時(shí)間：2023-05-29 17:34:02
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇變頻技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
[關(guān)鍵詞]水利工程；自動(dòng)化；變頻；供水；
中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
前言
隨著自動(dòng)化的快速發(fā)展和在各個(gè)領(lǐng)域的滲透，使基于自動(dòng)化技術(shù)的水利工程建設(shè)和管理發(fā)展到了一個(gè)新的水平，并展示出了強(qiáng)勁的生命力和應(yīng)用前景。特別是變頻供水技術(shù)的成熟和迅速普及，給水利自動(dòng)化提出了新的要求。近年來，伴隨著大量供水輸水工程的建設(shè)及改造，變頻供水技術(shù)在水利工程中的運(yùn)用越來越廣泛。變頻供水技術(shù)的廣泛應(yīng)用標(biāo)志著水利行業(yè)技術(shù)水平隨著時(shí)代的發(fā)展不斷進(jìn)步。
二、變頻器簡介
變頻器的英文譯名是VFD（Variable-frequency Drive），是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力傳動(dòng)元件。變頻器之所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速功能，主要是變頻器能夠?qū)㈦娫吹娜?或單相)交流電，經(jīng)整流橋整流為直流電(交—直變換)，再把直流電經(jīng)逆變器變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相(或單相)交流電源(直—交變換)。其間電能不發(fā)生任何變化，而只有頻率發(fā)生改變。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：
式中：n--轉(zhuǎn)速； f1--供電頻率； s--異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p--磁極對(duì)數(shù)。
由上述公式可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的途經(jīng)有改變磁極對(duì)數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率和調(diào)整供電頻率。
三、變頻與供水關(guān)系論述
在供水系統(tǒng)中，流量是最根本的控制對(duì)象。由水泵—管道供水原理可知，調(diào)節(jié)供水流量，原則上有二種方法；一是節(jié)流調(diào)節(jié)，開大供水閥，流量上升；關(guān)小供水閥，流量下降。調(diào)節(jié)流量的第二種方法是調(diào)速調(diào)節(jié)，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水流量增加；轉(zhuǎn)速下降，流量降低，對(duì)于用水流量經(jīng)常變化的場(chǎng)合（例如生活用水），采用調(diào)速調(diào)節(jié)流量，具有優(yōu)良的節(jié)能效果。變頻器控制水泵，主要是通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水的流量，在普通泵的基礎(chǔ)上增加了變頻器控制。其工作原理為：風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載，電機(jī)能耗與轉(zhuǎn)速的立方成正比，使用變頻控制水泵較使用進(jìn)、出口閥門調(diào)節(jié)水泵要更加節(jié)能。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此水泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速能實(shí)現(xiàn)壓力或流量的自動(dòng)控制，同時(shí)可獲得大量節(jié)能。另外使用變頻器控制還可以減少起動(dòng)電流和對(duì)泵的沖擊，泵停車時(shí)還可以通過參數(shù)設(shè)置來避免泵的水錘效應(yīng)。
變頻供水技術(shù)以其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。變頻供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實(shí)現(xiàn)上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器速供水系統(tǒng)，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。
四、變頻供水的安全問題研究
（1）水錘效應(yīng)的產(chǎn)生與消除
異步電動(dòng)機(jī)在全電壓啟動(dòng)時(shí)，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間只有0.25s。這意味著在0.25s的時(shí)間里，水的流量將從零猛增到額定流量。由于水具有動(dòng)量和不可壓縮性，因此，在極短時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化將引起對(duì)管道的壓強(qiáng)過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，故稱為水錘效應(yīng)。在直接停機(jī)時(shí)，供水系統(tǒng)的水頭將克服電動(dòng)機(jī)的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。這也同樣會(huì)引起壓力沖擊和水錘效應(yīng)。由此可以看出，產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本原因，是由于啟動(dòng)和制動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩太大。
水錘效應(yīng)具有極大的破壞性:壓強(qiáng)過高，將引起管道的破裂，反之，壓強(qiáng)過低又會(huì)導(dǎo)致管道的癟塌。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞水泵、閥門和固定件，大大降低供水質(zhì)量。采用了變頻調(diào)速后，可以通過對(duì)升速時(shí)間的預(yù)置來延長啟動(dòng)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，在系統(tǒng)停機(jī)過程中，同樣可以通過對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來延長停機(jī)過程，減小動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，從而徹底消除水錘效應(yīng)，大大延長了水泵及管道系統(tǒng)的壽命。
（2）供水電機(jī)及電網(wǎng)的保護(hù)
由于變頻供水基本上都采用了變頻軟啟動(dòng)，啟動(dòng)頻率低，啟動(dòng)電流小，因此，除了對(duì)供水機(jī)泵和供水管網(wǎng)有保護(hù)作用，還能有效地防止大電流對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，對(duì)供水電機(jī)和電網(wǎng)有良好的保護(hù)作用，供水系統(tǒng)電機(jī)直接啟動(dòng)與變頻啟動(dòng)的對(duì)比表如下表所示。
五、對(duì)變頻干擾的處理
凡是安裝有變頻器的測(cè)控系統(tǒng)一般都伴隨著電磁干擾的問題。變頻器的干擾問題一般分為變頻器自身干擾；外界設(shè)備產(chǎn)生的電磁波對(duì)變頻器干擾；變頻器對(duì)其它弱電設(shè)備干擾3類情況。
變頻器自身就是一個(gè)干擾源。變頻器由主回路和控制回路兩大部分組成，變頻器主回路主要由整流電路，逆變電路，控制電路組成，其中整流電路和逆變電路由電力電子器件組成,電力、電子器件具有非線性特性，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)，它要進(jìn)行快速開關(guān)動(dòng)作，因而產(chǎn)生高次諧波，這樣變頻器輸出波形除基波外還含有大量高次諧波。所以對(duì)電源側(cè)和輸出側(cè)的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生影響。與主回路相比，變頻器的控制回路卻是小能量、弱信號(hào)回路，極易遭受其它裝置產(chǎn)生的干擾。
如果變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾，電網(wǎng)噪聲也會(huì)通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。供電電源對(duì)變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時(shí)掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號(hào)線也會(huì)干擾變頻器的正常工作。另外，安裝變頻器的配電柜與動(dòng)力配電室相距太近的話，如果配電室配電柜有大電流流過，將在電流周圍行成較強(qiáng)磁場(chǎng)，同樣會(huì)對(duì)變頻器的控制回路造成影響。針對(duì)以上情況，一般處理方法是要保證良好的接地，接地線愈短愈好，而且必須接地良好；控制回路線使用屏蔽線，而且屏蔽線遠(yuǎn)端屏蔽層懸空近端接地，一定不能雙端接地；根據(jù)產(chǎn)品要求合理布線，強(qiáng)電和弱電分離,保持一定距離,避免變頻器動(dòng)力線與信號(hào)線平行布線，應(yīng)分散布線；增加抗無線干擾濾波器，變頻器輸入和輸出抗干擾濾波器或電抗器；采取防止電磁感應(yīng)的屏蔽措施，甚至可將變頻器用金屬鐵箱屏蔽起來；適當(dāng)降低載波頻率；若用通訊功能，RS485通訊線應(yīng)使用雙絞線。
反過來說，變頻器對(duì)電網(wǎng)來說也是非線性負(fù)載，它所產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)同一電網(wǎng)的其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。另外，當(dāng)變頻器輸入或輸出電路與其它設(shè)備的電路很近時(shí)，變頻器的高次諧波信號(hào)可通過感應(yīng)的方式耦合到其它設(shè)備中去。其中電流干擾信號(hào)主要以電磁感應(yīng)方式傳播，電壓干擾信號(hào)主要以靜電感應(yīng)方式傳播。在本系統(tǒng)試運(yùn)行初期，最為明顯的就是對(duì)液位變送，頻率設(shè)定及反饋等模擬量4-20mA信號(hào)的干擾，數(shù)值跳動(dòng)幅度大，以至于無法正常讀取。對(duì)于這種形式的干擾，首先需要判斷擾的對(duì)象，是4-20mA供電電源受干擾還是信號(hào)線，最好用示波器查看一下信號(hào)線波形，可用以下方法降低、避免干擾：4-20mA信號(hào)電源用隔離變壓器供電；4-20mA信號(hào)線用屏蔽線，與變頻器三相輸入輸出分開布線；在4-20mA信號(hào)線上加電容（無極性）接地或加信號(hào)濾波電感。
六、結(jié)束語
新型的變頻供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論在設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，自動(dòng)化程序等方面，都是具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。變頻供水系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)
本次改造主要是根據(jù)企業(yè)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)施的現(xiàn)狀和存在的問題，針對(duì)電廠系統(tǒng)特點(diǎn)，對(duì)#3、#4、#5、#6鍋爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)共計(jì)12臺(tái)（電機(jī)總裝機(jī)容量3900KW）6KV電機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)電技術(shù)改造，采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)工況需要，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來調(diào)節(jié)風(fēng)量的變化，以替代落后的擋板調(diào)節(jié)方式，以減少電能損耗。同時(shí)，風(fēng)量的變化由非線性改善為線性，使得爐膛的燃燒效能控制變得更及時(shí)、精確。從而達(dá)到節(jié)能降耗和提高自動(dòng)化程度的雙重目的。本次節(jié)電技術(shù)改造新建一座高壓變頻室、增加變頻調(diào)速裝置12臺(tái)、DCS控制系統(tǒng)、、通風(fēng)系統(tǒng)及配電設(shè)施。
1.1變頻器選型
近年來已有很多大中型電廠采用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)電技術(shù)改造的實(shí)例，實(shí)踐證明不但節(jié)電效果明顯，而且提高系統(tǒng)的安全性，不存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。此次節(jié)電技術(shù)改造設(shè)備選用原則，變頻技術(shù)先進(jìn)，成熟可靠。選擇雷奇節(jié)能科技股份有限公司生產(chǎn)的LOVOL系列高壓智能節(jié)電裝置（變頻器），該產(chǎn)品由移相變壓器，功率單元和控制器組成。高壓變頻器采用模塊化設(shè)計(jì)，互換性好、維修簡單，噪音低，諧波含量小，不會(huì)引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，對(duì)電機(jī)沒有特殊要求。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下：
1.2電氣改造方案
