变频应用

关键词： 制热 变频空调 节能 空调

变频应用（精选十篇）

变频应用 篇1

1. 变频器与空调控制系统的关联

1.1 空调控制系统的控制对象大多属于热工对象，从控制的角度分析具有以下特点：

1.1.1 多工况性

一年中，空调系统的设计工况一般分为夏季、过渡季节、冬季;一天中，设计工况又分为白天和夜晚。这样空调对空气的处理过程具有多变性，这就要求空调的运行不能设定在某一不变的参数，空调的控制系统需要有灵活的动作来适应工况的变化。

1.1.2 多干扰性

由于空调系统的控制对象是热工现象，其中室外新风受气候条件、日照强度的影响;围护结构对室外空气温度、太阳辐射的吸收和反射、传导;室内人员的变动、机器、照明设备的启停等都会对空调系统产生影响。如果不采用变频调速技术，由于空调负荷一般是按不利工况设计的，将会造成空调系统能量负荷的很大浪费。

1.2 变频器的核心是电力电子器件及控制方式。

1.2.1 电力电子器件

电力电子技术研究的是电力电子器件在电路中的通断作用所实现的各种变换，变频器就是这种变换装置。晶闸管半控器件，属于第一代产品，历史悠久，无论用作整流还是用作逆变，都是比较成熟的。全控器件GTO和BJT，不管是组装直流斩波器还是组装变频器，GTO在电力机车上的应用具有垄断性，而用BJT组装的直流斩波器和PWM变频器十分流行。在变频器中，新一代的电力电子器件是IGBT和MCT，把IGBT的驱动电路和保护电路复合在一起的智能器件叫IPM，还有把开关电源复合在一起的IPM，使变频器更加可靠，已经成为调速的主导产品。

1.2.2 控制方式

变频器用不同的控制方式，得到的调速性能、特性和用途是不同的。控制方式基本分为开环控制和闭环控制，开环控制有U/f电压与频率成正比例的控制方式;闭环有转差频率控制和各种矢量控制。从发展历史来看也是从开环到闭环，如今的矢量控制可以实现与直流机电枢电流控制相媲美。现在还可以直接取交流电动机参数进行直接转矩控制，这样控制就方便准确，精度高。

2. 变频空调用变频器

变频空调主要指的是对空调系统中室外的压缩机而言的，其功率从1—5hp不等;而对变频压缩机的控制是通过变频控制系统来实现的。

2.1 变频压缩机

变频压缩机按电动形式的不同，有DC电动机和AC电动机的变频压缩机，DC变频压缩机价格贵，但效率高;AC变频压缩机价格较低，应用广泛，制造较成熟，性能可靠。按压缩机形式的不同，有单缸滚动活塞式、双缸滚动活塞式和涡旋式等几种，其中涡旋式压缩机性能好，但价格较贵;双缸滚动活塞式压缩机运转平衡，价格亦较便宜;单缸滚动活塞式压缩机振动较大，价格较低。

压缩机的特性决定了变频器的负载特性，与工业通用变频器不同的是，它的负载特性变化并不大，在同频率下影响压缩机电动机的工作点的主要是制冷剂的充灌量，如下图所示，不同充灌量时电动机工作点分别在A点和B点。

为使电动机工作在最佳工作点，要对压缩机电动机的电流进行检测，以确定电动机的负载。根据负载电流、U/f特性曲线进行补偿，补偿曲线如下图所示。

2.2变频控制系统

如上图所示，在室内机和室外机分别设有一片芯片，通过遥控器将信号传给室内机的控制系统，然后通过室内机和室外机之间的通信，将信号传给室外机控制系统的芯片。室外机控制系统的芯片同时还接受风扇转速、四通换向阀动作位置、室外气温、热交换器盘管温度等信号，以及变频器反馈回来的信号，通过处理后，向变频器发送操作频率的信号，以及其他保护措施的信号。压缩机的转速n，扭矩T与变频器的频率f，电压U之间有如下关系：

式中，k为系数;s为转差率;p为电动机的磁极对数。按此公式如前所述进行变频调速。

2.3 变频应用实例

在鸿艺大厦项目中，空调系统采用大金分体多联系列，在控制方式上原先设计采用U/f SPWM控制方式，但为了更好地体现变频的节能优势，经业主要求，我公司作为总包单位，和分包单位一起重新设计了新的控制方式，即应用模糊控制理论进行控制。以一拖三变频空调模糊变频控制器为例，基本结构框图如下：

2.3.1 室内机8位单片计算机作为控制核心，除完成一般

空调的基本功能外，还完成以下功能：对室温进行模糊推理，决策得到制冷数据传送给室外机，同时控制室内风机转速。根据蒸发器温度及其出口管壁温度差一级变化率进行模糊推理、决策，将相应电子膨胀阀开度数据传给室外机。

2.3.2 室外机由16位专用单片机M37750作为控制核心，

采用目前国际上最先进的功率模块IPM模块，驱动变频压缩机，主要完成以下功能，综合室内机制冷数据对压缩机进行变频调速，根据各室内机传送的数据分别控制三个电子膨胀阀，检测室外环境温度、冷凝器温度、确定是否化霜，并在化霜时控制压缩机电子膨胀阀。

2.3.3 由于使用了IPM模块，死区时间可减至5μs，这样

高的开关频率、低的死区时间使得变频器谐波成分大大减小。设计了高性能的开关电源作为控制电源，在交流100—300V大范围内都能正常工作，这样在电网电压很低的情况也能可靠工作，根据对电网电压的检测，压缩机降至相应频率上工作，只不过制冷量减少了而已。

2.3.4 空调器中，变频控制根据负荷的变化实现压缩机制

冷量的连续调节，为了保证制冷系统的最佳控制，同时要求制冷剂供液量的调节方位宽，调节反应快。因此，电子膨胀阀的使用与控制对制冷系统的性能起着至关重要的作用。在停机时将电子膨胀阀完全关闭，阻止冷凝器的高温液体流入蒸发器，压缩机起动前，先将电子膨胀阀全开，使系统高低压侧压力平衡，然后再开机，这样既可以轻载起动，又减少停机中的热损失，减少了能量损失。

2.3.5 模糊控制本质上是一种非线性控制器，对于工作条

件在大范围内变动、过程运态具有非线性的系统，比传统控制更为有效。在房间空调温控系统中，空气的泄露、人物的数量、房间开门的次数等，都是不确定的因素，制冷量与压缩机转速也是非线性关系。因此采用模糊控制，比传统控制温度进度高，过渡过程优良，舒适性也有所提高。

3. 结语

变频水泵的应用 篇2

风机水泵在工农业生产及民用建筑的应用量大、面广，据统计，80年代以来，风机水泵的用电占全国用电总量的31%，占工业用电的40%~45%[1]，不少变频器生产厂家、变频器应用的书籍手册也给出了变频水泵、风机节能效果的计算公式:泵能耗与泵转速的三次方成正比[1][2]。如果泵转速是其额定转速的1/2，则功耗只有额定值的1/8，节能87.5%。

我国能源形势非常紧张、能源利用效率不高的国情以及可持续发展国策驱使下，被描述的风机水泵变频节能前景确实诱人。果真如此吗?否，变频泵的三大关系式的使用是有条件的，变频节能的主要应用领域是在风机水泵上，作为变频器的生产厂家，特别是专门研究变频控制的专家学者，必须明明白白告诉读者，变频节能到底是怎么一回事。

