变频泵机组的电力驱动

离心泵的运行模式是最节能的，通过改变其轮子的转速来调节。如果使用可调电驱动器作为驱动马达，则可以改变车轮的旋转速度。
燃气轮机和内燃机的设计和特性使得它们可以在所需范围内提供转速变化。

利用装置的机械特性方便地分析调节各机构转速的过程。

考虑由泵和电动机组成的抽油机的机械特性。在图。图 1 显示了配备止回阀的离心泵（曲线 1）和配备鼠笼式转子的电动机（曲线 2）的机械特性。

米。一、抽油机的机械特性

电动机的扭矩值与泵的阻力扭矩之差称为动态扭矩。如果电机的扭矩大于泵的阻力矩，则动态扭矩为正，如果小于，则为负。

在正动力矩的影响下，泵单元开始加速工作，即加速。如果动态扭矩为负，则泵单元会延迟运行，即慢下来。

当这些力矩相等时，就会发生固定运行模式，即泵单元以恒定速度运行。该速度和相应的扭矩由电动机和泵的机械特性的交集决定（图 1 中的点 a）。

如果在以某种方式进行调整的过程中，机械特性发生变化，例如，通过在电动机的转子电路中引入一个额外的电阻器（图 1 中的曲线 3）变得更柔和，则电动机的转矩阻力的瞬间就会变小。

在负动态扭矩的影响下，泵单元延迟开始工作，即减速直到扭矩和阻力矩再次平衡（图 1 中的 b 点）。该点对应于速度和扭矩的特征值。

因此，控制抽油机转速的过程中始终伴随着电动机扭矩和水泵阻力矩的变化。

泵速的控制可以通过改变与泵刚性连接的电动机的速度，或者通过改变将泵连接到以恒定速度运行的电动机的传动装置的齿轮比来完成。

电动机转速的调节

交流电动机主要用于抽油机。交流电机的转速取决于电源电流的频率 f、极对数 p 和转差率 s。通过更改这些参数中的一个或多个，您可以更改电动机和与其相连的泵的速度。

变频电驱动的主要元件是 频率转换器… 逆变器具有转换为变量 e2 的恒定电网频率 f1。与频率 e2 成比例地改变连接到转换器输出端的电动机的速度。

使用变频器，电源电压 U1 和频率实际上不会改变 f1，转换为控制系统所需的可变参数 U2 和 e2。为了确保电动机的稳定运行，限制其在电流和磁通量方面的过载，保持变频器的高能量指标，其输入和输出参数之间必须保持一定的比例，具体取决于变频器的类型机械泵的特性。这些关系源自频率控制定律方程。

对于泵，必须遵守比率：

U1 / f1 = U2 / f2 = 常量

在图。图 2 显示了带频率调节的感应电动机的机械特性。随着频率f2的减小，机械特性不仅改变了它在n-M坐标中的位置，而且在一定程度上改变了它的形状。特别是，电动机的最大转矩减小。这是由于 U1 / f1 = U2 / f2 = const 的比率和频率 f1 的变化没有考虑定子有功电阻对电机转矩大小的影响。

米。 2. 频率电驱动器在最大 (1) 和降低 (2) 频率下的机械特性

调整频率时，考虑到这种影响，最大转矩保持不变，机械特性的形状保持不变，只是其位置发生变化。

变频器与 脉冲宽度调制 (PWM) 由于在转换器的输出端提供了接近正弦曲线的电流和电压曲线的形状，因此具有高能量特性。最近，基于 IGBT 模块（绝缘栅双极晶体管）的变频器最为普遍。

IGBT模块是高效率的关键元件。它具有低压降、高速和低开关功率的特点。基于具有 PWM 和矢量算法的 IGBT 模块的用于控制异步电动机的变频器与其他类型的变频器相比具有优势。它在整个输出频率范围内具有高功率因数。

转换器的原理图如图1所示。 3.

