液体化工生产过程控制如何选择变频器？

变频器的使用有两个主要方面：

一、以满足控制要求的调速功能使用变频器，主要用于恒转矩和恒功率负载的场合的速度控制，这种情况选择变频器在设备的设计选型之初就进行考虑，因为以实现控制策略为目的，所以其选型与电机配合度很高，也有可行的案例及先前的经验作为参考。

二、以节能为目的的变频器的使用，这是最近几年来越来越火的现象，在液体化工等行业应用越来越广，不仅仅是新建设备的电机控制考虑使用变频器，在用的老旧的生产设备也纷纷进行改造，目的就是节约再用电机的能耗，由于中国液体化工基数大，在用的设备大都是效率较低的低压电机普通控制，其节能空间非常广阔。

液体化工中对于低压电机使用变频器，其目的是为了节能，而不是调速，因为液体化工电机主要控制的是加压泵和风机，尤其是加压泵的使用在液体化工中占用低压电机的比例在909以上，是液体化工行业用电最大的部分。

液体化工所使用的机泵本身对于速度控制没有特别要求，从工业生产方面看，现场机泵的运转速度与生产控制没有关系，而变频器的使用是为了调节电机的转速，那么转速与节能之间有什么关系呢?这应用到变频器的一种控制方式，U/F=常数的比例控制，从能源的方面看，这种控制方式使电机的电压随着频率的降低而降低，从而使电机的功率变小，实现节能。

液体化工生产控制经典的模式是电机带动加压泵加压被控流体，液体经过管道中的调节阀实现流量、压力控制，到达下一个生产设备，从而实现安全稳定的自动生产。
从流体力学的角度看，液体流经管道、阀门需要克服阻力而消耗流体的机械能，特别是调节阀这个环节，消耗的机械能占很大的比例，电机所耗费的能源在很大方面浪费在液体输送过程中，从节约能源的角度看，这一方面有可以改造的余地。

液体化工生产中的电机容量是在设计选型中根据工艺最大生产负荷而选择的，平常使用中受生产负荷和物料的变化，其往往出现大马拉小车的现象，电能转化成的液体机械能被消耗在液体输送中，此时如果能够让电机的功率变小，甚至取代工艺管道中的调节阀，使泵出囗的液体流量压力正好满足后续生产设备的需求，那么其就可节省很多不必要的电能损耗。

而变频器的U/F=常数的功能，正好可以满足这个条件，因此实现了变频器使用节省液体化工能源消耗匹配，所以变频器被广泛的应用于旧设备的节能改造中。
使用变频器取代在线流生产的控制调节阀来实现节能目标的同时还需满足生产的控制要求，因此需要把变频器+电机引入到自动控制策略的PID控制中，因此变频器需要引入4-20毫安控制信号，实现4-20mA信号与变频器0-50HZ的对应关系，即控制信号在4毫安时变频器输出的频率为0赫兹，20毫安时变频器输出的频率对应50赫兹，传统的控制策略都是如此。

但在实际使用中发现了一个很大的问题。

根据电机的调速原理：频率与速度成正比，轴功率与转速的三次方成正比;根据流体力学原理：液体流量与转速成正比，压力与转速的二次方成正比。

使用变频器+电机取代调节阀后，管道中的液体流量返回的信号与变频器输出的频率成线性对应，但液体的压力却与变频器输出的频率平方对应，即变频器输出频率变小刚好满足液体的流量控制，但液体的压力变小的幅度比流量大大的。

如果流量调节降低幅度过大，那么压力就会衰减过多，造成液体压力不能到达下游生产设备，引起加压泵的真空被破坏，加大流体在泵内叶片间的磨损，损坏加压泵同时也造成电机运转不出力即干磨，造成很大的能源浪费。

比如：一座高十米的楼房，要想自来水能够到达顶楼至少需要1公斤的压力，如果使用变频器控制加压泵电机的方式来控制在顶楼自来水的流量，如果顶楼不用水或者用水很少，那么其变频器接受的控制信号就会接近于4毫安，造成变频器的输出接近于0赫兹，造成电机转速缓慢，使加压泵出囗的自来水压力很小。

如果小于1公斤，那么顶楼的自来水管道就没有自来水，此时电机仍然在运转，浪费电能且损坏泵的叶轮，此时对于变频器控制流量已经没有意义，只有当变频器输出的频率控制电机加压泵出口压力超过1公斤时，其对于自来水的流量控制才有实质作用，因此变频器在一段区间内失去了节能的作用。

在厂里维护维修石油生产装置中也发现这种问题，控制塔器底部液位的抽出泵在生产中不定期的会出现泵不上量的现象，泵修是否频繁维修但无法排除故障，最后通过观察、实验、分析得出变频器输出频率过低造成抽出泵真空破坏而引发不上量的原因。通过对变频器设置下限输出频率，调整4-20毫安对应的变频器输出频率范围解决这种问题，后来对厂里所有的在用的低压变频器输出下限值都进行了设定，由于变频器控制的机泵后续工艺的垂直高度和管线不同，其泵出口的最低压力值也不同。
通过现象关闭泵出口手法达到设定压力值的方法找到每一台变频器的最低运行频率，最终实现了变频器输出的最佳频率范围，从现场使用看，厂内加压泵变频器运行的频率范围基本在16-41HZ之间。

除了变频器输出的频率范围要进行设定外，变频器自带的一些功能也需要进行设定，对于参与自控的变频器+电机泵需要设定自动重启功能，这样在厂内电压波动和晃点过程后，其电机能够自动启动运转，最快的恢复生产。

变频器前方加装过电压保护器，如果厂里使用变频器较多，厂内电网的谐波干扰和操作过电压及雷暴天气极易烧毁变频器，因此安装过电压保护器是一种很好的防护措施。以上是对于变频器使用过程中的理解，主要就是一点，应用于加压泵电机的变频器要根据生产工艺的不同设置合适的使用频率范围，否则出力不出功，对于生产、设备寿命、节能都是一个缺陷。