采用一拖一自動(dòng)旁路控制，實(shí)現(xiàn)變頻/工頻自動(dòng)切換。旁路柜在節(jié)電器進(jìn)、出線端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在節(jié)電器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行節(jié)電器的故障處理或維護(hù)工作。旁路柜主回路主要配置：三個(gè)真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個(gè)高壓隔離開關(guān)K1、K2。KM2與KM3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1、KM2閉合，KM3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、KM2斷開，KM3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，KM1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM3閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作。自動(dòng)旁路控制結(jié)構(gòu)圖如下：
1.3系統(tǒng)控制方案
（1）本地控制：利用系統(tǒng)控制器上的鍵盤、控制柜上的按鈕、電位器旋鈕等就地控制。（2）遠(yuǎn)程控制：變頻器與DCS系統(tǒng)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，使運(yùn)行人員通過DCS系統(tǒng)畫面對(duì)變頻器的工作電流，運(yùn)行狀態(tài)及故障信息進(jìn)行監(jiān)控，由DCS實(shí)現(xiàn)控制。
1.4系統(tǒng)散熱方案
設(shè)備自身發(fā)熱量較大，運(yùn)行環(huán)境的溫度和濕度會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定性及功率元件的使用壽命，為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行，采用室內(nèi)空調(diào)冷卻方式，滿足設(shè)備對(duì)溫度和濕度的要求。
2變頻改造效果分析
2.1節(jié)電效果
節(jié)電改造前，鍋爐正常工況下引風(fēng)機(jī)檔板的平均開度在70-80%左右，二次風(fēng)機(jī)在35-45%左右。采用落后的檔板調(diào)節(jié)控制方式，用電量高居高不下，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量。本次節(jié)電改造于2012年10月安裝調(diào)試完畢，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，以3#鍋爐引風(fēng)機(jī)為例，原工頻電流由平均49.5A下降到變頻后的36-39A，功率因數(shù)由0.8左右提高到0.95左右。從12臺(tái)改造后的風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況看，完全能夠滿足鍋爐運(yùn)行工藝的要求（主要是風(fēng)壓、風(fēng)量、加減風(fēng)的速率等）。運(yùn)行后一年的電表數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過變頻改造后12臺(tái)風(fēng)機(jī)總計(jì)節(jié)電量為280萬KWh，比擋板調(diào)節(jié)控制方式節(jié)能率達(dá)到23%，節(jié)能效果十分顯著。并且電機(jī)在啟動(dòng)、運(yùn)行調(diào)節(jié)、控制操作等方面都得到極大的改善。
2.2其它效果
（1）采用變頻調(diào)速控制后，杜絕“大馬拉小車”現(xiàn)象，既提高了電機(jī)效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求；（2）采用變頻調(diào)速控制后，由于變頻技術(shù)裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，功率因數(shù)由0.8左右提高到0.95以上，提高了有功功率，減少了設(shè)備和線路無功損耗；（3）實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性，延長了設(shè)備的使用壽命；（4）減少風(fēng)機(jī)葉片和軸承的磨損，延長大修周期、節(jié)省維修費(fèi)用。風(fēng)機(jī)、管網(wǎng)振動(dòng)大幅減小，降低了噪聲對(duì)環(huán)境的影響；（5）變頻器的過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能，使系統(tǒng)的安全可靠性大大提高；（6）由于變頻器具有工頻/變頻自動(dòng)切換功能，變頻器發(fā)生重故障時(shí)可在2-3秒內(nèi)切換到工頻運(yùn)行，且在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)檢修維護(hù)或故障時(shí)，工頻控制系統(tǒng)照樣可以正常運(yùn)行，滿足風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)高可靠性運(yùn)行的要求；（7）實(shí)現(xiàn)了高壓變頻裝置與主控室DCS系統(tǒng)連接,DCS系統(tǒng)能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求，經(jīng)過電廠運(yùn)行的邏輯實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，對(duì)各種數(shù)據(jù)的分析和判斷，這也是電廠提高效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
3結(jié)語
1變頻技術(shù)的發(fā)展與原理
變頻技術(shù)的誕生不僅在很大程度上改變了我們的生活，與此同時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)上更是帶來了巨大的便利。最初是因?yàn)檎{(diào)節(jié)電流頻率的需要才促使了變頻技術(shù)的產(chǎn)生，1960年后，電力電子器件大力發(fā)展，從最初的晶閘管到現(xiàn)代的絕緣柵雙極型晶體管控制品閘管，經(jīng)歷了不斷的更新歷程，大大促進(jìn)了變頻技術(shù)的發(fā)展，到了1970后，開始研究（PWM）VVVF調(diào)速，這一研究引起了人們的關(guān)注。而在變頻技術(shù)中PWM模式才是核心，直到20世紀(jì)80年代，相關(guān)專業(yè)人士開始對(duì)PWM模式的優(yōu)化進(jìn)行研究，這一研究項(xiàng)目引起了人們更多的關(guān)注進(jìn)而得出了更多的優(yōu)化模式。到了20世紀(jì)80年代中后期，一些發(fā)達(dá)國家將新研究出來的VVVF變頻器投放到了市場(chǎng)，VVVF變頻器憑借其更為優(yōu)異的服務(wù)得到了各廠家的大力推廣。而變頻技術(shù)的操作原理指的是在電壓不變的前提下，通過改變交流電頻率的方式，來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制。其中變頻器是通過利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將頻率無法改變的交流電轉(zhuǎn)換成了可以改變的交流電，從而實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速。
2變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用
2.1變頻技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用
采煤機(jī)在一定程度上代表了煤礦設(shè)備向現(xiàn)代化、機(jī)械化發(fā)展的里程碑。因此，在煤礦開采中顯得特別重要。由于采礦機(jī)大多是在環(huán)境惡劣的條件下工作的，所以采礦機(jī)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因此，提高采煤機(jī)的性能便顯得尤其重要。采煤機(jī)在采煤工作中占據(jù)著主力位置，只要一發(fā)生故障就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)采煤環(huán)節(jié)受到嚴(yán)重的影響，使采煤工作難以進(jìn)行下去，對(duì)整個(gè)煤礦造成不小損失。由于采煤機(jī)的重要位置使得其功能不斷改進(jìn)，變得越來越強(qiáng)大，但是其出現(xiàn)的故障和問題也變得越來越強(qiáng)大，這也增加了維修難度，一旦采煤機(jī)出現(xiàn)問題就會(huì)大大降低工作效率。而隨著變頻技術(shù)的產(chǎn)生，將其用在采煤機(jī)中，成就了采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的采煤技術(shù)有了巨大的發(fā)展，變頻器也得到了采煤業(yè)的廣泛應(yīng)用。煤礦企業(yè)大膽嘗試，勇于創(chuàng)新，將能量回饋型四象限變頻器運(yùn)用到了電牽引采煤機(jī)的工作中，這一舉措不僅將采煤機(jī)的科技含量進(jìn)一步提高，同時(shí)還減少了采煤機(jī)的損壞，延長了設(shè)備壽命。
2.2變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用
在礦井不同的生產(chǎn)時(shí)期，礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)也不盡相同，甚至還會(huì)有巨大的差異。一般在礦井生產(chǎn)中期會(huì)重復(fù)不斷更換風(fēng)機(jī)來解決通風(fēng)問題，但這種方式操作起來不僅顯得累贅，并且還經(jīng)常發(fā)生設(shè)備故障，增加了不少多余的維修量。與此同時(shí)，原來的風(fēng)機(jī)也會(huì)被暫時(shí)擱置，這樣會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)，使設(shè)備的利用率大打折扣。但將變頻技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)機(jī)中就會(huì)解決這種困境，重復(fù)的更換任務(wù)也無需再進(jìn)行，操作起來比較方便，不僅提高了設(shè)備性能，使風(fēng)機(jī)資源中的浪費(fèi)現(xiàn)象不斷減少，同時(shí)也起到了很好的節(jié)能效果。通風(fēng)問題也輕輕松松地解決了。
2.3變頻技術(shù)在礦井提升運(yùn)輸設(shè)備上的應(yīng)用
2.3.1變頻技術(shù)在膠帶輸送機(jī)上的應(yīng)用
作為煤礦煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的主要設(shè)備之一的膠帶運(yùn)輸機(jī)，在以工頻進(jìn)行拖動(dòng)，液力耦合器進(jìn)行傳動(dòng)的方式運(yùn)行上一般采用交流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置，但使用交流電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)效率低、啟動(dòng)電流大以及機(jī)械沖擊大等問題。同時(shí)輸送機(jī)還存在運(yùn)送負(fù)載重、距離長、傾角大的問題，常常發(fā)生帶載或重載啟停的情況，使膠帶斷帶、跑帶等安全生產(chǎn)事故發(fā)生的概率大幅度提升。但是將變頻技術(shù)運(yùn)用到膠帶運(yùn)輸機(jī)之后，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備及系統(tǒng)的軟啟動(dòng)功能，使設(shè)備及系統(tǒng)平穩(wěn)啟動(dòng)運(yùn)行。尤其是在變頻控制的軟啟功能之后，徹底消除了之前存在的安全生產(chǎn)隱患，在根本上解決了這個(gè)困難。
2.3．2變頻技術(shù)在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用
當(dāng)前，PLC控制系統(tǒng)和高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是礦井提升機(jī)變頻技術(shù)的主要應(yīng)用。在礦井提升機(jī)高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過對(duì)單元串聯(lián)多電平能量回饋型四象限高壓變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用來增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和抗干擾性，從而使提升全過程中的速度控制、位置控制、保護(hù)功能及動(dòng)態(tài)畫面監(jiān)視等功能變得更加安全可靠，這一措施大大改善了提升機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、加速、減速等運(yùn)行階段的性能，使設(shè)備鋼絲繩的機(jī)械沖擊得到減少，提升系統(tǒng)的安全水平也得到大大提升。除此之外，還使高壓回路與低壓控制回路之間的通訊變得更加便捷。
2.4變頻技術(shù)在泵中的應(yīng)用
泵以抽送液體為目的，將機(jī)械能裝換為液體能量。水泵不但能夠用來進(jìn)行輸送液體，而且還可以實(shí)現(xiàn)液體增壓，因此在礦區(qū)給液、給水中發(fā)揮著重要作用。在之前的工作運(yùn)轉(zhuǎn)中，泵擁有相對(duì)較長的空轉(zhuǎn)時(shí)間，在頻繁的起停工作中不僅耗費(fèi)了大量的電能，并且也使相關(guān)的故障經(jīng)常發(fā)生。將變頻技術(shù)運(yùn)用到泵中，可以使設(shè)備運(yùn)行率得到有效提高，設(shè)備發(fā)生故障的情況大量減少，并且還顯現(xiàn)了良好的節(jié)能效果，操作起來也十分容易。由中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的煤礦井下排水泵站的監(jiān)控系統(tǒng)在水泵性能提高方面具有極好的效果。其原理是把變頻器應(yīng)用到水泵中，水泵的起停減速可以得到有效控制，使井下液位達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，減少了泵的空轉(zhuǎn)時(shí)間，起到了顯著的節(jié)能效果。
3結(jié)束語
【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化控制；變頻器；技術(shù)改造
1 鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)應(yīng)用變頻器調(diào)速控制
以DHL141.57/150/90AⅡ熱水鍋爐為例，每臺(tái)鍋爐配置引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)各六臺(tái)，各電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：
型號(hào) 容量（KW） 電壓（V） 額定電流（A）
引風(fēng)機(jī) Y280S4 75 380 139.7
鼓風(fēng)機(jī) Y200L4 30 380 57