系统是物质世界存在的基本方式和根本属性，变频水泵也不例外，它是水路系统中的一个子系统，一个环节，它的任务是为系统的大目标服务的并和系统中的其他子系统协调工作，共同完成水系统的总目标、任务。水系统的主要任务、目标是在保证水系统最不利环路的资用压力的前提下，最大限度的节省能量，如果满足不了这个要求，水系统最不利环路的资用压力达不到设计要求，那最不利环路中的空调设备将不能正常工作，水系统的设计就是失败的。

2 相似定理导出的变频泵的流量、压力、功率和转速的关系式

在水泵内流动完全相似的条件下(即满足几何相似、运动相似和动力相似，其中几何相似是运动相似、动力相似的基础)可以推导出著名的流量、压头、功率和转速关系的方程式:

下标为0的参数，为额定工况参数，下标为1的参数是转速为n1时的参数。

式(1)~(3)三个关系式是把水泵从水系统中孤立出来，从相似理论推导出的结果。有了相似理论，人们才有可能利用模型级的方法开发研究高效离心水泵、风机和涡轮发动机来。实际水泵是在水系统中运行的，它是水系统不可分割的一部分，因此从系统的观点来看，对泵完全相似要求的三个相似条件，是对整个系统而言的，而不是单单对泵要求的条件。这点可以从泵特性曲线和水系统阻力特性曲线图1上可以看出。

水系统管路阻力特性曲线如图1上的r1在所示，它是水管路几何参数完全确定的情况下实验或计算求得的管路的阻力—流量关系曲线。在实际工程中，管道内的流动在阻力平方区，因此管路阻力特性曲线r1由公式(4)表示:

式中:δp—管道水阻力; s—管道综合阻力系数

从系统的观点来看，如果水泵所在的水系统运行时某个部件几何形状发生了变化，便破坏了整个系统相似的基础—几何相似，在水系统中工作的水泵也不可能处在相似工况运行。只有管路阻力特性曲线r1上所有的点在运行时，是保持水系统的几何参数是不变的，因此泵的n1特性曲线上，唯有管路阻力特性曲线r1与n1的交点a1和额定工况点a0完全相似，才有上述的3个关系式，其他任何点，比如n1和等压线p0的交点c就没有上面3个关系。如果不分泵所在水系统的运行工况就宣称变频泵功耗和转速3次方成正比，这绝对是误导读者。

在水系统运行时唯一可变几何形状的部件是各种阀门，因此水泵变频运行时阀门开度不能变动，才能保持水系统流动相似的基础—几何相似。如果阀门在变频过程中开度变动，便破坏了水系统相似流动的基础，系统不在相似工况运行，在水系统中工作的水泵当然也不可能在相似工况下运行。由系统分析可知，水系统在相似工况运行变频水泵的节能效果最好，判别变频泵是否在相似工况运行最简单的方法是用水泵变频运行时阀门开度是否变化，阀门开度不变化，泵就在相似工况运行，节能效果最显著，这从另一个角度来看，阀门在运行中不变的要求是为了使阀门的节流损失最小;阀门开度变化，泵就不在相似工况运行，节能效果变差，而且阀门开度变化越大，节流损失越大，节能效果越差。

常见的恒压供水系统，泵能耗只和流量的一次方成正比，是采用变频调速节能效果较差的。如果采用空调变风量送风系统最小静压控制法类似的思想，供水过程中不再保持恒压，而是根据大部分阀门是否全开了来判断供水压力是否继续下降，以求得系统的阀门节流损失最小，

这种观点作者在文献[3]中有详细的论述。

在定压供水系统中，变频泵在新工况点c的功耗和转速不再有简单的(3)式关系，而是和水泵的当下流量lc成正比，如公式(5)所示，当然lc、wc和转速n1有隐函关系了。

式中:η—泵传动总效率。

从水电比拟法中也可以理解定压水系统中变频水泵功耗。在水电比拟中，水压相当于电压，水流相当于电流，水阻相当于电阻。水压的含义是单位时间内向高水压处输送单位体积的水水泵做的功，电压的含义是单位时间内向高电压处输送单位电荷电池做的功，电压、水压都是能量的概念，本质上是相同的。我们知道，所有定电压的用电器，其功率只和电流一次方成正比，水路和此一样。这点还可以从因次分析中清楚地看出。

3 在定压供水系统中对泵性能的要求

在定压供水系统中，泵性能应和管网特性、控制策略相匹配才能取得满意的控制结果。变频器相对价格昂贵，因此在实际应用中，水泵群都是采取“一变多定”的配置方案。经过分析，要完成水泵群“一变多定”省钱的配置方案，通常在选择水泵性能时有以下一些考虑。

3.1 完全满足“一变多定”配置要求的方案

经分析，完全满足水泵“一变多定”配置方案要求的，只有具有恒流特性的容积式水泵才可以。n0为容积泵额定工况特性曲线，n1、n2为容积泵变转速时的特性曲线，由图2中可以看出，容积泵具有恒流特性的。当管网特性由r0变化到r1时，在控制上很容易确定开一台定流量泵和一台变频泵来适应新的工况点流量的要求。但是容积泵的效率非常低，在水系统中若采用容积泵输送水来满足“一变多定”配置方案的要求，则是完全背离了采用变频水泵进行节能的初衷，因此，这个配置方案不能采用。

3.2 高性能离心泵的变频控制方案

采用了三元流动、进口导叶等等先进的技术，离心式水泵的特性曲线非常平坦，高效率的工作区域很宽，这正是水泵生产厂家和用户追求的。对于定压供水系统的高效离心水泵机群如果也采用“一变多定”配置的控制方案，则会引起一些问题。从这个图上可以很容易分析出，在定压供水系统中，变频水泵新的工况点也就是变频泵特性曲线和等压线交点，因泵的特性非常平坦，变频泵的变频范围非常小，且因为供水压力小的波动(这在供水系统中是非常正常的)新的工况点会发生剧烈变动，工况点极不稳定，虽然在控制中可以采用软件滤波的方法改善不稳定的情况，但变、定水泵配置方案运行匹配较为困难，节省的能量很有限却是肯定的，这和采用变频节能控制的初衷也是相违背的。因此对于实际工程中的高性能离心泵机群，所有泵都进行变频控制才是合理的，如著名的德国wilo公司的mhie、mviv系列变频恒压多泵并联供水系统，多台泵全部采用变频控制，以避免“一变多定”运行匹配困难的问题。如果水系统尽量采用“一变一备” 的配置，用一套变频器，切换控制两台水泵，同一时间只有一台泵处于变频运行，那就不会遇到“一变多定”运行匹配困难的问题，同时投资也很节省，这是变频水泵水系统设计中一种可行的方法。

4 结束语

(1) 在最常见的定压供水系统中，变频泵的功耗，只和流量的一次方成正比，而没有和水泵转速的3次方成正比的关系。

(2) 对于高性能的离心水泵，不宜采用“一变多定”配置方案。

(3) 各空调机水路中采用小的变频水泵的配置方案也是一种变频节能的好措施。

参考文献

[1] 许振茂. 森兰变频调速器在风机水泵中的节能应用[j]. 自动化博览，-5，增刊(变频应用专集).

[2] 许振茂. 变频调速器的节能应用与计算[j]. 自动化博览，2003-5，增刊(变频应用专集).

