智慧變頻器可為石油、天然氣、化學(xué)品、食品飲料等能源密集型產(chǎn)業(yè)節(jié)省數(shù)千美元。

工業(yè)設(shè)施經(jīng)理和工程師一直在尋求降低設(shè)備成本和設(shè)備佔(zhàn)用空間的方法，同時(shí)減少設(shè)備所使用的能源。畢竟美國公司每年花費(fèi)超過 1650 億美元為製造廠房提供動(dòng)力。

工業(yè)與公共工程應(yīng)用中的電動(dòng)馬達(dá)和馬達(dá)系統(tǒng)（運(yùn)作如幫浦、風(fēng)扇、輸送帶與壓縮機(jī)等）使用了超過全球總耗電量的 50%。

而好消息是智慧變頻器（VFD）有望大幅降低馬達(dá)系統(tǒng)的能耗。

根據(jù)離心風(fēng)扇與幫浦的親和定律，馬達(dá)速度降低25%可將馬達(dá)的能源消耗降低約 60%。將幫浦或風(fēng)扇馬達(dá)的速度降低50%可將馬達(dá)的能源消耗降低近 90%。 此外，以較低速度運(yùn)作也能延長幫浦與其他驅(qū)動(dòng)設(shè)備的使用壽命。因此，使用變頻器將馬達(dá)速度針對(duì)特定應(yīng)用需求降低，可立即節(jié)省能源！

還有另一個(gè)好消息。Rockwell Automation 為工程師提供另一種重新思考資產(chǎn)利用率的方式。使用 PowerFlex 中壓（MV）變頻器與同步傳輸控制，工程師可以減少更多資本，並獲得節(jié)能解決方案……

降低設(shè)備成本

與大多數(shù)廠房採用的傳統(tǒng)一對(duì)一變頻器至馬達(dá)架構(gòu)不同，工程師可使用同步傳輸控制，透過單一中壓變頻器每次選擇性地控制多個(gè)馬達(dá)。

圖一 : 工程師可使用同步傳輸控制，透過單一中壓變頻器每次選擇性地控制多個(gè)馬達(dá)。

透過同步傳輸控制，您可以使用中壓變頻器輸出將馬達(dá)供應(yīng)頻率調(diào)整為與公用電源供應(yīng)器相同的頻率，隨後將馬達(dá)從變頻器輸出傳送至該公用電源，然後再重複此流程。事實(shí)上，一個(gè)採用同步傳輸技術(shù)的中壓變頻器已用於控制最多 10 個(gè)馬達(dá)系統(tǒng)。

此外，每部馬達(dá)在製程需要時(shí)，都會(huì)有一個(gè)內(nèi)建的變頻器（VFD）旁通，以全壓運(yùn)作。因此，使用同步傳輸系統(tǒng)，製造商的資本成本節(jié)約可高達(dá) 50%，而且可獲得最長運(yùn)作時(shí)間的備援。

不僅如此。

降低能源成本至關(guān)重要

雖然在降低變頻器系統(tǒng)的初始資本成本方面投入了大量心力，但各公司仍應(yīng)考量安裝壽命期間的總能源成本。這遠(yuǎn)比馬達(dá)與變頻器（VFD）的購買價(jià)格還重要。

在20年期間，一般150 kW（200 Hp）工業(yè)用馬達(dá)的整體擁有成本的90%以上是其消耗的能源，馬達(dá)在運(yùn)作三個(gè)月內(nèi)即可消耗相當(dāng)於其資本成本的電力！20 年來，馬達(dá)的資本成本可能低於總整體擁有成本的 2%。

圖二 : 對(duì)比室內(nèi)A 4-馬達(dá)同步傳輸系統(tǒng)（左）、4個(gè)VFD的空間需求（右）。

石油與天然氣同步傳輸控制

例如，在石油與天然氣產(chǎn)業(yè)中，各公司使用數(shù)百個(gè)幫浦與壓縮機(jī)，將原油與天然氣從石油與天然氣場的管路移動(dòng)到精煉廠或加工廠。

典型的管路站可運(yùn)輸石油相關(guān)製品。站點(diǎn)的總馬達(dá)電源額定值取決於多種因素，包括黏度、管路距離、符合排程所需的流量等。針對(duì)特定的幫浦站，最極端的幫浦容量需求可能總計(jì)高達(dá) 6711 kW（9000 Hp）。但與其使用一個(gè)大型幫浦，由一個(gè) PowerFlex 中壓變頻器（VFD）控制的三臺(tái) 2237-kW（3000-Hp）幫浦系列，可提供更高的資產(chǎn)利用率和幫浦至馬達(dá)備援。

在製程需求達(dá)到峰值時(shí)，同步傳輸系統(tǒng)可增加幫浦能力。同樣地，變頻器的超速操作可以利用更低峰值能源速率，因此當(dāng)公用設(shè)施速率較低時(shí)，會(huì)移動(dòng)更多產(chǎn)品。

