交流变频调速技术在国民经济和日常生活中已发挥着日益重要的作用，被广泛应用于工业生产以及人们日常生活中，这主要得益于其优良的节能特性和调速特性。油田注汽锅炉是一种需精确控制的高能耗设备，其主要耗能和调节部件是柱塞泵和鼓风机，变频控制技术是目前对泵与风机实现软启动和精确控制最先进的工艺，因此变频控制技术成为注汽锅炉应用的第一选择，其在注汽锅炉中的应用对于提升锅炉的性能和节能方面都具有重要的意义。

变频调速器轻松实现变频与降压

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。工业常用变频器为VVVF形式，即 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。电机的旋转速度是由电机的极数来决定的，而电机的旋转速度又同频率成比例（这里所讲电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机）。感应式交流电机的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。变频器就是将电源的频率在电机的外面均匀的调节后再供给电机，从而达到自由控制电机旋转速度的目的。

在实际运行中如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时相应地改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。如为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V。

因地制宜实施锅炉变频控制   

热采锅炉是油田采油专用大型设备，同普通供液锅炉相比，具有工作压力高（大于20MPa）和工作温度高（大于350℃）的特点，因此安全问题是生产中的主要问题，自控方案的设计也必须遵循安全、可靠、准确这一原则。随着稠油勘探、开发深度的不断发展，要求蒸汽吞工艺的控制调节更加灵活和精确，通常能在6t/h～10t/h范围内进行精确调节。现有锅炉的额定排量一般都在10吨/小时以上，由于原锅炉采用柱塞泵供水，所以对流量的调节不能采用节流的方式，而使用回水调节。通过调节回水阀的开度来改变回水量，从而间接调整供水量的大小，这种方法存在以下几个缺点：调节范围比较小。一般回水阀的口径都比较小，流通能力有限，因而也就无法根据工艺要求在大范围内调整供水量；调节精度差。由于回水阀的调节是开环控制，加上地层压力的不规则变化，使得供水量经常发生波动，影响了热采效果；能耗损失严重。柱塞泵的出口水压力一般都比较高，高压水通过回流阀重新返回入口，这本身就是一种能量的浪费。出口水压力越大，能耗就越明显。

为了克服以上缺点，新的控制方案取消了回流阀，改用变频控制。通过变频器改变柱塞泵电机的运行速度，从而达到调整供水量的目的。另外流量控制改为闭环控制，实时监测流量的变化，当与设定值不同时，由调节器自动改变变频器的输出频率。控制算法采用目前比较先进的模糊PID算法。自控系统可根据流量的特点动态改变调节参数，使得调节时间最短，控制精度最高。

另外，根据热采工艺的要求，部分地层要求保持相对稳定的压力进行注汽。这里仍然不采用节流的方式，而采用调节电机转速的方法，由于压力的调节与流量的调节是一对矛盾，因此采用转换开关的方式，由现场操作人员对控制对象进行选择。

恰当选用设备实现自控方案

高压蒸汽的产生是一个连续过程，因此自控设备的选型必须考虑到在国内有较大的占有量，工作稳定可靠，便于维修等几方面。

变频器是整套控制系统的核心，一般要选择信誉好、技术服务过硬的品牌，在功率上选择高于电机一个指标（如75kW电机选用90kW的变频器），以保证其连续工作的稳定性。虽然变频器内自带PID调节功能，但控制方案比较单一，无法更好的满足现场多参数控制的要求，并且操作也不方便。因此采用单回路调节器来完成模糊PID运算，其输出信号（4mA～20mA）做为变频器的外给定信号，控制电机的运行速度。

在起炉或停炉时，由于全系统还不是处在稳定的工作状态，因此必须采用手动方式，人工调节流量和压力的大小。因此在单回路调节器的选型上还必须有手/自动切换功能。当处于手动状态时，直接输入变频器的运行频率（0Hz～50Hz），待系统运行稳定后，再无扰切换至自动状态。

为保证原系统的完整性，在自控系统的设计中保留了原有的工频运行方式，并可通过转换开关切换。当切换至工频方式时，变频控制全部隔离，此状态还可用于自控系统的检修、参数的调整等。

压力的检测采用一体化小型压力变送器，量程范围0MPa～40MPa，流量的检测采用孔板流量计，量程0吨/小时～20吨/小时。所有的变送器安装在仪表盘下放的箱体内（如下图所示）。

变频技术节能  稳定  高效  

使用该方案后初步能达到几下几方面的效果： 

变频节能  为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，使用该方案后，运行中可根据负荷降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。 当电机转速从N1变到N2时，其电机轴功率（P）的变化关系如下： P2／P1 =（N2/N1）3 ，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。

稳定精确调节功能  实现了对柱塞泵排量的稳定大范围调节，变频控制系统通过调节电机的转速实现了从根本上控制柱塞泵的排量，它不受外界条件的影响，因而是稳定的。从理论上讲，该系统右以使柱塞泵在0Hz-50Hz之间的任一频率上稳定的工作（调节精度为0.1Hz），而频率与电机转速、电机转速与柱塞泵排量之间都是线性对应关系。因而可以方便地通过调节电机的频率来控制和计算出泵的排量，从而扩展了锅炉的施工能力。

变频软启动节能  在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收 7 倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可从0-电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

提高功率因数节能   电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用，对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。 

采用变频节能调节后，由于其性能已变为：AC－DC－AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗。

方案实施须知 

变频控制活动注汽锅炉技术是一项比较成熟的技术，其核心内容是变频器控制感应式交流电机技术，通过对不同型号和排量的注汽锅炉的应用都取得了很好的控制效果，但在应用中要根据实际情况和功能的要求选择方案，具体实施中要注意几下几点：

变频器的选型，要按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩和使用环境的要求，决定选用何种控制方式和防护结构的变频器最合适。所谓合适是指在满足机械设备的实际工艺生产要求和使用场合的前提下，实现变频器应用的最佳性价比。

在变频器功能参数选择和预置时应注意，由于负载的阻转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于电动机的额定频率时，负载的阻转矩会超过额定转矩，使电动机过载。所以，要严格控制最高工作频率不能超过电机额定频率。

变频器对散热有较高的要求，其故障率随温度升高而成指数上升。使用寿命随温度升高而成指数下降。环境温度升高10℃，变频器使用寿命减半，因此要重视其散热效果，对于单元型在盘内、挂在墙上的都取纵向位，尽可能垂直安装。对有风扇的机种，风的方向是从下向上，所以装设变频器的地方，上、下部不要放置妨碍吸、排气的机械器材。