变频器维护及应用 篇3

关键词:变频器 维护 故障

中图分类号:TM921文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0093-01

变频器在工业生产中使用越来越广泛,为了确保生产的正常進行,以及延长使用寿命。正确的使用和维护非常重要。

1 变频器的维护

由许多集成芯片,电子元器件等组成,装置较为复杂,使用过程中不可避免的会出现各种故障,正确的维护,简单的检修可保证生产生活的正常进行。

1.1 变频器外部引起的故障

1.1.1 变频器的工作环境。

(1)物理环境

1)工作温度。变频器内部是大功率的电子元件,极易受到工作温度的影响,产品一般要求为0～55℃,但为了保证工作安全、可靠,使用时应考虑留有余地,最好控制在40℃以下。在控制箱中,变频器一般应安装在箱体上部,并严格遵守产品说明书中的安装要求,绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。

2)环境温度。温度太高且温度变化较大时,变频器内部易出现结露现象,其绝缘性能就会大大降低,甚至可能引发短路事故。必要时,必须在箱中增加干燥剂和加热器。

3)振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时,会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外,还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后,应对其进行检查和维护。

(2)电气环境

1)防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频,周围产生了很多的干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此,柜内仪表和电子系统,应该选用金属外壳,屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地,除此之外,各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆,且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰,往往会使整个系统无法工作,导致控制单元失灵或损坏。

2)防止输入端过电压。变频器电源输入端往往有过电压保护,但是,如果输入端高电压作用时间长,会使变频器输入端损坏。因此,在实际运用中,要核实变频器的输入电压、单相还是三相和变频器使用额定电压。特别是电源电压极不稳定时要有稳压设备,否则会造成严重后果。

1.1.2 接地

变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段,变频器接地端子E(G)接地电阻越小越好,接地导线截面积应不小于2mm2,长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开,不能共地。信号输入线的屏蔽层,应接至E(G)上,其另一端绝不能接于地端,否则会引起信号变化波动,使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通,如果实际安装有困难,可利用铜芯导线跨接。

1.1.3 防雷

在变频器中,一般都设有雷电吸收网络,主要防止瞬间的雷电侵入,使变频器损坏。但在实际工作中,特别是电源线架空引入的情况下,单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。在雷电活跃地区,这一问题尤为重要,如果电源是架空进线,在进线处装设变频专用避雷器(选件),或有按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入,则应做好控制室的防雷系统,以防雷电窜入破坏设备。实践表明,这一方法基本上能够有效解决雷击问题。

1.2 变频器内部引起的故障

1.2.1 参数设置引起的故障。应多注意电动机参数、变频器控制方式和启动方式的设定等,若发生参数设置故障,可根据故障代码或产品说明书进行参数修改,必要时可恢复出厂值,重新设置。

1.2.2 过电流和过载。如果变频器一上电就报过流故障,可能是整流桥或逆变管损坏,需予以更换;若去掉电动机不再报警,可能是变频器和电机间存在断路;若运行中,出现机械卡死、重载、加速时间设置过短或负载突变也有可能引起过流,应从上述可能性逐一排查。

2 变频器在双臂堆料机行走中的应用

DBS2000/30双臂堆料机是为非洲铁路和港口服务公司设计的,用于港口料仓堆积混匀铁矿石。本系统具有八台5.5kw行走电机并要求行走速度可调。设计理念要是行走速度可调,行走启动和停止以及调速过程中,设备平稳和安全。设计选用的是ABB550变频器,行走电机控制回路原理图如图1所示。本系统采用一台变频器带八台变频电机。

3 结语

在工业领域正确的使用和维护变频器不仅可以使变频器使用寿命延长,重要的是大大提高了生产效率和节能效果,提高机构的安全可靠性,使控制更安全。

参考文献

[1]王廷才.主编.变频器原理及应用.机械工业出版社.

[2]何超.主编.交流变频调速技术.北京航空航天大学出版社.

变频控制的应用研究 篇4

在当今的工业生产中很多场合都对电机的速度控制提出了很高的要求, 在一个控制流程中会要求电机输出多段不同的转速, 因此如何根据电机运动原理来改变电机的转速成为解决电机调速的关键。目前对交流异步电动机的调速主要是通过变频器来实现的, 即通过改变电动机的输入频率从而达到改变电机转速的目的。在使用上变频器主要分一般常用类变频器和风机泵类变频器, 其二者的不同点主要是所驱动的负载的特性不同。

1 变频控制中变频调速的原理

1.1 变频调速的控制方式

变频调速控制方式一般可分为两种, 开环控制和闭环控制, 闭环控制需要加测速反馈装置。开环控制主要是转速开环、恒压频比控制 (V/F控制) 的调速系统, 闭环控制方式包括转速闭环、转差频率控制的调速系统。

(1) V/F控制:异步电动机的转速由电源频率和电机级数决定, 即

其中:n———异步电动机转子转速;P———异步电动机极对数;f1———交流电源频率;S———异步电动机转差频率。

所以改变频率可以调节电动机的转速。但是频率的改变导致电动机内部阻抗也改变, 因此单独改变频率将产生由弱励磁引起的转矩不足和由过励磁引起的磁饱和等现象, 使电动机的功率因数和效率下降;V/F是一种开环控制方式, 变频器在改变输出频率的同时, 必须控制变频器的输出电压, 即使V/F为常值。要保持磁通量Φm不变, 当频率f1从额定值f1N向下调节时, 必须同时降低Eg, 即使得电动势与频率的比值为恒值。然而, 绕组中的感应电动势是难以直接控制的, 但当电动势值较高时, 可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降, 而认为定子相电压Us≈Eg, 从而使得电动势与频率的比值为恒值。

这就是恒压频比的控制方式即V/F控制, 采用这种控制方式可以保证电机转矩的较高稳定性。

(2) 转速闭环、转差频率控制:转差频率控制方式是在V/F控制方式的基础上发展起来的, 需要加装转速检测 (硬件) 和数字测速 (软件) 来检测出电动机的转速并反馈到变频器的中央处理单元, 然后根据实测转速信号ω与转差角频率ωs相加后得到电机定子频率的输入值ω1, 从而得到变频器的输出频率。由于转矩与转差频率的关系为:

其中:ωs=sω1;Ts———交流异步电动机转矩;ωs———转差频率;ω1———异步电动机定子频率;s———异步电动机转差率。

上式表明在s值很小的稳态运行范围内, 如果能够保持气隙磁通Φm不变, 异步电动机的转矩就近似与转差角频率ωs成正比。这就是说, 在异步电动机中控制ωs就能控制转矩。控制转差频率就代表控制转矩, 这就是转差频率控制的基本概念。

2 变频控制中常用参数的设置

2.1 多段调速的参数设置

在现代化的工业生产中变频控制已得到了广泛的应用, 其中恒压频比控制的调速方式不但可以很好的调整电机的转速同时可以保证电机转矩的稳定性, 因而得到了较多的使用。多段调速作为恒压频比控制的一种主要形式在变频调速中使用较多。

采用多段调速的方式来控制电机转速以台达VHD_A系列的变频器为例, 首先要进行主频率输入来源地选择, 将Pr.00中参数的值设定为d0000, 表示主频率输入由数字操作器控制, 而后设定运转信号的来源, 将Pr.01中的参数值设定为d0001, 即代表运转指令由外部端子控制。同时将Pr.39、Pr.40、Pr.41分别设定为多段速指令一、二、三。即分别将Pr.39、Pr.40、Pr.41中参数的值设定为d0000、d0001、d0002。而后要在Pr.16、Pr.17、Pr.18、Pr.19、Pr.20、Pr.21、Pr.22中设定不同的频率值, 从而通过Pr.39、Pr.40、Pr.41所组成的不同的二进制位来选择Pr.16到Pr.22中的频率值。其中Pr.39、Pr.40、Pr.41的内部二进制所对应的高低电平的状态对应变频器的外部输入端口Mx1、Mx2、Mx3的状态, 具体的对应关系如图1所示。

3 变频控制中的通讯方式

常用通讯方式简介:

变频控制中经常使用PLC来控制变频器进行调速以实现电机的多段速运行, 其中PLC与变频器之间的信号传输常见的有数字指令式、现场总线式等多种通讯方式。

3.1 数字指令式

该种通讯方式常见于较简单的调速设备中, 例如汽车行业中的清洗机, 当电机带动输送带运动一段距离即将到达设定位置前PLC便会发送减速信号, 通过输出一个高电平的数字量信号改变当前变频器的运行频率从而使电机减速。

3.2 现场总线式

随着现代工业设备的不断发展, 变频控制的使用也越来越广泛越来越复杂, 仅仅依靠数字指令的方式来控制变频器进行变频已不能满足设备的要求, 因此通过现场总线来实现PLC与变频器之间的通讯越来越多应用在现代化的复杂设备中。在变频控制中采用现场总线的方式进行通讯不但可以实现大量信号的快速传输, 同时可以将变频器作为整个控制系统中的一个子站从而对站点的状态实现实时监控。

近年来变频控制不断融合许多新的技术, 在通讯方式、变频装置内部监控以及对各类控制系统的兼容性等方面都有较大的发展, 随着变频控制技术的不断发展必将在更为广泛的领域得到使用。

参考文献

[1]彭增良.PLC与变频器连接时应注意的问题[J].电气时代, 2003 (8) :15-18.

