出功率的實時曲線
　　出負荷的歷史數(shù)據(jù)曲線，
　　可根據(jù)需要擴充輸入輸出接口配置
　　2.2.3工業(yè)標準通訊功能
　　系統(tǒng)提供兩種通訊功能：
　　標準的RS485或RS232可選擇的通訊接口，電氣隔離，直接由主控制處理器控制，具有功能全面、控制實時的特點由工控機處理器擴展的通訊接口，根據(jù)現(xiàn)場需要，可以是以太網(wǎng)適配器、RS485或RS232等。具有組網(wǎng)方便、適應性強的特點
　　通過通訊，用戶可控制主控單元裝置的運行、獲行運行和操作數(shù)據(jù)、改變參數(shù)設置。不同的接口具有不同的權限，通過由主控處理器連接的通訊接口可獲得完整的操作控制權限，而擴展的通訊接口可獲得部分控制權限以及進行數(shù)據(jù)傳輸。
　　2.2.4遠程控制、監(jiān)控
　　LBP系列高性能智能裝置提供遠程監(jiān)控，采用原系統(tǒng)的控制方法：
　　2.3輸出特性
　　降低輸出電壓諧波具有如下功效：
　　明顯減小電動機損耗、降低溫升、提率
　　降低電動機脈動電流和脈動轉矩、電動機振動小
　　對電機絕緣有利，電動機使用壽命提高
　　2.3.1輸出電流波形
　　由于輸出電壓諧波含量低、載波頻率高，因此輸出電流也具有良好的正弦波形
　　2.3.2長線路輸出連接電動機
　　由于輸出線路分布電容的存在，普通電壓源型變頻器輸出dv/dt高，不能傳輸長線路，否則容易引起電壓振蕩和保護誤動作，LBP系列高性能智能裝置輸出端加裝交流電抗器（200米以上），因此輸出可傳輸長線路。
　　2.3.3轉矩階躍響應速度快
　　此裝置是電壓型控制，可以在各種負荷下高功率因數(shù)運行，從而可以提高功率因數(shù)，減少損耗，顯著優(yōu)點是輸出轉矩響應速度快，可實現(xiàn)矢量控制。
　　2.4數(shù)據(jù)記錄和參數(shù)設置功能
　　2.4.1智能控制裝置運行參數(shù)在線整定
　　LBP系列高性能智能裝置提供的大部分參數(shù)可在線整定，例如報警值、保護值、升降速速度。這些參數(shù)大致可分為電動機參數(shù)和變頻器參數(shù)，在很大程度上，系統(tǒng)的運行特性取決于參數(shù)設置情況。
　　參數(shù)的設置由兩種途徑：
　　通過的顯示器，此方法操作復雜、不直觀。
　　通過上位機通訊方式，是zui快捷的方式，zui直觀的方式，并且有在線的參數(shù)設置幫助
　　2.4.2電量數(shù)據(jù)在線監(jiān)測
　　系統(tǒng)在上位機上提供如下數(shù)據(jù)處理功能：
　　輸出電壓和電流、輸入電壓和電流、輸出功率和功率因素、輸入功率和功率因數(shù)的顯示
　　輸出功率的實時曲線
　　出負荷的歷史數(shù)據(jù)曲線，
　　可根據(jù)需要擴充輸入輸出接口配置
　　2.2.3工業(yè)標準通訊功能
　　系統(tǒng)提供兩種通訊功能：
　　標準的RS485或RS232可選擇的通訊接口，電氣隔離，直接由主控制處理器控制，具有功能全面、控制實時的特點由工控機處理器擴展的通訊接口，根據(jù)現(xiàn)場需要，可以是以太網(wǎng)適配器、RS485或RS232等。具有組網(wǎng)方便、適應性強的特點
　　通過通訊，用戶可控制主控單元裝置的運行、獲行運行和操作數(shù)據(jù)、改變參數(shù)設置。不同的接口具有不同的權限，通過由主控處理器連接的通訊接口可獲得完整的操作控制權限，而擴展的通訊接口可獲得部分控制權限以及進行數(shù)據(jù)傳輸。
　　2.2.4遠程控制、監(jiān)控
　　LBP系列高性能智能裝置提供遠程監(jiān)控，采用原系統(tǒng)的控制方法：
　　2.3輸出特性
　　降低輸出電壓諧波具有如下功效：
　　明顯減小電動機損耗、降低溫升、提率
　　降低電動機脈動電流和脈動轉矩、電動機振動小
　　對電機絕緣有利，電動機使用壽命提高
　　2.3.1輸出電流波形
　　由于輸出電壓諧波含量低、載波頻率高，因此輸出電流也具有良好的正弦波形
　　2.3.2長線路輸出連接電動機
　　由于輸出線路分布電容的存在，普通電壓源型變頻器輸出dv/dt高，不能傳輸長線路，否則容易引起電壓振蕩和保護誤動作，LBP系列高性能智能裝置輸出端加裝交流電抗器（200米以上），因此輸出可傳輸長線路。
　　2.3.3轉矩階躍響應速度快
　　此裝置是電壓型控制，可以在各種負荷下高功率因數(shù)運行，從而可以提高功率因數(shù)，減少損耗，顯著優(yōu)點是輸出轉矩響應速度快，可實現(xiàn)矢量控制。