在進(jìn)行變頻器改造以前，各風(fēng)機(jī)在正常情況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：
平均電流 最大電流 最小電流
引風(fēng)機(jī) 142 145 139
鼓風(fēng)機(jī) 59 63 57
首先選擇在1#5#爐的鼓、引風(fēng)機(jī)上進(jìn)行改造嘗試，并考慮到風(fēng)機(jī)電機(jī)功率設(shè)計(jì)時(shí)配置，選擇相匹配功率的變頻器來控制電機(jī)，變頻器的型號(hào)為ABB ACS51001157A4（引風(fēng)機(jī)）、ZXBP30（鼓風(fēng)機(jī)），電壓等級(jí)為380V，通過一段時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，引風(fēng)機(jī)工頻電流由原來的平均140（A）下降到現(xiàn)在的平均95―110（A），鼓風(fēng)機(jī)工頻電流由原來的平均57（A）下降到現(xiàn)在的平均30（A）節(jié)能效果相當(dāng)顯著，并且變頻器技術(shù)性能完全滿足鍋爐運(yùn)行工藝的要求（主要是風(fēng)壓、風(fēng)量、加減風(fēng)的速率等），電機(jī)在啟動(dòng)、運(yùn)行調(diào)節(jié)、控制操作等方面都得到極大的改善。變頻調(diào)速由安裝在鍋爐操作臺(tái)上的啟動(dòng)、停機(jī)、轉(zhuǎn)速調(diào)整開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并可同DCS系統(tǒng)接口，通過DCS實(shí)現(xiàn)變頻器的調(diào)速控制，變頻調(diào)速裝置還提供報(bào)警指示、故障指示、待機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、連鎖保護(hù)等保護(hù)信息以及轉(zhuǎn)速給定值和風(fēng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值等必要指示，以便操作人員進(jìn)行操作控制。
2 補(bǔ)水泵、循環(huán)泵電機(jī)應(yīng)用變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制
以2臺(tái)補(bǔ)水泵、4臺(tái)循環(huán)泵實(shí)際應(yīng)用為例，其電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)分別為：
序號(hào) 型號(hào) 功率 額定電流 流量
補(bǔ)水泵 1#泵 Y180M4 18.5 35.9 25
2#泵 Y180M4 18.5 35.9 25
循環(huán)泵 1#泵 Y315M14 132 237 630
2#泵 Y315M14 132 237 630
3#泵 Y315M14 132 237 630
4#泵 Y2315M4 132 240.4 630
正常補(bǔ)水時(shí)泵出力太大，緊急補(bǔ)水時(shí)一臺(tái)泵又不能滿足耗水需要，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)出力又太大，連續(xù)供水補(bǔ)水效率高，效果也好。補(bǔ)水泵改用變頻器調(diào)節(jié)補(bǔ)水，不僅僅在于考慮它對(duì)電機(jī)的節(jié)能效益，更重要的是從生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行安全角度考慮，變頻器選用富士FRN132P11S―4CX，電壓等級(jí)為380V。
為充分利用變頻器，采用1臺(tái)變頻器來實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的調(diào)速控制；2臺(tái)補(bǔ)水泵均可實(shí)現(xiàn)變速、定速兩種方式運(yùn)行，變頻器在同一時(shí)間只能作一臺(tái)電機(jī)的變頻電源，所以每臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)、停止必須相互閉鎖，用邏輯電路控制，保證可靠切換，出口采用雙投閘刀切換；2臺(tái)補(bǔ)水泵工作時(shí)，其中一臺(tái)由工頻供電作定速運(yùn)行，另一臺(tái)由變頻器供電作變速運(yùn)行，同一臺(tái)電機(jī)的變速、定速運(yùn)行由交流接觸器相互閉鎖，即在變速運(yùn)行時(shí)，定速合不上，如下圖中，1C1與1C2及2C1與2C2不允許同時(shí)合上；為確保工藝控制安全、可靠，變頻器及兩臺(tái)電機(jī)的控制、保護(hù)、測(cè)量單元全部集中在就地控制柜內(nèi)，控制調(diào)節(jié)通過屏蔽信號(hào)電纜引接到控制室；
圖1 補(bǔ)水泵電機(jī)變頻器接線，虛框內(nèi)為改造增加部分3 變頻器調(diào)速改造中應(yīng)注意的一些技術(shù)問題
鍋爐的安全運(yùn)行是全隊(duì)動(dòng)力的根本保證，雖然變頻調(diào)速裝置是可靠的，但一旦出現(xiàn)問題，必須確保鍋爐安全供熱，所以，必須實(shí)現(xiàn)工頻――變頻運(yùn)行的切換系統(tǒng)（旁路系統(tǒng)），在生產(chǎn)過程中，采用手工切換如能滿足設(shè)備運(yùn)行工藝要求，建議盡量不要選用自動(dòng)旁路，對(duì)一般的小功率電機(jī)，采用雙投閘刀方式作為手動(dòng)、自動(dòng)切換手段也是比較理想的方法。
對(duì)于大慣量負(fù)荷的電機(jī)（如鍋爐引風(fēng)機(jī)），在變頻改造后，要注意風(fēng)機(jī)可能存在扭曲共振現(xiàn)象，運(yùn)行中，一旦發(fā)生共振，將嚴(yán)重?fù)p壞風(fēng)機(jī)和拖動(dòng)電機(jī)。所以，必須計(jì)算或測(cè)量風(fēng)機(jī)――電機(jī)連接軸系扭振臨界轉(zhuǎn)速以及采取相應(yīng)的技術(shù)措施（如設(shè)置頻率跳躍功能避開共振點(diǎn)、軟連接及機(jī)座加震動(dòng)吸收橡膠等）。
采用變頻調(diào)速控制后，如果變頻器長時(shí)間運(yùn)行在1/2工頻以下，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，電機(jī)散熱能力也下降，同時(shí)電機(jī)發(fā)熱量也隨之減少。所以電機(jī)的本身溫度其實(shí)是下降的，仍舊能夠正常運(yùn)行而不至溫度過高。
變頻器不能由輸出口反向送電，在電氣回路設(shè)計(jì)中必須注意，如在補(bǔ)水泵和循環(huán)泵變頻器改造接線圖中，要求1C1與1C2及2C1與2C2不允許同時(shí)合上，不僅要求在電氣二次回路中實(shí)現(xiàn)電氣的連鎖，同時(shí)要求在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)互鎖，以確保變頻器的運(yùn)行安全。
低壓變頻器，由于體積較小，在改造中的安裝地點(diǎn)選擇比較容易些。選擇變頻器室位置，既要考慮離電機(jī)設(shè)備不能太遠(yuǎn)，又要考慮周圍環(huán)境對(duì)變頻器運(yùn)行可能造成的影響。變頻器的安裝和運(yùn)行環(huán)境要求較高，為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠運(yùn)行，對(duì)安裝變頻器室的室內(nèi)環(huán)境溫度要求最好控制在0-40℃之間，如果溫度超過允許值，應(yīng)考慮配備相應(yīng)的空調(diào)設(shè)備。同時(shí)，室內(nèi)不應(yīng)有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導(dǎo)電粉塵等。
要保證變頻器柜體和廠房大地的可靠連接，保證人員和設(shè)備安全。為防止信號(hào)干擾，控制系統(tǒng)最好埋設(shè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)，對(duì)接地電阻的要求不大于4Ω。到變頻器的信號(hào)線，必須采用屏蔽電纜，屏蔽線的一端要求可靠接地。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的各項(xiàng)技術(shù)性能也得到拓寬和提高，在熱電行業(yè)中，風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)荷較多，充分應(yīng)用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造已經(jīng)逐漸被大家所接受。對(duì)于目前低壓變頻器，投資較低、效益高，一年左右就可以收回投資而被廣泛應(yīng)用。隨著目前國產(chǎn)變頻器的迅速發(fā)展，使得變頻器的性能價(jià)格比大大提高，為利用變頻器進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造提供了更加廣闊的前景。
參考文獻(xiàn)：
[1]王占奎.變頻調(diào)速應(yīng)用百例.北京：科學(xué)出版社出版，1999.4
[2]吳忠智，吳加林.變頻器應(yīng)用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.7
1在煤礦提升機(jī)中的有效應(yīng)用
對(duì)于礦井提升機(jī)而言，其工作條件通常比較特殊，而且多數(shù)情況下是在較為復(fù)雜、繁重的運(yùn)行條件下工作，因此對(duì)提升機(jī)設(shè)備的性能提出了更高的要求。一般而言，提升機(jī)在實(shí)際工作中要不斷的啟動(dòng)、關(guān)閉，而且調(diào)速任務(wù)非常的重，因此也就大大提高了機(jī)電設(shè)備故障問題的發(fā)生率，加速了機(jī)電設(shè)備損害。變頻技術(shù)在現(xiàn)代煤礦提升機(jī)中的有效應(yīng)用，不僅可以提高工作效率，而且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)自身的保護(hù)。提升機(jī)控制中的變頻技術(shù)應(yīng)用，有效的減少了調(diào)速電阻損壞，提升機(jī)運(yùn)行能力也會(huì)隨之提高，利用變頻設(shè)備的內(nèi)部軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)速度的有效調(diào)節(jié)，減少提升機(jī)故障發(fā)生率，從而減少機(jī)電設(shè)備維修。變頻技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用，可有效節(jié)約電能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗之目的。實(shí)踐中可以看到，隨著變頻技術(shù)在煤礦提升機(jī)中的有效應(yīng)用與改進(jìn)，一些新的技術(shù)設(shè)備不斷出現(xiàn)，比如提升機(jī)專用變頻器、風(fēng)光提升機(jī)變頻器等，他們的兼容性非常的好，而且設(shè)備性能也得到了非常大改進(jìn)和，在煤礦機(jī)電及生產(chǎn)過程中的應(yīng)用非常廣泛。
2在煤礦空氣壓縮機(jī)上的有效應(yīng)用
一般而言，煤礦風(fēng)動(dòng)機(jī)電運(yùn)行動(dòng)力基本上都來源于空氣壓縮機(jī)，并且通過交流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，因此電動(dòng)機(jī)會(huì)一直處于全速工作狀態(tài)下。對(duì)于空氣壓縮機(jī)而言，通常其采用上下兩點(diǎn)控制模式實(shí)現(xiàn)壓力控制，即交流電動(dòng)機(jī)一直處于工頻運(yùn)行狀，當(dāng)空壓機(jī)氣缸壓力與預(yù)設(shè)壓力值基本一致時(shí)，就會(huì)關(guān)閉空壓機(jī)進(jìn)氣閥，此時(shí)不會(huì)再產(chǎn)生壓縮氣體，電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)下；隨著壓力的不斷下降，接近預(yù)設(shè)壓力時(shí)，空壓機(jī)氣閥便隨之打開，產(chǎn)生壓縮空氣，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于重載狀。實(shí)踐中可以看到，因煤礦實(shí)際用氣量與產(chǎn)氣量之間不可能一致，所以就會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)頻繁加載、卸載，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)以及空壓機(jī)差生不利影響。對(duì)于變頻技術(shù)而言，其通常具有控制精度高、易操作以及免維護(hù)等特性。若普通電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻技術(shù)來調(diào)速，可在其拖動(dòng)負(fù)載過程中無需進(jìn)行改動(dòng)，但針對(duì)具體的生產(chǎn)工藝要求，應(yīng)當(dāng)對(duì)轉(zhuǎn)速輸出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。變頻器驅(qū)動(dòng)方式，從根本上改變了傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)加載與卸載供氣控制方式，通過調(diào)整電機(jī)用氣量的大小來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)控，以確保供氣壓力自身的恒定性，這樣電機(jī)就可以在低于額定轉(zhuǎn)速的情況下依然連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使壓縮機(jī)的啟停次數(shù)減少。
3變頻技術(shù)在皮帶輸送機(jī)上的有效應(yīng)用
對(duì)于煤礦機(jī)電工程而言，其應(yīng)用最多的運(yùn)輸裝置即為皮帶輸送機(jī)。傳統(tǒng)模式下，以交流電動(dòng)機(jī)工頻拖動(dòng)為主，傳動(dòng)操作過程中需通過液力耦合器來實(shí)現(xiàn)，因此表現(xiàn)出啟動(dòng)電流沖擊大、以及傳動(dòng)效率低等特點(diǎn)，液力耦合器、皮帶等，會(huì)受到非常嚴(yán)重的磨損和影響，維修、維護(hù)成本會(huì)隨之升高。當(dāng)煤礦皮帶輸送機(jī)中應(yīng)用變頻器軟啟動(dòng)設(shè)備和技術(shù)以后，皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)有效的軟啟動(dòng)，減少皮帶啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的張力，進(jìn)而減少皮帶損傷。同時(shí)。還可以將運(yùn)輸速度按照輸送量的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源之目標(biāo)。隨著變頻器的不斷完善，其具有過流、過壓、過載以及短路和欠壓等方面的保護(hù)功能，可對(duì)接皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)設(shè)備，比如瓦斯、煤位、跑偏、打滑、煙霧以及急停和縱向撕裂等方面的保護(hù)，從而使各項(xiàng)安全保護(hù)性能可以得到有效的實(shí)現(xiàn)。尤其是下運(yùn)式皮帶輸送技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電制動(dòng)的電網(wǎng)回饋，節(jié)能效果更佳。