变频调速在天车的应用分析 篇5

引言

随着电力电子技术的发展，PLC、变频器等自动化产品在电力拖动领域得到了广泛应用。起重机械采用PLC-变频器调速逐渐得到推广和普及，PLC程序控制取代传统的继电-接触器控制逐渐成为起重机械电气控制的主流；用变频电动机或异步电动机取代绕线电机，再配合先进的现场总线技术和人机界面系统，提高了设备控制精度和稳定性，降低了故障率，且节能效果显著，易于检修维护，成为提高企业生产效率的好途径。

１ 起重机械的组成及负载特点

起重机械最基本的工作机构有以下四种：即起升机构、小车机构、大车机构。起升机构是主要功能机构，其正反转工作变换比较频繁，每次的起吊重量差别比较大，且具有恒转矩负载的特点。起重机械的起升机构由电动机、减速器、卷筒等部分组成，其作用可将原动机的旋转运动转变为吊钩的垂直升降运动，实现吊具垂直升降的目的功能不可缺少的部分。

由于重物在空中具有位能，重物上升时，是电动机克服各种阻力(包括重物的重力、摩擦阻力等)而做功，属于阻力负载；重物下降时，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力(位能)，因此，当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，电动机成为了能量的接受者，故属于动力负载。但当重物的重力小于传动机构的摩擦阻力时，重物仍须由电动机拖动下降，仍属于阻力负载。

为使重物在空中停止在某一位置，在起升机构中还必须设置制动器和停止器等控制部件。为了适应不同吊重对作业速度的不同要求，起升速度应能调节，并具有良好的微动控制性能。微动速度一般在0.25～0.4m/min范围。

通过对起升机构分析不难发现，其工作中的主要有三种转矩：

(1)电动机的转矩TM，即由电动机产生的转矩是主动转矩，其方向可正可负;

(2)重力转矩TG，即由重物及吊钩等作用于卷筒的转矩，其大小等于重物及吊钩等的复合重量G与卷筒半径r的乘积：

TG=G·r(1)

TG的方向永远是向下的。

(3)摩擦转矩T0，即由于减速机构的传动比较大，减速机构的摩擦转矩(包括其他损失转矩)不可忽视。摩擦转矩的特点是，其方向永远与运动方向相反。

２ 变频调速的基本原理与电动机的机械特性 2.1 变频调速的基本原理

一般三相异步电动机调速方法有：(1)改变磁极对数p来改变电机转速，所得到的转速只能是3000、1500、1000…，为有级调速；(2)改变转差率s调速，常用的方法是改变定子电压调速和滑差电机调速，该方法转子损耗较大，效率低；(3)改变定子电源频率f1，其调速属于改变同步转速n1调速，由于没有人为的改变s，转子中不产生附加的转差功率损耗，所以效率高。其是一种较为理想的调速方法，但变频调速需要较复杂的控制电路组成。

三相异步电动机同步转速为（2）

式中，p——磁极对数；

f1——定子电流频率，即电源的频率，f1=50Hz；

s——转差率，即同步转速与转子转速二者之差与同步转速的比值。

由于交流电的频率，T为交流电的周期。变频调速就是改变逆变器输出交流电压的周期，就可以改变交流

电压的频率f。所谓改变周期，实际上是在控制电路上采用晶闸管，通过改变晶闸管的导通时间，实现交流电周期的改变。导通时间越短，输出交流电压周期越短，频率越高。即从控制上，用改变晶闸管门极驱动信号的频率控制逆变器输出电压的频率f1，从而实现电动机工作速度的调节。2.2 电动机变频调速的机械特性

起重机械各部分的拖动系统，一般都需要调速，在变频调速问世之前，已经发明了多种调速方法，获得了广泛的应用。例如：增大或改变转子回路内电阻的调速、电磁调速电动机等等。比较常见的是采用绕线转子异步电动机，调速方法是通过滑环和电刷在转子回路内串入若干段电阻，由接触器来控制接入电阻的多少，从而控制了转速。

n = n0-k(Ra + Ri)T（3）式中，n——电动机的输出转速；

n0 ——电动机理想空载转速；

k——比例系数；

Ra——电枢电阻；

Ri——回路内串电阻；

T ——电枢电流切割磁力线所产生的电磁转矩。

从图2不难发现，由于回路内串电阻的存在，其电动机的机械特性变软，输出速度降低；而机械特性越软，电动机的负载能力越差。

电动机采用变频调速，一方面可以实现节能，另一方面可以保持较硬的机械特性，负载能力较好。下面就起升过程中的电动机工作状态说明变频调速对机械特性的影响情况。

(1)重物起吊上升时，其旋转方向与电枢电流产生的转矩方向相同，即电动机受正向转矩作用，其机械特性在第1象限，如图3中之曲线①和所示，工作点为A点，转速为n1；

当通过降低频率而减速时，在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换至曲线②了，工作点由A点跳变至A’点，进入第二象限，其转矩变为反方向的制动转矩，使转速短时下降，并重新进入第一象限，至B点时，又处于稳定运行状态，B点便是频率降低后的新的工作点，这时，转速已降为n2。

(2)空钩(包括轻载)下降时，吊钩自身是不能下降的，必须由电动机反向运行来实现。此时电动机的转矩和转速都是负的，故机械特性曲线在第三象限，如图4中之曲线③，工作点为C点，转速为n3；

当通过降低频率而减速时，在频率刚下降的瞬间，机械特性已经切换至曲线④、工作点由C点跳变至C’点，进入第四象限，其转矩变为正方向，以阻止吊钩下降，所以也是制动转矩，使下降的速度减慢，并重新进入第三象限，至D点时，又处于稳定运行状态，D点便是频率降低后的新的工作点，这时，转速为n4。

(3)重载下降时，重物将因自身的重力而下降，电动机的旋转方向是反转(下降)的，但其转矩的方向却与旋转方向相反，是正方向的，其机械特性如图5的曲线⑤所示，工作点为E点，转速为n5。这时，电动机的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不断加速、达到使重物匀速下降的目的。在这种情况下，摩擦转矩将阻碍重物下降，故重物在下降时构成的负载转矩比上升时小。

２.３ 电动机变频调速与原拖动系统调速的机械特性比较

(1)重物上升时，两种调速方式其机械特性都在第一象限，如图6所示，曲线①表示变频调速时的机械特性，转速为nl。曲线②表示通过转子电路串入电阻来实现调速时的机械特性，即电压调速。从两条曲线可以看出，工作点由A点对应A’点，电动机的转矩大为减小，拖动系统因带不动负载而减速，直至到达B点时，电动机的转矩重新和负载转矩平衡，工作点转移至B点，转速为降n2，负载能力相对于变频调速变化明显。