遠(yuǎn)端監(jiān)控與即時(shí)資料

PowerFlex 變頻器（VDF）也提供即時(shí)製程控制與資料，有助於改善獲利與損失。

例如，透過將變頻器連接至設(shè)施的控制網(wǎng)路，操作員會(huì)發(fā)現(xiàn)個(gè)別能源公用區(qū)域的兩個(gè)已連線幫浦站的電力速率明顯不同。然後，操作員可以在較低速率的區(qū)域中更輕鬆地操作幫浦站。

即使是在一個(gè)公用設(shè)施區(qū)，操作員也可以發(fā)現(xiàn)在離峰時(shí)間的能源成本較低，然後調(diào)整系統(tǒng)以利用較低的速率。

智慧變頻器（VFD）有助於縮短停機(jī)時(shí)間

有了智慧變頻器，工程師可以設(shè)定分析模型來測量設(shè)備速度或其他特性。此外，他們可以使用遠(yuǎn)端存取資料來識(shí)別潛在的維護(hù)需求。在檢查以相同速度運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)幫浦時(shí)，工程師可能會(huì)注意到一個(gè)幫浦的負(fù)載扭矩較低。因此可派遣技術(shù)人員來調(diào)查問題。具備遠(yuǎn)端資料透明度的變頻器（VFD）有助於：

● 縮短停機(jī)時(shí)間並降低維護(hù)成本

● 根據(jù)內(nèi)建的分析功能，提供重要元件的生產(chǎn)壽命警告

● 確認(rèn)變頻器元件執(zhí)行時(shí)間與維護(hù)要求

● 此外，當(dāng)PowerFlex 6000T VFD與FactoryTalk Analytics GuardianAI結(jié)合使用時(shí)，操作員可以更全面地檢視廠房資產(chǎn)的健全狀況，包括：

● 預(yù)測並識(shí)別幫浦、風(fēng)扇或風(fēng)箱的失效

● 取得氣流受限、空蝕、安裝鬆脫、葉片未對(duì)齊、軸承故障等通知

中壓變頻器能締造最大價(jià)值

石油、金屬、礦物、食品、紙張和化學(xué)品等能源密集型產(chǎn)業(yè)，占全球工業(yè)能源使用量的50%以上，為智慧型馬達(dá)控制解決方案提供無數(shù)機(jī)會(huì)。

PowerFlex中壓變頻器可控制幫浦、壓縮機(jī)、輸送帶、風(fēng)箱、擠壓機(jī)、風(fēng)扇、攪拌機(jī)、起重機(jī)、升降機(jī)、冷卻器與螺旋槳的馬達(dá)，而且每個(gè)應(yīng)用都提供減少能耗的機(jī)會(huì)。

在水、污水、石油與天然氣產(chǎn)業(yè)的幫浦中應(yīng)用同步傳輸控制的機(jī)會(huì)非常大。Rockwell Automation 在能源產(chǎn)業(yè)的客戶之一使用超過100個(gè)中壓變頻器，而且大多數(shù)都使用同步傳輸系統(tǒng)。

3大同步傳輸馬達(dá)控制優(yōu)點(diǎn)

以更少的設(shè)備完成更多工作。PowerFlex 6000T 與 PowerFlex 7000 VFD 含同步傳輸控制能幫助：

● 節(jié)省能源：結(jié)合變頻器（VFD）的效率與順暢同步轉(zhuǎn)換，以最佳速度獲得直接啟動(dòng)操作的節(jié)能效益。降低能源消耗峰值費(fèi)用。由於變頻器的尺寸與數(shù)量減少，而減少變頻器功率損耗。

● 節(jié)省時(shí)間：減少設(shè)計(jì)多變頻器系統(tǒng)的時(shí)間和成本：指定、購買、運(yùn)送、安裝、試運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)額外的變頻器。

● 節(jié)省成本：降低資本與營運(yùn)成本。與多個(gè)變頻器相比，使用同步傳輸系統(tǒng)的購買、存放、供電和冷卻一個(gè)中壓變頻器的成本更低。

Rockwell Automation從1989年起提供具有中壓變頻器的同步傳輸系統(tǒng)，目前已在全球?qū)嵶鲾?shù)百個(gè)同步傳輸系統(tǒng)。智慧變頻器透過預(yù)測性維護(hù)警示提供精確的馬達(dá)控制與即時(shí)製程資料，能夠協(xié)助達(dá)成生產(chǎn)目標(biāo)。

（本文作者Richard Paes¹、Frederick Jason²為Rockwell Automation¹電源與整合、重工業(yè)技術(shù)顧問、²中壓驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品經(jīng)理）

**刊頭圖（source：Rockwell Automation）