4結(jié)束語
近年來，隨著變頻技術(shù)的不斷成熟和廣泛應(yīng)用，其節(jié)能效果日漸凸顯，而且其調(diào)速性能也非常的穩(wěn)定。本文主要分析了變頻技術(shù)的基本原理，并在基礎(chǔ)上就其在煤礦機(jī)電工程建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行了分析，以期為變頻技術(shù)的應(yīng)用和推廣，提供一些參考。
作者：王大雷 單位：開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司林南倉礦業(yè)分公司
礦產(chǎn)開發(fā)時(shí)不注重開發(fā)方法，造成資源浪費(fèi)嚴(yán)重威脅企業(yè)利益。我國雖然是資源大國，有著充足的礦產(chǎn)資源，但礦產(chǎn)資源的不可再生性要求企業(yè)在進(jìn)行礦產(chǎn)開發(fā)時(shí)必須重視開發(fā)方法，減少資源浪費(fèi)。近年來，我國礦產(chǎn)開發(fā)的強(qiáng)度越來越大，礦產(chǎn)開發(fā)作為土地資源利用的主要途徑之一，對(duì)我經(jīng)濟(jì)發(fā)展有深遠(yuǎn)影響。但很多礦產(chǎn)企業(yè)人只要求進(jìn)度，不重視開發(fā)水平。在利益的驅(qū)逐下，企業(yè)強(qiáng)化資源開發(fā)，礦產(chǎn)資源開發(fā)有很大的漏洞，很多礦產(chǎn)頻發(fā)資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，損害企業(yè)效益，因此企業(yè)應(yīng)提高礦產(chǎn)開發(fā)的質(zhì)量，確保資源合理開發(fā)，提高企業(yè)效益［1］。
二、變頻技術(shù)的應(yīng)用
(一)變頻技術(shù)的具體方法
科學(xué)家在實(shí)踐中總結(jié)，變頻技術(shù)有利于充分利用資源，與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，變頻技術(shù)在實(shí)踐中取得重大效果，不但有效減少資源的浪費(fèi)，而且利于我國科學(xué)研究。變頻技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅３Ｒ姡冾l技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)、機(jī)械行業(yè)和其他多個(gè)行業(yè)。在生產(chǎn)中，變頻技術(shù)有顯著的節(jié)能效果，因此受到各個(gè)業(yè)界的廣泛應(yīng)用。變頻技術(shù)在礦產(chǎn)開發(fā)的過程中，節(jié)能效果更為顯著。在礦產(chǎn)開發(fā)過程中良好利用變頻技術(shù)，利于資源合理開發(fā)，從而為資源的可持續(xù)利用做出貢獻(xiàn)。
(二)變頻技術(shù)應(yīng)用的必要性
我國礦產(chǎn)資源在世界排名居先，但人口壓力過大，人均礦產(chǎn)資源占有量排名落后，因此只有合理的礦產(chǎn)資源才能適應(yīng)我國國情。近年來，礦產(chǎn)資源過度開采，致使礦產(chǎn)資源的總量飛速減少［2］。我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，使用礦產(chǎn)資源的公司日益加大，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)激烈，對(duì)礦產(chǎn)資源的開發(fā)力度加大，但企業(yè)在開發(fā)過程中忽視資源的合理開發(fā)，造成資源浪費(fèi)。變頻技術(shù)能實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中使用變頻技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦產(chǎn)資源有效節(jié)約。變頻技術(shù)還可以降低礦產(chǎn)開采時(shí)造成的污染，這不但為我國環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)，更利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
(三)變頻技術(shù)的使用意義
礦產(chǎn)資源在開發(fā)過程中的資源浪費(fèi)是最嚴(yán)重的開采問題之一，資源浪費(fèi)影響礦業(yè)發(fā)展，對(duì)能源可持續(xù)利用和企業(yè)發(fā)展造成嚴(yán)重危害，威脅國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，礦產(chǎn)資源開采主要問題是資源浪費(fèi)，通過變頻技術(shù)降低礦產(chǎn)開發(fā)時(shí)造成的礦產(chǎn)資源浪費(fèi)，保證開發(fā)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，提高了礦業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長，合理的礦業(yè)開發(fā)也有效提高開發(fā)質(zhì)量，避免資源浪費(fèi)。我國作為人口大國，資源的合理利用非常關(guān)鍵。人是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的核心，在生產(chǎn)和生活中只有提高人的主觀能動(dòng)性，才能為企業(yè)帶來利潤。科學(xué)的變頻技術(shù)增強(qiáng)員工對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)的熱情，員工對(duì)工作的內(nèi)容有認(rèn)同感，提高員工工作積極性，有效提高生產(chǎn)力。礦產(chǎn)資源的是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展命脈，只有良好合理的礦產(chǎn)開發(fā)才能推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展［3］。
三、結(jié)論
【關(guān)鍵詞】電梯變頻器；電動(dòng)機(jī)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)電梯的安全性、可靠性的要求越來越高。現(xiàn)在主流的電梯設(shè)計(jì)大致可分為繩索式電梯和液壓式電梯兩大類別。無論是哪一類電梯，基本上都是采用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制的，并且為了滿足系統(tǒng)控制質(zhì)量及運(yùn)行效率的要求，均采用PLC與變頻器結(jié)合的最佳控制方法。同時(shí)，變頻調(diào)速還使用了先進(jìn)的SPWM技術(shù)，具有優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能，可以達(dá)到高效和節(jié)能的效果，因此得到廣泛的應(yīng)用。
1.變頻調(diào)速電梯電路原理
1.1變頻器的工作原理
把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作變頻器，主要是利用變頻器中電力半導(dǎo)體器件的通斷作用來實(shí)現(xiàn)這一目的。現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元和微處理單元等組成。
1.2 整流與回饋電路
整流回饋電路能夠?qū)⒔涣麟娋W(wǎng)的電能變換為直流（整流），并在需要的時(shí)候進(jìn)行逆變運(yùn)行回饋能量。變頻器在驅(qū)動(dòng)某些負(fù)載時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)需要將能量從負(fù)載中抽出的情況，能量回饋就是設(shè)法將上述機(jī)械能量轉(zhuǎn)化為電能回送電網(wǎng)，從而節(jié)能。在能量回饋過程中，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于處于發(fā)電狀態(tài)，原來的逆變裝置現(xiàn)在則處于整流狀態(tài)，而原來的整流裝置卻被控制處于逆變狀態(tài)，從而完成將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械動(dòng)能回饋電網(wǎng)。因?yàn)橹麟娐匪闷骷荌GBT或IPM模塊，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，既可作為整流器使用，又可作為有源逆變器使用。
1.3 變頻調(diào)速的控制方式
為滿足電梯的控制要求，變頻調(diào)速系統(tǒng)通過與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器，來完成對(duì)速度的檢測(cè)及反饋，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)或PLC組成，主要用于發(fā)出電氣系統(tǒng)所需的各項(xiàng)指令，包括運(yùn)行速度、電流以及位置控制等，同時(shí)產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，并具有自診斷功能。PLC用于完成系統(tǒng)的邏輯控制，負(fù)責(zé)處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系，從而向變頻器發(fā)出起、停等信號(hào)。同時(shí)，變頻器也通過電流互感器、電位器等檢測(cè)元件，檢測(cè)變頻輸出電流、直流回路電壓、電網(wǎng)同步信號(hào)等參數(shù)，并反饋給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。
2.變頻器的選用原則
由于變頻的過載能力沒有電機(jī)過載能力強(qiáng)，一旦電機(jī)過載，首先燒毀變頻器，因此變頻器的選用型號(hào)應(yīng)根據(jù)使用要求仔細(xì)考慮。最基本的原則是變頻器的額定輸出功率和電流選擇必須等于或大于被驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率和電流。除此之外，還應(yīng)考慮使用環(huán)境、電網(wǎng)電壓等。環(huán)境溫度應(yīng)保持較低，除設(shè)置完善的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)以保證變頻器正常運(yùn)行外，在選用上增大一個(gè)容量等級(jí)，以免變頻器過熱。
3.變頻器的參數(shù)設(shè)置
變頻器參數(shù)設(shè)置前，首先檢查主回路及控制回路接線有沒有錯(cuò)誤，避免造成變頻器損壞，檢查變頻器輸出線UVW與電機(jī)的UVW一一對(duì)應(yīng)，確認(rèn)無誤后開始變頻器的參數(shù)設(shè)置。
首先將變頻器初始化，再根據(jù)所選用的變頻器參數(shù)設(shè)定表依次設(shè)定參數(shù)，主要有額定電壓、額定電流、基本頻率、加速時(shí)間、減速時(shí)間等。設(shè)置電機(jī)的基本參數(shù)：最高轉(zhuǎn)速、基本轉(zhuǎn)速、極數(shù)、額定電壓及額定電流，電機(jī)的參數(shù)可根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)置進(jìn)變頻器，也可以通過變頻器自學(xué)習(xí)功能直接學(xué)習(xí)進(jìn)變頻器，自學(xué)習(xí)時(shí)電機(jī)必須為空載狀態(tài)。
4.電梯變頻器軟件的功能需求
電梯變頻器軟件系統(tǒng)采用遞階層次結(jié)構(gòu)，即某一層只能被其上層調(diào)用，而每一層中的大模塊組是平行的，同一層模塊之間無耦合關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)軟件功能的并行擴(kuò)展。設(shè)計(jì)軟件模塊的基本準(zhǔn)則是模塊間盡可能無耦合關(guān)系。電梯變頻器軟件是實(shí)時(shí)多任務(wù)軟件，基于DSP的硬件中斷機(jī)制，通過中斷優(yōu)先級(jí)別的判斷實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度與管理。這種方法的好處是能精確確定每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，這對(duì)任務(wù)實(shí)時(shí)性必須精確到微秒級(jí)的電機(jī)控制軟件是絕對(duì)必要的。
5.電梯工作過程
簡單理解電梯的工作原理：它是將動(dòng)力電能，通過變頻裝置向驅(qū)動(dòng)裝置供電，由驅(qū)動(dòng)裝置拖動(dòng)曳引裝置，再通過曳引裝置上懸掛的鋼絲繩拉動(dòng)井道內(nèi)轎廂做上下運(yùn)行工作。整個(gè)電梯系統(tǒng)是由很多的電氣裝置、機(jī)械裝置整合后實(shí)現(xiàn)的。電梯停候在某層時(shí)，當(dāng)另一層按下外召喚時(shí)，指令通過井內(nèi)電線傳輸?shù)娇刂乒竦闹骺刂瓢澹盏叫盘?hào)瞬間再次觸動(dòng)控制板內(nèi)的程序，執(zhí)行響應(yīng)的指令，分別輸出至外呼燈亮及驅(qū)動(dòng)裝置，最后電機(jī)帶動(dòng)變速箱轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鋼絲繩與曳引輪的摩擦力帶動(dòng)轎廂運(yùn)行。每層都有一個(gè)平層裝置來采集電梯所處位置，當(dāng)電梯快到目的層時(shí)，控制板通過程序來控制驅(qū)動(dòng)裝置，使電梯減速到目的層平層開門，實(shí)現(xiàn)外召指令。電梯運(yùn)行過程中通過控制變頻器的輸出來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而精確控制電梯的加減速，以達(dá)到乘坐舒適的目的。
6.電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)