(2)轻载下降时两种调速方式其工作特点与重物上升时相同，只是转矩和转速都是负的，机械特性在第三象限，如图6的曲线③和曲线④所示。

(3)重载下降时，原拖动系统的电动机从接法上说，是正方向的，产生的转矩也是正的。但由于在转子电路中串入了大量电阻，使机械特性倾斜至如曲线⑤所示。这时，电动机产生的正转矩比重力产生的转矩小，非但不能带动重物上升，反而由于重物的拖动，电动机的实际旋转方向是负的，其工作点在机械特性向第四象限的延伸线上，如图中E点所示，这时，转速为n5。这种工作状态的特点是：电动机的转矩是正的、却被重物“倒拉”着反转。解决这种现象的途径只能是选择较大的功率，这无形便增加了设备成本。

与变频调速方式（如图5所示）相比较，在重载下降时，两种调速方法的工作点都在第四象限，但电动机的工作状态是不同的。

３ 采用变频调速需要注意的问题

(1)重物起吊时起动转矩Ts较大，通常在额定转矩 TN的150％以上。考虑到在实际工作中可能发生的电源电压下降以及短时过载等因素，一般情况下，起动转矩 Ts应按照额定转矩TN的150％～180％来进行选择：

Ts =(150% ~ 180 %)TN(4)

(2)起升机构工作过程中，在重物刚离开泊位上升的瞬间以及在重物刚到达新泊位下降的瞬间，负载转矩的变化是十分激烈的，应引起注意。

(3)起升装置在调整缆绳松弛度时，以及移动装置在进行定位控制时，都需要点动运行，应充分注意点动时的工作特性。

(4)在重物开始升降或停止时，要求制动器和电动机的动作之间，必须紧密配合。由于制动器从抱紧到松开，以及从松开到抱紧的动作过程需要一定的时间(约6s)，而电动机转矩的产生或消失是在通电或断电瞬间就立刻反映的。因此，两者在动作的配合上极易出现问题。如电动机已经通电，而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载；反之，如电动机已经断电，而制动器尚未抱紧，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。起重机械变频调速采取的措施

4.1 选择合适的变频器容量

在起重机械中，因为升、降速时的电流较大，应求出对应于最大起动转矩和升降速转矩的电动机电流。

通常，起重机械用变频器容量按以下步骤求出：

(1)恒定负荷上升时的电动机容量PMN（kW）（5）

式中，GN——额定重量(kg)，具体计算时，应考虑须有125％的过载能力；

v——额定线速度(m/min)：

η——机械效率。

(2)变频器容量

变频器的额定电流可由下式求出：

变频器额定电流>电动机额定电流×(6)式中，k1——所需最大转矩÷电动机额定转矩；

k2——1.5(变频器的过载能力)；

k3——1.1(余量)。4.2 溜钩的预防措施

起升机构中，由于重物具有重力的原因，如没有专门的制动装置，重物在空中是停不住的。为此，电动机轴上必须加装制动器，常用的有电磁铁制动器和液压电磁制动器等。多数制动器都采用常闭式的，即：线圈断电时制动器依靠弹簧的力量将轴抱住，线圈通电时松开。

为了有效地防止溜钩，某些新型变频器设置了一些独特的制动功能，如：

(1)零速全转矩功能变频器可以在速度为0的状态下，电动机的转矩也能达到额定转矩的150％。这就保证了吊钩由升、降速状态降为零速时，电动机能够使重物在空中暂时停住，直到电磁制动器将轴抱住为止，从而防止了溜钩。

(2)直流强励磁功能变频器可以在起动之前和停止时，自动进行强直流励磁。使电动机有足够大的转矩(可达额定转矩的200％)，维持重物在空中的停住状态，以保证电磁制动器在释放和抱住过程中不会溜钩。

4.3 变频调速系统的控制

起重机械拖动系统的控制动作包括：吊钩的升降及速度档次、变幅功能等，都可以通过可编程序控制器(PLC)进行无触点控制。

５ 结 语

异步电动机变频调速的电源是一种能调压的变频装置，应用时常采用由晶闸管元件或自关断的功率晶体管器件组成的变频器。除起重机械外，变频调速已经在许多领域内获得广泛应用。可以预见，随着生产技术水平的不断提高，变频调速必将获得更大的发展。

参考文献

1.王进.施工机械概论.北京:人民交通出版社,2002

2．李发海，王岩.电机与拖动基础（第二版）.北京:清华大学出版社,2001

3．陈洪礼.交流电动机的近代调速系统.内蒙古:内蒙古大学出版社,1992

高压变频在煤矿提升机上的应用 篇6

【关键词】高压变频；煤矿；提升机；可靠稳定性

0.引言

矿井提升机是煤矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。大湾煤矿井下采好的煤通过井口竖井用1台提升机将煤提到地面上来。该井口绞车为摩擦式提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动、减速制动，而且电机的转速按速度规定规律变化。原竖井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。原提升机的基本参数是：电源电压6 kV，电机功率630kW，卷筒直径2.8m，减速器减速比11.5：1，爬行时间33s，最高运行速度4.74m／s，钢丝绳长度为276.5m。

1.交流调速系统转子串电阻调速方式

交流电机因为其结构简单、体积小、重量轻、寿命长、故障率低、维修方便、价格便宜等诸多优点得以广泛应用，但交流单机、双机拖动的提升系统以前采用绕线电机转子串电阻的调速方式，现已正被淘汰，此调速方式存在的问题如下：

(1)提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。

(2)提升机频繁的起动、调速和制动，在转子外电路所串电阻上产生相当大的功耗。

(3)低速时机械特性较软，静差率较大。

(4)起动过程和调速换挡过程中电流冲击大。

(5)中高速运行震动大，安全性较差。

(6)线绕电机滑环存在接触不良问题，容易引起设备故障。

(7)设备体积大，发热严重使工作环境恶化(甚至使环境温度高达60℃以上)。

(8)设备维护工作量大、维护费用高。

2.高压变频调速方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用高压变频调速技术改造提升机。技术改造总目标：

2.1提高主井提升机的效率，实现节电的目的

技术改造完成后，将现有的转子串电阻的转差功率消型调速方式改为变频变压的转差功率不变型调速方式。在正常工况下，现有的大功率调速电阻群将不再使用，实现节电的目的。

2.2提高系统的运用可靠性、安全性

技术改造完成后，由于在正常工况下不再使用大功率调速电阻群，切换电阻用的接触器将不再工作，较大幅度地减少电气和机械故障对生产的影响。由于电压和频率均连续可调，电动机的起动电流可得到有效控制，转矩冲击将不再存在，这将明显地减少当前的有级调速系统容易出现的齿轮箱和钢丝绳等设备的机械故障。

2.3提升系统改造后单次提升循环时间小于现有单次提升循环时间

即将低速爬行时间33s降低为18s，再通过变频调速控制提高最大提升速度到4．9m／s，如此以来，每天提升次数由原来的450个提升循环提高到500个提升循环。

3.方案原理及实施

东风煤矿竖井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重斗上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩擦力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限。在重斗减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。用能耗制动方式将消耗重力势能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。

在用变频器驱动时需将原转子串电阻部分全部短接。提升机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不能运行。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在运行过程中实现液压机械制动和变频器的制动无缝结合。同时，还使用高精度测速编码器(每转1500-3000脉冲)进行运行时机斗的位置及速度精准闭环反馈，保障运行安全。