米。 3.IGBT 模块变频器方案： 1 — 风扇块； 2——电源； 3——不可控整流器； 4 — 控制面板； 5——控制面板； 6 — 脉宽调制； 7——电压转换单元； 8——系统控制板； 9——司机； 10——逆变单元保险丝； 11——电流传感器； 12——异步鼠笼式电动机； Q1、Q2、Q3——电源电路、控制电路、风扇单元开关； K1、K2——充电电容器和电源电路接触器； C——电容器组； Rl、R2、R3——电容充电限流电阻、电容放电限流电阻和漏极阻断电阻； VT - 逆变器电源开关（IGBT 模块）

在变频器的输出端，形成一条电压（电流）曲线，与正弦曲线略有不同，包含高次谐波分量。它们的存在导致电动机的损耗增加。因此，当电驱动器以接近额定转速的速度运行时，电动机会过载。

当以较低的速度运行时，泵驱动中使用的自通风电动机的冷却条件会恶化。在抽油机的正常控制范围内（1:2 或 1:3），这种通风条件的恶化通过流量和泵扬程降低引起的负荷显着降低得到补偿。

当以接近标称值 (50 Hz) 的频率运行时，冷却条件的恶化以及高次谐波的出现需要将允许的机械功率降低 8-15%。因此，电动机的最大扭矩降低了 1-2%，其效率降低了 1-4%，cosφ 降低了 5-7%。

为了避免电动机过载，必须限制其速度的上限值或为驱动器配备功率更大的电动机。当抽油机设计为在频率 e2 > 50 Hz 下运行时，最后一项措施是强制性的。通过将频率 e2 限制为 48 Hz 来限制发动机转速的上限值。驱动电机额定功率的增加四舍五入至最接近的标准值。

可变电块驱动的群控

许多泵组由多个模块组成。通常，并非所有单元都配备可调电驱动器。从两个或三个已安装的单元中，为一个单元配备可调电驱动器就足够了。如果变流器永久连接到其中一个单元，则它们的电机资源消耗不均匀，因为配备变速驱动器的单元使用时间要长得多。

为了在站内安装的所有模块之间均匀分配负载，开发了群控制站，借助于群控制站，模块可以串联连接到变流器。控制站通常是为低压设备 (380 V) 制造的。

通常，低压控制站设计用于控制两个或三个单元。低压控制站包括提供相间短路和接地保护的断路器、防止设备过载的热继电器，以及控制设备（开关、 按钮帖子 和别的。）。

控制站的开关电路包含必要的联锁装置，允许变频器连接到任何选定的模块并更换工作模块，而不会干扰泵送或鼓风装置的技术操作模式。

通常，控制站与功率元件（自动开关、接触器等）一起包含控制和调节设备（微处理器控制器等）。

根据客户的要求，车站配备了自动切换备用电源（ATS）、消耗电力的商业测量、停机设备控制的装置。

如有必要，在控制站中引入额外的设备，以确保与变频器一起使用单元的软启动器。

自动控制站提供：

• 保持工艺参数（压力、液位、温度等）的设定值；

• 调节和非调节装置的电动机运行模式的控制（消耗电流、功率的控制）及其保护；

• 主设备故障时自动启动备用设备；

• 在变频器发生故障的情况下直接将块切换到网络；

• 自动打开备用 (ATS) 电输入；

• 在供电网络丢失和深度电压下降后，站的自动重新连接 (AR)；

• 在给定时间停止和启动工作单元，自动改变站点的运行模式；

• 如果受控单元达到标称速度但未提供必要的供水，则自动激活额外的不受控单元；

• 一定时间间隔自动轮换工作块，保证电机资源均匀消耗；

• 从控制面板或从控制面板操作抽（吹）机组运行模式的控制。

米。 4、变频水泵电传动群控站

抽油机变频使用效率

使用变频驱动器可以显着节省能源，因为它可以在低流量下使用大型泵送装置。因此，可以通过增加单元的单位容量来减少它们的总数，从而减少建筑物的整体尺寸，简化车站的水力方案并减少管道数量阀门。

因此，抽油机采用可调电驱动，在节电节水的同时，还可以减少抽油机数量，简化站内液压回路，减少泵站厂房的建筑体积。在这方面，产生了次要经济效应：建筑物的供暖、照明和维修成本降低，根据车站的用途和其他具体条件，降低的成本可降低 20-50%。

变频器的技术文档显示，在抽水装置中使用可调电驱动器可以节省高达 50% 的用于抽取清水和废水的能源，投资回收期为三到九个月。

同时，对可控电驱动在运行泵组中的有效性的计算和分析表明，对于功率高达 75 kW 的小型泵组，尤其是当它们与较大的静压组件一起工作时，事实证明不适合使用受控电力驱动。在这些情况下，您可以通过节流、改变工作泵单元的数量来使用更简单的控制系统。

在泵组自动化系统中使用可变电驱动，一方面降低了能源消耗，另一方面需要额外的资金成本，因此在泵组中使用可变电驱动的可能性是通过比较降低的成本来确定的两个选项：基本和新。以可调电驱动抽油机为新选型，以机组恒速运行为主。