對(duì)于使用交流異步電動(dòng)機(jī)或永磁同步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)主機(jī)的電梯，其調(diào)速方式為變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速等。無論采用哪種調(diào)速方式，電梯在起動(dòng)加速和穩(wěn)速時(shí)都工作于電動(dòng)或再生狀態(tài)。滿載上行或輕載下行分別工作于正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)從電網(wǎng)吸收電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；滿載下行或輕載上行分別工作于反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)再生狀態(tài)，這時(shí)可以將電機(jī)的機(jī)械能通過變頻器反饋回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，或消耗于制動(dòng)元件上。
7.結(jié)語
實(shí)踐證明，PLC與變頻器在電梯節(jié)能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過合理的設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)，有效的提高了電梯運(yùn)行的可靠性和舒適感，并節(jié)約了電能。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】高壓變頻技術(shù) 除塵風(fēng)機(jī) 節(jié)能
1．概述。鋼鐵廠以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點(diǎn)，長期以來一直被認(rèn)為是煙塵排放量大、廢棄物多、污染大的企業(yè)。而電爐煉鋼是鋼鐵廠造成煙塵污染的主要來源之一。
電爐主要是通過用廢鋼、鐵合金和部分渣料進(jìn)行配料冶煉，然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供連鑄用。電爐煉鋼時(shí)產(chǎn)生的有害物污染主要體現(xiàn)在電爐加料、冶煉、出鋼三個(gè)階段。吹氧過程的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度高。因此，電爐除塵系統(tǒng)按照吹氧時(shí)期的最大煙塵排量進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)最大風(fēng)量需求的基礎(chǔ)上增加1.1－1.3倍的安全閾度進(jìn)行除塵風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)。整個(gè)煉鋼過程中吹氧時(shí)期占30－35%，此時(shí)風(fēng)機(jī)處于較高負(fù)荷運(yùn)行，而其余時(shí)間則處于較低運(yùn)行工況。很顯然，除塵系統(tǒng)的利用率很低且系統(tǒng)效率差。
長期以來，不論電爐處于哪一個(gè)運(yùn)行階段，產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行，采用入口擋板開度調(diào)節(jié)，效率低、功率大，造成大量的電能浪費(fèi)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷深化，節(jié)能降耗提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)發(fā)展提高競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。
而在九十年代開始廣泛應(yīng)用的高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)則正是適應(yīng)了市場(chǎng)的需求，在技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上得到不斷的進(jìn)步和拓展。現(xiàn)在，已廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、礦山、冶金、給排水、機(jī)車牽引等領(lǐng)域。
某煉鋼廠正是在這種狀況下，對(duì)電爐除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造研究的。電爐在冶煉過程中的粉塵主要通過爐頂煙道經(jīng)沉降室沉積，水冷壁冷卻后經(jīng)除塵系統(tǒng)過濾排放；同時(shí)利用集塵罩將現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)車間的粉塵和廢氣及時(shí)排走，以免危及電爐周邊工作人員的安全，污染環(huán)境。除塵風(fēng)機(jī)是將煙氣吸收排放的主要設(shè)備。
2．系統(tǒng)技術(shù)方案研究。某煉鋼廠#8電爐為擴(kuò)容的70t ABB交流電爐。除塵器系統(tǒng)采用TFMC布袋式除塵器，設(shè)計(jì)過濾面積11985m2，最大除塵風(fēng)量450000m3/h。
#8電爐的煉鋼周期為70－85分鐘，其中裝料6－10%，送電熔化25－30%，吹氧30－35%，還原期15－20%，沖渣出鋼6－8%。在不同的生產(chǎn)工藝階段，電爐產(chǎn)生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中，主要是裝料時(shí)廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚(yáng)塵，需要的除塵風(fēng)量不大，要求粉塵不擴(kuò)散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時(shí)，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，要求煙塵能夠及時(shí)排出，又不能過多地帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統(tǒng)能夠及時(shí)迅速地將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點(diǎn)溫度。因此，對(duì)除塵系統(tǒng)要求較高。進(jìn)入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時(shí)，主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸汽和少量廢氣。
通過對(duì)冶煉工藝的分析，電爐在煉鋼過程的不同階段對(duì)除塵風(fēng)量大小的要求有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑒于電爐除塵系統(tǒng)中除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式和設(shè)備特點(diǎn)，對(duì)除塵風(fēng)機(jī)的控制制定如下方案。
不同工藝階段的煙氣溫度有明顯差異，因此溫度的高低直接反映了電爐的運(yùn)行工況。系統(tǒng)并沒有采用檢測(cè)電爐工作中粉塵濃度的方式來直接控制除塵風(fēng)量，而是采集煙道溫度作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基本參量，通過非線性函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)出不同運(yùn)行工況下的除塵風(fēng)量參與系統(tǒng)控制。從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用，抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定性好、控制精度高、安全可靠、免維護(hù)且價(jià)格便宜。而粉塵濃度檢測(cè)裝置具有價(jià)格昂貴、穩(wěn)定性差、故障率高、維護(hù)量大、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集很難具有廣泛代表性等缺點(diǎn)。基于上述原因，選用除塵煙道的煙氣溫度作為現(xiàn)場(chǎng)過程量。同時(shí)，以吹氧量和冷風(fēng)門開度作為除塵風(fēng)量的修整參量，從而提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善控制品質(zhì)，達(dá)到良好的除塵效果，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)量自動(dòng)控制、降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高系統(tǒng)效率，達(dá)到最佳的節(jié)電效果。
為了保證系統(tǒng)的可靠性，另外增加了除塵風(fēng)量手動(dòng)控制回路，對(duì)除塵風(fēng)量的控制采用分段調(diào)速的方式，由爐前操作臺(tái)控制變頻運(yùn)行的頻率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行工況下的風(fēng)量調(diào)節(jié)。
實(shí)踐證明：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)了兩套控制方案后大大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性，很好地滿足了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。同時(shí)，在改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低噸鋼能耗方面起到了積極作用。
3．系統(tǒng)特點(diǎn)。變頻調(diào)速技術(shù)在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用后，主要體現(xiàn)了以下幾個(gè)特點(diǎn)：
①除塵設(shè)備功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負(fù)荷運(yùn)行，提高了系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)了除塵系統(tǒng)的最佳工況運(yùn)行，取得顯著的節(jié)能效果。
②大大有效降低了除塵系統(tǒng)負(fù)荷率，延長了除塵器、除塵風(fēng)機(jī)、除塵電機(jī)、煙道等設(shè)備的使用壽命。
③對(duì)降低爐內(nèi)熱量損失、合理控制過程溫度、確保終點(diǎn)溫度起到一定的作用。
④對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，有助于改善爐內(nèi)吹煉工況，縮短煉鋼時(shí)間，提高鋼產(chǎn)量，改善出鋼品質(zhì)。
⑤降低補(bǔ)爐期間的能耗和爐襯散熱損失。
4．節(jié)能分析。為了對(duì)除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，在系統(tǒng)投入正常運(yùn)行一個(gè)月后對(duì)設(shè)備實(shí)際使用和節(jié)電情況進(jìn)行了測(cè)定和數(shù)據(jù)分析。
隨機(jī)抽取一個(gè)正常生產(chǎn)日，將系統(tǒng)切換至變頻運(yùn)行系統(tǒng)采用擋板控制調(diào)節(jié)風(fēng)量。采用網(wǎng)側(cè)有功電度表進(jìn)行耗電量計(jì)量，見表1。然后，連續(xù)采集變頻運(yùn)行的7個(gè)正常生產(chǎn)日用電量進(jìn)行變頻運(yùn)行工況下的單耗計(jì)算，以期變頻運(yùn)行的數(shù)據(jù)更接近真實(shí)運(yùn)行工況，具體數(shù)據(jù)采樣值見表1。
通過對(duì)上表原始數(shù)據(jù)的處理，可以得出：除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前，噸鋼除塵電耗降低了17.390kW•h。設(shè)備節(jié)電率高達(dá)58.63%，節(jié)能效果顯著。
5．結(jié)論。通過對(duì)某煉鋼廠#8電爐除塵系統(tǒng)變頻改造前后的技術(shù)分析，可以看出：在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)不僅對(duì)有效改善現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況、提高鋼產(chǎn)量、降低噸耗有著重要的意義，而且每年可節(jié)約230萬元左右的電費(fèi)開支。在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)是完全正確的。
參考文獻(xiàn)
1 邱紹岐、祝桂華編著.電爐煉鋼原理與工藝.北京:冶金工業(yè)出版社,1996
論文摘要：在通用變頻器、異步電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳統(tǒng)系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將可能處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)；或當(dāng)電動(dòng)機(jī)從高速到低速（含停車）減速時(shí)，頻率可以突減，但因電機(jī)的機(jī)械慣性，電機(jī)可能處于再生發(fā)電狀態(tài)，傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的六個(gè)續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)。這時(shí)，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升。如果當(dāng)制動(dòng)過快或機(jī)械負(fù)載為提升機(jī)類時(shí)，這部分能量就可能對(duì)變頻器帶來損壞。
一、引言
在通用變頻器、異步電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳統(tǒng)系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將可能處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)；或當(dāng)電動(dòng)機(jī)從高速到低速（含停車）減速時(shí)，頻率可以突減，但因電機(jī)的機(jī)械慣性，電機(jī)可能處于再生發(fā)電狀態(tài)，傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的六個(gè)續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)。這時(shí)，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升。如果當(dāng)制動(dòng)過快或機(jī)械負(fù)載為提升機(jī)類時(shí)，這部分能量就可能對(duì)變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應(yīng)該考慮考慮了。