提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正、反转多档调速。为适应操作工人这种操作方式，变频器可采用角编码器与手握操纵杆相连，即手握操纵杆的角位移对应角编码器的速度给定，可实现电机0到最大速度无级调速给定。当然变频器还可实现按钮启动和自动提升。

4.变频调速提升系统的优点

4.1提升机系统安全得以提高，操纵更加容易

系统能自动高精度地按设计的提升速度图控制提升速度，极大地降低了提升机的操纵难度；减速时电力制动自动减速，提升机司机无需再用施闸手段控制提升机减速，避免了超速、过卷的发生，杜绝了人工操作失误。

4.2提升系统电能消耗明显下降

每年可节约电能消耗约20％-50％。变频调速时转子电阻被短接，加、减速阶段消耗在电阻上的大量电能被节约。

4.3功率因数显著增加

功率因数将从转子串电阻调速的0．8左右提高到0．95以上，大大提高了设备对电网容量资源的利用率，减少了因无功电流引起的线路损耗。

4.4生产效率进一步提高

能可靠的按系统设计的最短时间加、减速，显著缩短了一次提升时间(由原来的爬行时间33s缩短为18s)，提高了生产效率(由原来的每天450个提升循环提高到每天500个)。彻底解决了传统系统中用制动闸施闸或电机断电自然减速来操控低速运行时速度波动大、难于控制又不安全的难题。

4.5电机发热大幅减轻

与转子串电阻调速相比电机定子温度平均下降了10℃左右，转子温度平均下降了20℃左右，使电机运行的故障率大幅度减少。

4.6系统维修量大幅度减少

由于实现了提升全过程的电力牵引与电力制动，机械闸只有在停车和安全回路保护动作时才起作用，因此闸瓦的磨耗大幅度减少。由于变频运行机械特性很硬，不易发生钢绳打滑，这将明显减少钢绳和钢绳衬垫磨损。由于电压和频率均连续可调，电动机的起动电流可得到有效控制，转矩冲击不再存在，明显地减少转子电阻有级变速出现的齿轮箱和钢丝绳等设备的机械故障，减少了设备的维修量和维修费用。

5.结束语

变频改造后，调速平稳，高效安全，提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30％以上，节电经济效益巨大。变频调速无疑是提升机调速首选的高效调速方式。

工业变频器的应用 篇7

一、变频器的分类

变频器种类繁多, 应用非常广泛, 根据应用场合的不同, 分类的方法也不同, 主要有以下几种:

1. 按变换的结构分类, 变频器分为交-交和交-直-交

两种形式, 交-交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可控制的交流电, 又称直接式变频器。而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电, 然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电, 它又称为间接式变频器。

2. 按直流环节的储能方式分类, 分为电压型变频器和电流型变频器两种。

3. 按控制方式分类, 分为U/F控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器、直接转矩控制变频器。

4. 按功能分类, 可分为恒转矩变频器和平方转矩变频器。

5. 按用途分类, 可分为通用变频器、高性能专用变频器和高频变频器。

6、按变频器供电的电压分类, 可分为低压变频器和高压变频器。

二、变频器的应用

目前, 变频调速已被公认为最理想、最有发展前途的调速方式之一, 得到广泛应用。

1. 在节能方面的应用

风机、泵类负载采用变频调速后, 节电率可达20%-60%, 这是因为风机、泵类负载的实际消耗功率基本与转速的三次方成比例。由此可以计算, 如果风机的实际为额定风量的80%, 通过变频调速其实际功率为额定功率的51.2%。由此可以看出, 当用户需要的平均流量较小时, 风机、泵类采用变频调速使其转速降低, 节能效果非常可观。传统的风机、水泵采用挡板和阀门进行流量调节, 电动机转速不变, 耗电功率下降很小。据统计, 风机、泵类负载占全国用电量的31%, 占工业总用电量的50%。因而, 从节能的角度出发, 在此类负载中使用变频调速具有极大的经济效益。另外, 变频技术也应用于部分家用电器, , 如目前日益普及的变频空调、变频冰箱等。

2. 变频器在自动化系统中的应用

由于控制技术的发展, 变频器除了具有基本的调速控制外, 更具有了多种算术运算和智能控制功能, 输出精度高达0.1%-0.01%。它还设置有完善的检测、保护环节, 因此在自动化系统中得到了广泛的应用。例如, 化纤工业中的卷绕、拉伸、计量、导丝;玻璃工业中的平板玻璃退火炉、玻璃窑搅拌、拉边机、制瓶机;电弧炉自动加料、配料系统以及电梯的智能控制等。

3. 变频器在提高工艺水平和产品质量方面的应用

变频器还广泛地应用于传送、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域, 它可以提高工艺水平和产品质量, 减少设备冲击和噪声, 延长设备使用寿命。采用变频控制后, 可以使机械设备简化, 操作和控制更具有人性化, 有的甚至可以改变原有的工艺规范, 从而提高整个设备的功能。例如, 许多行业用的定型机, 机内温度是靠改变送入热风的多少来调节的。输送热风通常采用的是循环风机, 由于风机速度不变, 风量的调节只有通过调节风门的开度实现。如果风门调节失灵或调节不当, 就会造成定型机失控, 从而影响成品质量。循环风机高速启动, 传送带与轴承之间的磨损非常厉害, 使传送带成为一种易耗品。在采用变频调速后, 温度调节可以通过变频器自动调节风机的速度实现, 解决了产品质量问题;此外, 变频器可以很方便地实现电机的平滑启动, 减少了传送带与轴承的磨损, 延长了设备的寿命, 同时可以节能40%。

三、工业变频器的环境要求

变频器作为一个工业应用的产品设计, 从产品的结构、元器件的选择、防护措施、抗干扰措施等多方面都有严格的要求, 它对环境的要求高于一般的低压电气产品。它在安装使用之前, 不可避免地要进行一段时间的放置, 放置环境的要求根据其存放期的长短而定。

1. 短期存放:存放期不超过3个月时可认为是短期存放, 其存放条件如下。

(1) 环境温度:-10℃~+50℃。 (2) 相对湿度:5%~95%。

(3) 外部条件:不受阳光直射, 无灰尘、腐蚀性气体、可燃气体、油雾、蒸汽、滴水或振动, 应避免含盐分较多的环境。

(4) 即使温/湿度符合以上条件, 也应注意不要放置于温度会急剧变化的环境中, 因为这可能会造成变频器内部结露。

(5) 不要直接放置于地面, 应置于合适的台架上。

(6) 应用塑料薄膜等包装完好后存放, 如环境潮湿, 还需要在包装袋内放置干燥剂。

2. 长期存放:存放超过3个月时即认为是长期存放, 其存放条件如下。

(1) 满足短期存放的所有条件。

(2) 周围环境温度不高于30℃。因为变频器的滤波电容器均为电解电容, 在不通电时, 如温度过高, 会使电容器的特性变坏。

(3) 必须严格封装, 使包装袋内的相对湿度约在70%以下。

(4) 如果变频器已安装于柜内, 在长期不用时, 应将变频器拆下, 放置于符合条件的场所。

(5) 电解电容器长期不通电存放通常会变坏, 如果保管时间超过一年, 必须要通电老化, 至少要保证一年老化一次。

3. 安装环境:变频器的安装环境主要是环境温度、湿度等方面, 具体如下。

(1) 安装场所:室内。

(2) 周围温度:-10℃~+50℃。

(3) 相对湿度:5%~95% (不结露) 。

(4) 外部条件:不受阳光直射, 无灰尘、腐蚀性气体、可燃气体、油雾、蒸汽、滴水或振动, 应避免含盐分较多的环境, 不会因温度急剧变化而结露。

(5) 海拔高度:低于1000米。 (6) 振动:≤3毫米。

另外, 安装还要有足够的空间, 方便装置的拆装和检查维护, 有通风口或换气装置, 以排除变频器产生的热量, 与易受高次谐波干扰和无线电干扰的设备分开。

变频调速原理及应用 篇8

1 变频调速原理

1.1 电机的旋转速度改变原理

电动机的转速公式;n=60f/p (1-s)