　　2.4數(shù)據(jù)記錄和參數(shù)設置功能
　　2.4.1智能控制裝置運行參數(shù)在線整定
　　LBP系列高性能智能裝置提供的大部分參數(shù)可在線整定，例如報警值、保護值、升降速速度。這些參數(shù)大致可分為電動機參數(shù)和變頻器參數(shù)，在很大程度上，系統(tǒng)的運行特性取決于參數(shù)設置情況。
　　參數(shù)的設置由兩種途徑：
　　通過的顯示器，此方法操作復雜、不直觀。
　　通過上位機通訊方式，是zui快捷的方式，zui直觀的方式，并且有在線的參數(shù)設置幫助
　　2.4.2電量數(shù)據(jù)在線監(jiān)測
　　系統(tǒng)在上位機上提供如下數(shù)據(jù)處理功能：
　　輸出電壓和電流、輸入電壓和電流、輸出功率和功率因素、輸入功率和功率因數(shù)的顯示
　　輸出功率的實時曲線
　　出負荷的歷史數(shù)據(jù)曲線，
　　有功電度表功能
　　2.4.3故障自動定位
　　在保護和故障情況下，系提供故障診斷和自動定位功能，如果由于單元內部保護引起切換，系統(tǒng)將指出是哪個單元因為何種原因引起切換
　　3.結構介紹
　　從結構上看，LBP1000系列高性能智能裝置分主控單元（包括逆變單元部分和主控部分）和切換回路，兩者為整體裝配，由于現(xiàn)場的控制室和動力室分開，此裝置的主控部分、顯示屏安裝在控制室內，主控單元放在動力室內。
　　3.1裝置安裝方式
　　驅動裝置外形尺寸緊湊，方便安裝，柜體開門以及單元插拔不碰及兩旁柜體;所有安裝、連接均在柜體前部完成。
　　4.主要技術指標
　　三、智能流程泵節(jié)能裝置的應用
　　智能流程泵節(jié)能裝置是一種節(jié)能調速裝置,特別是它可以根據(jù)設定信號調節(jié)電動機轉速,實現(xiàn)生產(chǎn)自動控制,節(jié)電效果顯著,可有力地促進企業(yè)節(jié)能工作的開展,因而在電機供電控制中得到廣泛應用。下面以我廠催化裝置中的頂循環(huán)油泵為例簡單說明控制調速策略。
　　1、控制流程簡介
　　頂循環(huán)油泵采用一開一備的配置方式,共有P2204A/B兩臺泵（132kw）。在正常情況下,一臺運行另一臺備用,主、備泵的切換通過人工方式手動實現(xiàn)。在供電控制方式上,P2204A實行常規(guī)電氣控制,主電源直接供給電動機,P2204B實行智能流程泵節(jié)能裝置控制,主電源經(jīng)過智能流程泵節(jié)能裝置后送給電機。系統(tǒng)調節(jié)參數(shù)為中間產(chǎn)品罐液位,測量位號為LT11205,PID調節(jié)回路調節(jié)閥LV11205。用一入二出安全隔離柵把信號一分為二，一路送入原回路，一路接入智能流程泵節(jié)能裝置，用控制電機轉速和調節(jié)閥開度使液位穩(wěn)定在給定值上。
　　2.控制方案的實施
　　3.節(jié)電效果
　　智能流程泵節(jié)能裝置投用后,控制回路的穩(wěn)定性和可靠性比調節(jié)閥有明顯提高,控制偏差大大減小,被控參數(shù)波動幅值較小。電機保持中速運行狀態(tài)。在電機啟動、控制過程中實行延時斜升、斜降,并且有輸出短路、欠壓、過流、過載過熱等報警跳閘及在線故障診斷功能,保證其運行安全可靠,降低故障率,減少了設備損耗,尤其顯著的是節(jié)能效果相當明顯。在正常工況下,投用前后的電氣參數(shù)如下:
　　電機功率132kw，據(jù)了解此泵一直未用到zui大流量，運行時間24小時/天，一年運行360天，經(jīng)實際檢測其節(jié)電率36%以上。年節(jié)電量（按36%）計算如下：
　　W原用電=24×360×（380×156×1.732）×0.85=754272（Kw.h）
　　W現(xiàn)用電=24×360×（350×116×1.732）×0.96=580608（Kw.h）
　　W節(jié)電=754272-580608=173664（Kw.h）
　　從以上可以看出,使用該裝置后功率節(jié)省173664kw.h,,若按電價0.55元/kwh計算,每年節(jié)約電費97251元。
　　不到一年可收回投資。該裝置的使用取得了非常明顯的節(jié)電效果。
　　四、結束語
　　實際應用證明智能流程泵節(jié)能裝置的使用取得意想不到的效果,特別是企業(yè)正在為降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟效益而大量采用新技術的今天,將會有更加廣闊的應用前景。該裝置投入運行已近一年未出現(xiàn)質量問題。