在通用變頻器中，對(duì)再生能量最常用的處理方式有兩種：(1)、耗散到直流回路中人為設(shè)置的與電容器并聯(lián)的“制動(dòng)電阻”中，稱之為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)；(2)、使之回饋到電網(wǎng)，則稱之為回饋制動(dòng)狀態(tài)（又稱再生制動(dòng)狀態(tài)）。還有一種制動(dòng)方式，即直流制動(dòng)，可以用于要求準(zhǔn)確停車的情況或起動(dòng)前制動(dòng)電機(jī)由于外界因素引起的不規(guī)則旋轉(zhuǎn)。
在書籍、刊物上有許多專家談?wù)撨^有關(guān)變頻器制動(dòng)方面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，尤其是近些時(shí)間有過許多關(guān)于“能量回饋制動(dòng)”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動(dòng)方法，它具有“回饋制動(dòng)”的四象限運(yùn)轉(zhuǎn)、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，也具有“能耗制動(dòng)”對(duì)電網(wǎng)無污染、可靠性高等好處。
二、 能耗制動(dòng)
利用設(shè)置在直流回路中的制動(dòng)電阻吸收電機(jī)的再生電能的方式稱為能耗制動(dòng)。
其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單；對(duì)電網(wǎng)無污染（與回饋制動(dòng)作比較），成本低廉；缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低，特別是在頻繁制動(dòng)時(shí)將要消耗大量的能量且制動(dòng)電阻的容量將增大。
一般在通用變頻器中，小功率變頻器（22kW以下）內(nèi)置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器（22kW以上）就需外置剎車單元、剎車電阻了。
三、 回饋制動(dòng)
實(shí)現(xiàn)能量回饋制動(dòng)就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。回饋制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是能四象限運(yùn)行，如圖3所示，電能回饋提高了系統(tǒng)的效率。其缺點(diǎn)是：(1)、只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下（電網(wǎng)電壓波動(dòng)不大于10%），才可以采用這種回饋制動(dòng)方式。因?yàn)樵诎l(fā)電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)電壓故障時(shí)間大于2ms，則可能發(fā)生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時(shí)，對(duì)電網(wǎng)有諧波污染。(3)、控制復(fù)雜，成本較高。
四、新型制動(dòng)方式（電容反饋制動(dòng)）
1、主回路原理
整流部分采用普通的不可控整流橋進(jìn)行整流，濾波回路采用通用的電解電容，延時(shí)回路采用接觸器或可控硅都行。充電、反饋回路由功率模塊IGBT、充電、反饋電抗器L及大電解電容C（容量約零點(diǎn)幾法，可根據(jù)變頻器所在的工況系統(tǒng)決定）組成。逆變部分由功率模塊IGBT組成。保護(hù)回路，由IGBT、功率電阻組成。
(1) 電動(dòng)機(jī)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)
CPU對(duì)輸入的交流電壓和直流回路電壓νd的實(shí)時(shí)監(jiān)控，決定向VT1是否發(fā)出充電信號(hào)，一旦νd比輸入交流電壓所對(duì)應(yīng)的直流電壓值（如380VAC—530VDC）高到一定值時(shí)，CPU關(guān)斷VT3，通過對(duì)VT1的脈沖導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)對(duì)電解電容C的充電過程。此時(shí)的電抗器L與電解電容C分壓，從而確保電解電容C工作在安全范圍內(nèi)。當(dāng)電解電容C上的電壓快到危險(xiǎn)值（比如說370V），而系統(tǒng)仍處于發(fā)電狀態(tài)，電能不斷通過逆變部分回送到直流回路中時(shí)，安全回路發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)（電阻制動(dòng)），控制VT3的關(guān)斷與開通，從而實(shí)現(xiàn)電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會(huì)出現(xiàn)的。
(2) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)
當(dāng)CPU發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不再充電時(shí)，則對(duì)VT3進(jìn)行脈沖導(dǎo)通，使得在電抗器L上行成了一個(gè)瞬時(shí)左正右負(fù)的電壓（如圖標(biāo)識(shí)），再加上電解電容C上的電壓就能實(shí)現(xiàn)從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對(duì)電解電容C上的電壓和直流回路的電壓的檢測(cè)，控制VT3的開關(guān)頻率以及占空比，從而控制反饋電流，確保直流回路電壓νd不出現(xiàn)過高。
2、系統(tǒng)難點(diǎn)
(1)電抗器的選取
（a）、我們考慮到工況的特殊性，假設(shè)系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障，導(dǎo)致電機(jī)所載的位能負(fù)載自由加速下落，這時(shí)電機(jī)處于一種發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)， 再生能量通過六個(gè)續(xù)流二極管回送至直流回路，致使νd升高，很快使變頻器處于充電狀態(tài)，這時(shí)的電流會(huì)很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時(shí)的電流。
（b）、在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前把盡可能多的電能釋放出來，選取普通的鐵芯（硅鋼片）是不能達(dá)到目的的，最好選用鐵氧體材料制成的鐵芯，再看看上述考慮的電流值如此大，可見這個(gè)鐵芯有多大，素不知市面上有無這么大的鐵氧體鐵芯，即使有，其價(jià)格也肯定不會(huì)很低。所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個(gè)電抗器。
(2)控制上的難點(diǎn)
（a）、變頻器的直流回路中，電壓νd一般都高于500VDC，而電解電容C的耐壓才400VDC，可見這種充電過程的控制就不像能量制動(dòng)（電阻制動(dòng)）的控制方式了。其在電抗器上所產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓降為，電解電容C的瞬時(shí)充電電壓為νc=νd-νL，為了確保電解電容工作在安全范圍內(nèi)（≤400V），就得有效的控制電抗器上的電壓降νL，而電壓降νL又取決于電感量和電流的瞬時(shí)變化率。
（b）、在反饋過程中，還得防止電解電容C所放的電能通過電抗器造成直流回路電壓過高，以致系統(tǒng)出現(xiàn)過壓保護(hù)。
3、主要應(yīng)用場(chǎng)合及應(yīng)用實(shí)例
正是由于變頻器的這種新型制動(dòng)方式（電容反饋制動(dòng)）所具有的優(yōu)越性，近些來，不少用戶結(jié)合其設(shè)備的特點(diǎn)，紛紛提出了要配備這種系統(tǒng)。由于技術(shù)上有一定的難度，國外還不知有無此制動(dòng)方式？國內(nèi)目前只有山東風(fēng)光電子公司由以前采用回饋制動(dòng)方式的變頻器（仍有2臺(tái)在正常運(yùn)行中）改用了這種電容反饋制動(dòng)方式的新型礦用提升機(jī)系列。
隨著變頻器應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，這個(gè)應(yīng)用技術(shù)將大有發(fā)展前途，具體來講，主要用在礦井中的吊籠（載人或裝料）、斜井礦車（單筒或雙筒）、起重機(jī)械等行業(yè)。總之需要能量回饋裝置的場(chǎng)合都可選用。
論文摘要：在通用變頻器、異步電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳統(tǒng)系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將可能處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)；或當(dāng)電動(dòng)機(jī)從高速到低速（含停車）減速時(shí)，頻率可以突減，但因電機(jī)的機(jī)械慣性，電機(jī)可能處于再生發(fā)電狀態(tài)，傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的六個(gè)續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)。這時(shí)，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升。如果當(dāng)制動(dòng)過快或機(jī)械負(fù)載為提升機(jī)類時(shí)，這部分能量就可能對(duì)變頻器帶來損壞。
一、引言
在通用變頻器、異步電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳統(tǒng)系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將可能處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)；或當(dāng)電動(dòng)機(jī)從高速到低速（含停車）減速時(shí)，頻率可以突減，但因電機(jī)的機(jī)械慣性，電機(jī)可能處于再生發(fā)電狀態(tài)，傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的六個(gè)續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)。這時(shí)，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升。如果當(dāng)制動(dòng)過快或機(jī)械負(fù)載為提升機(jī)類時(shí)，這部分能量就可能對(duì)變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應(yīng)該考慮考慮了。
在通用變頻器中，對(duì)再生能量最常用的處理方式有兩種：(1)、耗散到直流回路中人為設(shè)置的與電容器并聯(lián)的“制動(dòng)電阻”中，稱之為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)；(2)、使之回饋到電網(wǎng)，則稱之為回饋制動(dòng)狀態(tài)（又稱再生制動(dòng)狀態(tài)）。還有一種制動(dòng)方式，即直流制動(dòng)，可以用于要求準(zhǔn)確停車的情況或起動(dòng)前制動(dòng)電機(jī)由于外界因素引起的不規(guī)則旋轉(zhuǎn)。
在書籍、刊物上有許多專家談?wù)撨^有關(guān)變頻器制動(dòng)方面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，尤其是近些時(shí)間有過許多關(guān)于“能量回饋制動(dòng)”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動(dòng)方法，它具有“回饋制動(dòng)”的四象限運(yùn)轉(zhuǎn)、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，也具有“能耗制動(dòng)”對(duì)電網(wǎng)無污染、可靠性高等好處。
二、能耗制動(dòng)
利用設(shè)置在直流回路中的制動(dòng)電阻吸收電機(jī)的再生電能的方式稱為能耗制動(dòng)。
其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單；對(duì)電網(wǎng)無污染（與回饋制動(dòng)作比較），成本低廉；缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低，特別是在頻繁制動(dòng)時(shí)將要消耗大量的能量且制動(dòng)電阻的容量將增大。
一般在通用變頻器中，小功率變頻器（22kW以下）內(nèi)置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器（22kW以上）就需外置剎車單元、剎車電阻了。
三、回饋制動(dòng)
實(shí)現(xiàn)能量回饋制動(dòng)就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。回饋制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是能四象限運(yùn)行,如圖3所示，電能回饋提高了系統(tǒng)的效率。其缺點(diǎn)是：(1)、只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下（電網(wǎng)電壓波動(dòng)不大于10%），才可以采用這種回饋制動(dòng)方式。因?yàn)樵诎l(fā)電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)電壓故障時(shí)間大于2ms，則可能發(fā)生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時(shí)，對(duì)電網(wǎng)有諧波污染。(3)、控制復(fù)雜，成本較高。四、新型制動(dòng)方式（電容反饋制動(dòng)）
1、主回路原理
整流部分采用普通的不可控整流橋進(jìn)行整流，濾波回路采用通用的電解電容，延時(shí)回路采用接觸器或可控硅都行。充電、反饋回路由功率模塊IGBT、充電、反饋電抗器L及大電解電容C（容量約零點(diǎn)幾法，可根據(jù)變頻器所在的工況系統(tǒng)決定）組成。逆變部分由功率模塊IGBT組成。保護(hù)回路，由IGBT、功率電阻組成。
(1)電動(dòng)機(jī)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)