式中:n———电机的转速;f———电源频率;p———电机磁极对数;s———电机的转差率。

电机的转速=60 (秒) *频率 (Hz) /电机的磁极对数-电机的转差率;电机旋转速度单位:每分钟旋转次数, rpm/min也可表示为rpm;电机的旋转速度同频率成比例, 同步电机的转差矩为0, 同步电机的转速=60 (秒) *频率 (Hz) /电机的磁极对数;异步的转速比同步电机的转速低。

例如:4极三相步电机60Hz时低于1, 800[r/min]4极三相异步电机50Hz时低于1, 500[r/min]。

1.2 变频器控制电路组成

控制电路由以下电路组成:频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路, 以及逆变器和电动机的保护电路。

逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时, 异步电动机的同步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。在逆变过程中, 寄生电感释放能量提供通道。另外, 当位于同一桥臂上的两个开关, 同时处于开通状态时将会出现短路现象, 并烧毁换流器件。所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路, 对换流器件进行保护。

2 变频电控系统在我矿的应用

我矿的NT变频提升机电控系统用于低压380V~660V的变频电控设备, 适用于地面或井下非防爆场合中2.2KW~2000KW的矿井提升机, 本提升电控系统由3台主要控制设备构成, 另附轴编码器和必要的外部控制端子, 其系统配件配置如下:

2.1 提升机主控台

主控台是该变频电控系统的控制中心, 该设备采用操作台式结构, 除位置、速度、温度、压力、电流等必要的信号采集传感器和终端执行设备外, 所有控制回路装到操作台中。司机可操作主控台上的开关及按钮来控制提升机运行, 并通过指示灯和人机界面及时了解提升机的运行状态及运行参数, 可显示提升机的运行状态、运行参数及各种控制元器件的工作情况, 具有上位监控功能。

主控台采用技术先进、性能可靠的可编程控制器, 安全回路双线制的设计, 完成了提升机运行过程中应有的逻辑控制、时间和速度控制, 具有按行程的速度给定、速度闭环控制以及上述各种情况下的安全保护。具有逻辑编程简单、安全保护可靠、状态显示齐全等功能。

2.2 变频调速柜

变频调速柜是该系统的调速设备, 由日本安川公司原装6SE70VS-616G5系列全数字、矢量控制型变频调速装置及其它必要的电器组成, 用于向鼠笼式交流电机供电, 构成高性能、数字化的变频调速系统。它将50Hz工频变成0~50Hz连续可调的变频电源, 以满足矿井提升机工艺要求, 同时完成提升机运行参数的调节, 其设置与保护为:1) 起动防冲击控制 (“S”型给定曲线) ;2) 能进行无功功率补偿;3) 控制系统对电网可以有任意的扰动, 即有一个最佳的综合功率因数;4) 在电网电压骤降或故障时, 有防止传动系统颠覆功能;5) 故障自诊断功能 (缺相、欠压、堵缸、欠磁等50种以上) 。

3 变频调速使用中应注意的问题

3.1 变频器散热问题

在变频器工作时, 流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的, 不能忽视其发热所产生的影响。电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算:变频器容量 (KW) ×60[W]因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品。注意:如果有制动电阻的话, 因为制动电阻的散热量很大, 因此最好安装位置最好和变频器隔离开, 如装在柜子上面或旁边等。当变频器安装在控制机柜中时, 根据机柜内产生热量值的增加, 要适当地增加机柜的尺寸。因此, 要使控制机柜的尺寸尽量减小, 就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时, 把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面, 将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量, 所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的, 横着放散热会变差的。关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器, 都带有冷却风扇。同时, 也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。注意控制柜和变频器上的风扇都是要的, 不能谁替代谁。比实际使用的要大, 所以也要看具体应用。

3.2 电机转矩的矢量控制

此功能增加变频器的输出电压, 以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加, 从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足的技术, 使用“矢量控制”, 可以使电机在低速, 如 (无速度传感器时) 1Hz (对4极电机, 其转速大约为30r/min) 时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩 (最大约为额定转矩的150%) 。对于常规的V/F控制, 电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加, 这就导致由于励磁不足, 而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足, 变频器中需要通过提高电压, 来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做“转矩提升”。

3.3 变频器制动的情况

凝结水泵变频改造与应用 篇9

我公司热电车间的发电汽轮机装有两台4N6X-2抽凝式凝结水泵, 由于投产时间早, 自动化程度较低。凝结水泵是汽水系统中一个重要组成部分, 它在凝汽器和除氧器之间, 负责把经过汽轮机做功后的蒸汽在凝汽器凝结成的水, 经过一系列设备输送到除氧器。现在所有电厂的凝结水泵都采用工频泵, 汽水系统中有关凝汽器和除氧器的水位调节分别由化学补水调节阀和凝结水泵出口调节阀调节。除氧器和热水井水位仍要依靠运行人员手动进行调整。

凝结水泵属中低压冷水泵, 其吸入侧为真空状态。机组设计一台运行, 一台备用。现有凝泵维护量大, 盘根易漏空气, 导致真空低停机, 并且以运行6年, 效率低, 耗电大。

为确保汽水工艺系统安全稳定运行, 设计只用一台变频器控制一台泵, 而另一台凝结水泵继续进行工频运行, 用来防止变频器故障时备用投入, 变频调速系统的自动调节控制部分采用PLC控制器。

2 研发的主要内容

化学补充水由“除氧器式”改为“凝汽器式”的可行性计算, 研究补充水的补入点及补充水量, 若补水量过大, 将无法将补充水中的含氧量降到要求值以下, 造成凝结水含氧量超标, 从而腐蚀凝结水管道;上述问题可采用合理的补水方式解决, 我们采用雾化状态补水, 扩大淋水面积, 预计可得到较好的除氧效果, 从凝汽器喉部补水, 并使用喷嘴, 强化补充水与排汽间的换热, 使补充水易达到饱和, 为气体从水滴中溢出扩散出来, 创造了条件, 同时, 又防止出现补水沿着凝汽器内壁流动的现象。

3 研究达到的目标及主要技术指标

1) 总体设计目标

(1) 将化学补充水由“除氧器式”改为“凝汽器式”, 充分利用凝汽器的结构特性, 最大限度地降低凝汽器的真空度。

(2) 采用变频调速装置来控制凝结水泵 (一工频一变频) , 实现除氧器和热水井水位的自动控制, 使热水井水位保持在低位运行状态, 并使除氧器保持稳定水位运行, 达到高效除氧的目的。

2) 主要技术指标

(1) 保持凝汽器的真空是电厂节能的重要内容。

据估算, 中小型机组真空每提高1%, 机组功率可增加1%, 煤耗下降1%, 若一台6MW机组, 以每年运行7000h计, 每年可多发电42万k W.h, 节约标煤210吨。

我们通过取证、分析, 确定了水的补入状态应雾化从喉部补入, 最好能形成一个“雾化带”。这样可以强化补充水与排汽间的换热, 使补充水易达到饱和, 为气体从水滴中流出扩散出来创造了条件。

(2) 采用变频调速装置来控制凝结水泵的出水量, 从而控制凝汽器热水井水位在低位运行是本项目的另一个重要内容。

工艺系统中的两台凝结水泵的工作方式是一运一备。正常时一般用变额器控制运行泵, 为了保证控制对象在正常工作范围内, 控制系统通过PLC进行被调量闭环控制, 即由变送器检测被调量, 送入PLC与设定值比较, 进行PI调节运算, 其输出控制变频器的频率, 从而调节水泵转速, 达到保证被调量在正常范围内变化。

当变频控制的工作泵发生故障跳闸, 或出力不足等故障时, 另一台泵会自动工频投入运行 (与原自投方式一致) 。将发生故障的泵处理好后, 再按上述方式切换至变频运行。

4 关键技术及创新点

1) 关键技术

(1) 正常运行时凝汽器的排汽压力与排汽温度的关系是饱和蒸汽的压力和温度的关系, 也就是凝汽器的排汽压力是由相应的饱和蒸汽温度来决定的, 而饱和蒸汽的温度与内、外界冷却介质的热交换程度有关。

根据等效焓降法, 将化学补充水由“除氧器式”改为“凝汽器式”, 是达到在凝汽器内能良好吸收排汽热量以改善汽轮机真空的最好方式之一。

(2) 采用变频调速装置来控制凝结水泵的出水量, 从而控制凝汽器热水井水位在低位运行是本项目 (下转第56页) (上接第204页) 的另一个关键技术。

2) 创新点

(1) 利用冷凝器的真空除氧, 用除盐水提高机组的真空, 节约燃料。

(2) 克服小机组母管制运行的特点, 利用PLC、变频调节实现热水井、除氧器水位自控, 节约电能。

5 实施该项目的可行性及可靠性分析

等效焓降法是近几年来发展起来的一门热工理论, 电力部推广的重点节能措施, 作为一种新的热力系统计算分析方法, 在热力系统局部变化定量分析中简捷、方便、准确。是热力系统优化、节能改造的理论依据, 对挖掘节能潜力, 搞好节能技术改造有着重要意义。

根据此一理论, 我们对我厂的运行现状进行了分析, 依据分析的结果, 认为在凝汽器中增设一套装置, 把化学补充水打入凝汽器中, 使排出的乏汽迅速冷却, 从而提高真空和热电厂和回热经济性, 同时降低给水的含氧量和排汽温度。

6 经济效益分析及产业化方向

除盐水经冷凝器喷水减温口喷入冷凝器, 经计算排气温度降可降3-5度, 机组热效率提高约1%, 额定公况下锅炉煤泥耗量为16930kg/h, 年运行小时数按7000小时计算, 两台机组年节约煤泥量为1185吨, 约20万元。

我公司现有两台凝结水泵, 电机功率30k W, 电流56.9A, 流量80m3, 水量调节靠给水再循环门控制, 凝结水泵实际流量仅70℅, 变频后每台泵节约9k W/h, 两台机组年节约电量12.9万度, 约6.5万元。

变频技术在煤矿的应用 篇10

1 变频调速的原理

变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种调速方法, 在极对数np一定的情况下, 同步转速n1随频率变化:

而实际转速n= (1-s) n, 1当转差率s不变时, 转速n与频率f成正比, 这时改变电源的频率就可对电机的转速进行控制。而调速所用的变频器实际就是一个可以改变频率的交流电源。

变频器按变频方式分为交交变频器和交-直-交变频器两种。综合考虑改造成本, 空调容量, 通用性, 联合运行等实际因素决定选用交-直-交变频器因为只是进行变频控制, 所以电压不变, 故交-直-交变频器先将恒压恒频的交流电以二极管为整流元件, 采用三相全桥不可控整流电路整成直流, 为了减小整流直流电的脉动, 采用大电容滤波 (电压型) , 再用全控型器件 (IGBT) 与续流二极管将直流电逆变成频率可调节的交流电, 这种变频方式被称作间接变频。在逆变中驱动全控器件的驱动信号采用SPWM控制技术, 设定启动的最低频率为35Hz, 上限为工频50Hz。

2 在空压机上的应用

为了避免电机启动对电网的冲击, 并减少能耗, 设定一个启动的最低频率 (35Hz) , 并让电机以这个最低频率启动, 拖动空压机运行。将产生的压缩空气送入风包, 以风包为中枢, 将压缩空气送入井下。因此, 可以设定一个初始压力, 并通过通过的压力的闭环控制来实现空压机的变频控制。以两台空压机 (分别1#、2#) 的变频控制为例, 在风包设置一个压力传感器, 将压力信号转换为电信号, 再将电信号传递给PLC, 通过PLC发出指令给变频器, 不断根据负载需要改变电源的频率, 即首先启动1#空压机, 当反馈压力小于给定压力时, PLC发出升频指令, 变频器提升频率, 空压加速运行, 当1#空压机的频率达到工频时, PLC发出启动指令, 2#空压机以最低频率启动并逐步提升变频器的频率至所需频率, 但不得超过工频运行频率;反馈压力大于给定压力时, PLC发出指令降低频率, 2#风机首先降速运行, 当2#空压机频率降低至最低运行频率时, PLC发出指令, 2#空压机退出运行, 1#空压机也逐步降低频率运行至所需运行频率, 但不得降低到最低运行频率。这样就实现空压机的经济运行, 从而减少了不必要能源浪费。风机的控制原理图如图1所示, 其控制流程图如图2所示。

3 在胶带运输机上的应用

作为煤矿煤炭输送过程中应用最多的运输设备, 胶带运输机一般情况都采用交流电动机作为动力装置以工频进行拖动, 用液力耦合器进行传动, 这样就存在传动效率低、启动冲击电流大、机械冲击力大等缺陷, 这样导致了胶带和液力耦合器的严重磨损, 大大提高了维修及维护成本, 造成了设备不能经济的运行, 降低了经济效益。在对胶带运输机采用变频技术进行调速后, 就可利用变频器实现动力电机的软起动功能, 进而拖动整个胶带运输机系统实现软起动, 这就大大减少了胶带在启动过程中的张力, 从而减轻了启动过程中对胶带造成的损害, 延长了其寿命。在正常运行过程中可根据运输量的大小及时调整电源频率, 以实时调整胶带运输机的运输的速度, 从而实现节能的目的。变频器的使用使胶带运输机具有了低速运行的功能, 这就可以胶带检修时方便的对胶带进行验带, 而变频器所具有的如:过压、过流、欠压、短路、过载、过热、缺相等完善的保护功能, 可通过与胶带运输机综合保护装置如烟雾、打滑、跑偏、煤位、瓦斯、纵向撕裂、急停等的合理对接, 就可实现各项安全保护性能。特别是在使用下运式胶带运输机过程中, 还可进行发电制动并将产生的制动能量回馈电网, 具有明显的节能效果。

4 结语

市场经济也是效益的经济, 谁能在生产同样的产品中消耗更少的能量, 谁就能在竞争中处于更大的优势。而在煤矿的生产过程中, 风机、水泵等机械消耗着大量的电能, 而利用变频技术, 就可以根据实际生产中的需要实现电能的最经济利用, 从而节约了电能和生产成本, 这对提高煤矿的效益与市场竞争力会产生巨大的作用。

摘要：据统计, 煤矿矿井各个生产系统的用电占到矿井企业用电量的70%～90%。对矿井提升机、空压机、水泵、采掘机、胶带运输机等动力负荷变化较大的机电设备在启动、加减速、制动等方面的浪费也是非常巨大的。而变频技术以其明显的节能效果和优越的调节性能, 使其在煤矿的应用也越来越广泛。本文从节能的角度出发, 以空压机、胶带运输机的变频控制为例, 阐述变频技术在煤矿的应用。

关键词：煤矿,变频控制,节能

参考文献

[1]李宏晓.变频调速技术在煤矿的应用前景[J].科技信息, 2010 (19) .

[2]马修成.基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品, 2009, 1 0.