CPU對(duì)輸入的交流電壓和直流回路電壓νd的實(shí)時(shí)監(jiān)控，決定向VT1是否發(fā)出充電信號(hào)，一旦νd比輸入交流電壓所對(duì)應(yīng)的直流電壓值（如380VAC—530VDC）高到一定值時(shí)，CPU關(guān)斷VT3，通過對(duì)VT1的脈沖導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)對(duì)電解電容C的充電過程。此時(shí)的電抗器L與電解電容C分壓，從而確保電解電容C工作在安全范圍內(nèi)。當(dāng)電解電容C上的電壓快到危險(xiǎn)值（比如說370V），而系統(tǒng)仍處于發(fā)電狀態(tài)，電能不斷通過逆變部分回送到直流回路中時(shí)，安全回路發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)（電阻制動(dòng)），控制VT3的關(guān)斷與開通，從而實(shí)現(xiàn)電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會(huì)出現(xiàn)的。
(2)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)
當(dāng)CPU發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不再充電時(shí)，則對(duì)VT3進(jìn)行脈沖導(dǎo)通，使得在電抗器L上行成了一個(gè)瞬時(shí)左正右負(fù)的電壓（如圖標(biāo)識(shí)），再加上電解電容C上的電壓就能實(shí)現(xiàn)從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對(duì)電解電容C上的電壓和直流回路的電壓的檢測(cè)，控制VT3的開關(guān)頻率以及占空比,從而控制反饋電流，確保直流回路電壓νd不出現(xiàn)過高。
2、系統(tǒng)難點(diǎn)
(1)電抗器的選取
（a）、我們考慮到工況的特殊性，假設(shè)系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障，導(dǎo)致電機(jī)所載的位能負(fù)載自由加速下落，這時(shí)電機(jī)處于一種發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，再生能量通過六個(gè)續(xù)流二極管回送至直流回路，致使νd升高，很快使變頻器處于充電狀態(tài)，這時(shí)的電流會(huì)很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時(shí)的電流。
（b）、在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前把盡可能多的電能釋放出來，選取普通的鐵芯（硅鋼片）是不能達(dá)到目的的，最好選用鐵氧體材料制成的鐵芯，再看看上述考慮的電流值如此大，可見這個(gè)鐵芯有多大，素不知市面上有無這么大的鐵氧體鐵芯，即使有，其價(jià)格也肯定不會(huì)很低。所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個(gè)電抗器。
(2)控制上的難點(diǎn)
（a）、變頻器的直流回路中，電壓νd一般都高于500VDC，而電解電容C的耐壓才400VDC，可見這種充電過程的控制就不像能量制動(dòng)（電阻制動(dòng)）的控制方式了。其在電抗器上所產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓降為，電解電容C的瞬時(shí)充電電壓為νc=νd-νL，為了確保電解電容工作在安全范圍內(nèi)（≤400V），就得有效的控制電抗器上的電壓降νL，而電壓降νL又取決于電感量和電流的瞬時(shí)變化率。
（b）、在反饋過程中，還得防止電解電容C所放的電能通過電抗器造成直流回路電壓過高，以致系統(tǒng)出現(xiàn)過壓保護(hù)。
3、主要應(yīng)用場(chǎng)合及應(yīng)用實(shí)例
正是由于變頻器的這種新型制動(dòng)方式（電容反饋制動(dòng)）所具有的優(yōu)越性，近些來，不少用戶結(jié)合其設(shè)備的特點(diǎn)，紛紛提出了要配備這種系統(tǒng)。由于技術(shù)上有一定的難度，國外還不知有無此制動(dòng)方式？國內(nèi)目前只有山東風(fēng)光電子公司由以前采用回饋制動(dòng)方式的變頻器（仍有2臺(tái)在正常運(yùn)行中）改用了這種電容反饋制動(dòng)方式的新型礦用提升機(jī)系列。
隨著變頻器應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，這個(gè)應(yīng)用技術(shù)將大有發(fā)展前途，具體來講，主要用在礦井中的吊籠（載人或裝料）、斜井礦車（單筒或雙筒）、起重機(jī)械等行業(yè)。總之需要能量回饋裝置的場(chǎng)合都可選用。
關(guān)鍵詞 變頻壓縮機(jī) 變頻調(diào)速系統(tǒng) 技術(shù)現(xiàn)狀
1 引言
由于傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)采用定速壓縮機(jī)，因此人們對(duì)制冷系統(tǒng)及壓縮機(jī)的研究重點(diǎn)一直是在名義工況和額定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的效率和其它工作特性上。傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)采用定轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，實(shí)行開關(guān)控制，利用壓縮機(jī)上附帶的鼠籠式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，從而調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度。這種控制方式使蒸發(fā)溫度波動(dòng)較大，容易影響被冷卻環(huán)境的溫度。壓縮機(jī)電機(jī)在工作過程中要不斷克服轉(zhuǎn)子從靜止到額定轉(zhuǎn)速變化過程中所產(chǎn)生的巨大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，尤其是帶著負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)力矩要高出運(yùn)行力矩許多倍，其結(jié)果不僅要額外耗費(fèi)電能，而且會(huì)加劇壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的磨損。另外這種運(yùn)行方式在啟動(dòng)過程中還會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)、噪聲以及沖擊電流，引起電源電壓的波動(dòng)，因此應(yīng)采用變頻壓縮機(jī)替代定轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，從而避免這種頻繁的起停過程。
而變頻調(diào)速技術(shù)主要由以下4個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)組成：逆變器，微控制器，PWM波的生成以及變頻壓縮機(jī)的電機(jī)選擇。
2 三種變頻壓縮機(jī)的研究狀況
針對(duì)變頻壓縮機(jī)的研究，是從往復(fù)活塞機(jī)開始的，但由于其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，影響到變頻特性的發(fā)揮；從而轉(zhuǎn)到滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)、渦旋壓縮機(jī)等回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)上來，大大提高了壓縮機(jī)的性能。總體說來，實(shí)驗(yàn)研究居多，而理論分析較少。
2.1 往復(fù)式活塞壓縮機(jī)
日本東芝公司在1980年開發(fā)了往復(fù)式變頻壓縮機(jī)，又在1981年開發(fā)了轉(zhuǎn)子式變頻壓縮機(jī)，文獻(xiàn)[1]給出這兩種機(jī)器的制冷量和總效率隨頻率變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從中可以看出往復(fù)式在頻率為25~75Hz時(shí)，效率高；而轉(zhuǎn)子式在30~90Hz時(shí)，效率高。并且兩種機(jī)型均存在效率最高頻率。在大于此頻率時(shí)效率緩慢降低，小于此頻率時(shí)，效率則下降很快。另外，Scalabrin測(cè)量一臺(tái)可變速的開啟式往復(fù)壓縮機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的制冷量和輸入功率，他指出這臺(tái)壓縮機(jī)的容積效率在轉(zhuǎn)速為1000rpm時(shí)最高，而等熵效率和制冷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的降低而增高[2]。Krueger討論了BPM電機(jī)及變頻器的設(shè)計(jì)，對(duì)轉(zhuǎn)速在2000~5000rpm的冰箱和往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000~5000rpm時(shí)制冷系數(shù)最高；而文獻(xiàn)[3]則給出了其對(duì)冰箱用往復(fù)式壓縮機(jī)的性能試驗(yàn)和模擬計(jì)算結(jié)果，在其研究的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)2000~4000rpm，制冷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的增加而降低。還有學(xué)者對(duì)往復(fù)式變頻壓縮機(jī)的熱力性能進(jìn)行了仿真研究，計(jì)算了壓縮機(jī)內(nèi)各部位的換熱量和壓力損失。
2.2 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)
在1984年，日本東芝公司的Sakurai和美國普渡大學(xué)的Hamilton建立了簡單的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的摩擦損失模型[4]，并選取不同的邊界摩擦系數(shù)和制冷劑在油中的溶解度計(jì)算了不同的轉(zhuǎn)速下的摩擦功耗。其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值相比較，偏差較大。文獻(xiàn)[5]敘述了日立公司1983年批量生產(chǎn)的變頻轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)和材料上的改進(jìn)。文獻(xiàn)[6]研究了單缸和雙缸轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，討論了電流頻率減小時(shí)，壓縮機(jī)性能降低的原因。文獻(xiàn)[7]采用低密度和鋁合金制作的滑片和轉(zhuǎn)子以降低高轉(zhuǎn)速時(shí)滑睡瑟轉(zhuǎn)子間的接觸力和轉(zhuǎn)子軸承承載。文獻(xiàn)[8]簡單分析了適當(dāng)降低滑片的質(zhì)量和厚度可以提高變頻轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的效率，并給出了氣缸、轉(zhuǎn)子和滑處的溫度及應(yīng)力分布的有限元分析結(jié)果。Liu和Soedel分析了變頻轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的吸氣和排氣氣流脈動(dòng)[9，10]和吸氣管氣缸間的傳熱及壓縮機(jī)的溫度分布[11]，討論了影響變頻轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)容積效率和氣缸壓縮過程效率的因素，給出了他們用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算出的在不同轉(zhuǎn)速下的容積效率和壓縮過程效率，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)[1]的實(shí)驗(yàn)可以看出，其計(jì)算的容積效率隨轉(zhuǎn)速的增大而很快的增大。
2.3 渦旋式壓縮機(jī)
渦旋式壓縮機(jī)的原理早在1886年意大利的專利文獻(xiàn)[12]論及到了，1905年法國工程師Creux正式提出渦旋式壓縮機(jī)原理及結(jié)構(gòu)，并申請(qǐng)美國專利[13]。渦旋式壓縮機(jī)是一種新型的容積式壓縮機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、可靠性強(qiáng)、噪聲低等特點(diǎn)，尤其是用于變頻控制運(yùn)行。但由于沒有數(shù)控加工技術(shù)和缺乏對(duì)軸向力平衡問題的妥善解決方法，因而長期未能完成其實(shí)用化。進(jìn)入70年代，美國A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解決了渦旋盤端部磨損補(bǔ)償?shù)拿芊饧夹g(shù)。并在此基礎(chǔ)上與瑞士合作開發(fā)了多種工質(zhì)的渦旋式壓縮機(jī)樣機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)的真正規(guī)模生產(chǎn)始于日本。1981年日本三電（SANDEN）公司開始生產(chǎn)用于汽車空調(diào)的渦旋式壓縮機(jī)，1983年日立公司開始生產(chǎn)2~5Hp用于房間空調(diào)的渦旋式壓縮機(jī)。此外，在美國，自Copeland公司1987年建立渦旋式壓縮機(jī)生產(chǎn)線推出其產(chǎn)品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分別設(shè)廠生產(chǎn)高質(zhì)量的渦旋式壓縮機(jī)。而變頻渦旋壓縮機(jī)已應(yīng)用于柜式空調(diào)器上，節(jié)能效果明顯，制冷系數(shù)提高20%左右，成為目前渦旋壓縮機(jī)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
3 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀
變頻調(diào)速技術(shù)適應(yīng)于節(jié)能降耗和舒適性的要求，目前已應(yīng)用于新一代的空調(diào)器上，在90年代初進(jìn)入國內(nèi)空調(diào)市場(chǎng)，其核心是：逆變器、微控制器、PWM波的生成和變頻壓縮機(jī)的電機(jī)。
3.1 逆變器
變頻空調(diào)的核心部件是變頻器，其主要電路采用交-直-交電壓型方式。交-直過程一般采用單相二級(jí)管不可控直接整流，直-交過程一般采用6管三相逆變器，另有一個(gè)輔助電源，一個(gè)逆變器控制器和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。
早期的變頻器采用分立元件構(gòu)成，整流器采用單相倍壓整流電路，逆變器由6只分立的功率晶體管（GTR）構(gòu)成。這種電路復(fù)雜，可靠性差。目前大部分廠家采用的逆變橋由6個(gè)絕緣柵極晶體管（IGBT）組成，其綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)頻率高、驅(qū)動(dòng)功率小。隨著智能功率模塊（IPM）技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，IPM正在逐步取代普通IGBT模塊。由于IPM內(nèi)部既有IGBT的棚極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)邏輯，又有過流、過（欠）壓、短路和過熱探測(cè)以及保護(hù)電路，提高了變頻器的可靠性和可維護(hù)性。另外，IPM的體積與普通IGBT模塊不相上下，價(jià)格也比較接近，因此目前應(yīng)用較為廣泛。比較成功的產(chǎn)品如：日本三菱電機(jī)公司所生產(chǎn)的PM20CSJ060型以及日本新電元公司生產(chǎn)的TM系列IPM模塊等。
功率因素校正（PFC）環(huán)節(jié)和逆變橋集成是新一代的空調(diào)器逆變電源技術(shù)。PFC技術(shù)的應(yīng)用不但可以極大改善電網(wǎng)的工作環(huán)境，減少輸電線的損耗，而且在變頻工作時(shí)可以減小輸入端電感和輸出端電容器，減小模塊體積。因此PFC環(huán)節(jié)和IPM逆變橋集成一體化是家用空調(diào)器發(fā)展的必然。
3.2 微控制器
微電子技術(shù)的發(fā)展使變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)手段發(fā)生了根本的變化，從早期的模擬控制技術(shù)發(fā)展數(shù)字控制技術(shù)。目前國外一些跨國公司的微控制器產(chǎn)品占據(jù)著主要的市場(chǎng)，如：Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。這些公司的產(chǎn)品性能價(jià)格比較高、功能強(qiáng)大，如帶有A/D轉(zhuǎn)換器、PWM波形發(fā)生器、LED/LCD驅(qū)動(dòng)等，且一般都有OTP產(chǎn)品以及功耗低可長期穩(wěn)定的工作。微控制器目前主要由單片機(jī)向DSP（信號(hào)處理器）過渡。以目前應(yīng)用比較廣泛的TI公司的TMS320C240為例，其具有：50Ns的指令周期，544字的RAM，16K的EEPROM，12個(gè)PWM通道，三個(gè)16位計(jì)數(shù)器，兩個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換，WATCHDOG，串行通訊口，串行外圍接口等，采用DSP，可使控制電路簡單，而且控制功能強(qiáng)大。
3.3 PWM波的生成
在家用空調(diào)器中，目前國內(nèi)大部分廠家采用常規(guī)的SPWM方法，在國外，在部分廠家以采用磁通跟蹤型SPWM生成方法，該方法以不同的開關(guān)模式在電機(jī)中產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近定子磁鏈的給定軌跡—理想磁通圓，即用空間電壓矢量的方法決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，以形成PWM波形，該方法電壓利用率高，低頻諧波轉(zhuǎn)矩小，頻率變化范圍寬、運(yùn)行穩(wěn)定，具有比較好的控制性能。近期出現(xiàn)的PAM控制（Pulse Amplitude Modulation）不采用載波頻率進(jìn)行整流，而直接改變電壓，減少了整流所需的能耗，提高了變頻器的工作效率，滿足了節(jié)電和降低高次諧波的要求，使供暖能力得到提高。
3.4 變頻壓縮機(jī)的電機(jī)
變頻壓縮機(jī)電機(jī)主要分為交流異步電動(dòng)機(jī)和直流無刷電動(dòng)機(jī)兩種。目前國內(nèi)一些大的壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家如：萬寶、松下、上海日立、東芝萬家樂等已有能力生產(chǎn)變頻壓縮機(jī)（包括交流機(jī)和直流機(jī)），交流電動(dòng)機(jī)成本低，制造工藝簡單，但其節(jié)能效果較差。直流無刷電機(jī)拖動(dòng)由無刷電機(jī)本身，轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換向開關(guān)組成。轉(zhuǎn)子磁極為永磁體，電樞繞組采用自控式換流，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁極同步旋轉(zhuǎn)，通常采用按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的定子電流矢量變換控制，既有普通直流電機(jī)良好的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能，又從根本上消除了換向火花、無線電干擾的弊端，具有壽命長、可靠性高和噪聲低，控制方便等優(yōu)點(diǎn)。以1998年三菱電機(jī)公司開發(fā)的適用于空調(diào)壓縮機(jī)的節(jié)能高效直流無刷電機(jī)為例，其具有：轉(zhuǎn)子上安裝了8塊V字型永久磁體。磁體為埋入式，轉(zhuǎn)子不會(huì)在不銹鋼外殼中因渦流因而產(chǎn)生損耗；采用了新的壓縮機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，效率比普通的無刷電機(jī)高，但是這種壓縮機(jī)電機(jī)的價(jià)格較高。
關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；煤礦機(jī)電設(shè)備；實(shí)際應(yīng)用；探索
中圖分類號(hào)：TD63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-0802-(2016)06-0161-02
引言
煤炭行業(yè)的發(fā)展證明中國整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提高，相關(guān)技術(shù)與設(shè)備朝節(jié)能、高效、安全、經(jīng)濟(jì)等方向發(fā)展。以往煤礦生產(chǎn)環(huán)境較差，大功率設(shè)備非常多，影響工作效率，而且，設(shè)備損耗較高，與當(dāng)下“建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)、實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排”理念不符。變頻技術(shù)無論在日常的生活中，還是在煤炭行業(yè)的發(fā)展中均發(fā)揮了重要作用，它的應(yīng)用理應(yīng)得到重視并進(jìn)一步開發(fā)。
1變頻技術(shù)相關(guān)理論
變頻技術(shù)對(duì)于人們的生活來講是一種提高，極大地改變了人們的生活品質(zhì)，不僅如此，變頻技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域更是起到了不可替代的作用，為其發(fā)展帶來極大的便利。變頻技術(shù)的產(chǎn)生主要是由于當(dāng)時(shí)需要對(duì)電流頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，在20世紀(jì)60年代之后，電子器件得到發(fā)展，由晶閘管到絕緣柵雙極型晶體管控制品閘管，這對(duì)變頻技術(shù)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。一直到70年代—80年代變頻技術(shù)發(fā)展成為以PWM-VVVF調(diào)速模式為核心，并對(duì)此模式進(jìn)行優(yōu)化與研究，使得變頻技術(shù)得到了完善[1]。變頻技術(shù)的操作是在電壓保持不變的基礎(chǔ)上，改變交流電頻頻率，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化操作。在整個(gè)操作過程中，變頻器主要是利用電力半導(dǎo)體自身的通斷作用，將原有的無法改變頻率的交流電改變?yōu)榭梢宰兓慕涣麟姡^而形成變頻調(diào)速。變頻器主要包含的元器件是鍵盤、電源板、主板、電機(jī)、電容器等[2]。變頻器運(yùn)行的技術(shù)原理見圖1～圖2。在傳統(tǒng)的電氣設(shè)備中，如果電流頻率無法改變，那么運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速也就無法改變，會(huì)縮短設(shè)備壽命，浪費(fèi)大量能源。變頻技術(shù)恰恰可以解決此類問題，改變?cè)O(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度，調(diào)節(jié)設(shè)備，保證運(yùn)行的技術(shù)性與效率性。
2變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用
在煤礦生產(chǎn)工程中，變頻技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于：a)調(diào)速。能對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)速，保證機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定性，減少設(shè)備的受損情況；b)節(jié)能。變頻技術(shù)可以調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備流量，減少電能流失，從而起到節(jié)能效果；c)變頻技術(shù)讓生產(chǎn)更為標(biāo)準(zhǔn)，縮小機(jī)電設(shè)備的體積等。變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的具體應(yīng)用在于以下幾方面：a)在采煤機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)。采煤機(jī)是礦井采煤的重要設(shè)備，其工作環(huán)境非常惡劣，主要特點(diǎn)就是粉塵四起、濕度較高、空間較小等。一旦采煤機(jī)發(fā)生故障直接會(huì)導(dǎo)致采煤工作“滯留”，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。變頻技術(shù)為采煤機(jī)的運(yùn)行提供了變頻調(diào)速的可能，從原始的“一拖二”轉(zhuǎn)變成為“一拖一”，讓能量回饋型四象限變頻器成為應(yīng)用的主角。這樣不僅提高了采煤的科技性，更能減少機(jī)械設(shè)備的損耗，延長使用壽命，讓整體操作趨于簡便、安全、可靠[3]；b)在膠帶輸送機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)。膠帶輸送機(jī)本身具有高壓、高功的特點(diǎn)，它的存在就是保證煤炭運(yùn)輸正常進(jìn)行。在傳統(tǒng)運(yùn)輸當(dāng)中，很多膠帶運(yùn)輸機(jī)都會(huì)處在空載、輕載等環(huán)境中，這樣直接會(huì)造成資源浪費(fèi)，啟動(dòng)時(shí)配合液力耦合器，導(dǎo)致啟動(dòng)電流過大，極易造成電機(jī)失控事故的發(fā)生。而且大電流還會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部造成沖擊，瞬間提升設(shè)備溫度，造成設(shè)備過熱損耗[4]。變頻技術(shù)的應(yīng)用（四象限變頻調(diào)速技術(shù)）直接保護(hù)輸送機(jī)，保證電流輸送穩(wěn)定，這樣可以有效防止失控現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、安全等運(yùn)行目標(biāo)；c)在通風(fēng)機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)。通風(fēng)機(jī)無法隨機(jī)變頻一直都是煤礦設(shè)備運(yùn)行的困擾之一，變頻技術(shù)的出現(xiàn)直接解決了此問題，降低了其工作強(qiáng)度，不僅減少了設(shè)備的損耗與故障維修率，更重要的是減少了電網(wǎng)設(shè)備的破壞，讓通風(fēng)機(jī)更趨于正常化運(yùn)轉(zhuǎn)。以忻州窯礦的通風(fēng)機(jī)為例，該風(fēng)機(jī)的型號(hào)為BDK40-6-No17，該礦對(duì)此風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。改造前，總風(fēng)量為2970m3/min，輸入功率154kW。經(jīng)過測(cè)量，礦井在生產(chǎn)時(shí)只需要2100m3/min，使用風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)可以將其調(diào)整到為2100m3/min，但是從實(shí)際角度出發(fā)，風(fēng)門可節(jié)約15%能源，電機(jī)的輸入功率高達(dá)132kW，每年所使用的電費(fèi)為57.4×104元（理論值）。改造后，為在滿足需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能，該煤礦決定使用200kW的變頻調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)測(cè)試，變頻輸出的頻率大約為39Hz，輸入電壓約為400V，只要電流在輸入時(shí)達(dá)到110A就能讓風(fēng)量達(dá)到2100m3/min。這個(gè)時(shí)候電機(jī)的功率大約為75kW，其數(shù)值大幅度下降，計(jì)算后得出每年消耗的電費(fèi)約為32.8×104元，總體節(jié)約24.5×104元，即節(jié)約了43%的電能；d)在提升機(jī)中應(yīng)用變頻技術(shù)。由于提升機(jī)運(yùn)行時(shí)的環(huán)境較為復(fù)雜，要求每一個(gè)參與生產(chǎn)的提升設(shè)備都要保持良好的性能，這樣才能滿足生產(chǎn)要求。提升機(jī)一般會(huì)高頻率、高反復(fù)啟動(dòng)，相關(guān)的調(diào)速任務(wù)非常多，久而久之導(dǎo)致提升機(jī)故障率較高，壽命較短。變頻技術(shù)的應(yīng)用可以滿足其運(yùn)行要求，同時(shí)也可保護(hù)提升機(jī)本身。經(jīng)過變頻之后的提升機(jī)，可以減少在調(diào)速過程中電阻的損耗，而且位于減速器下方時(shí)，其電動(dòng)機(jī)也會(huì)運(yùn)行，將電能消耗情況傳遞給電網(wǎng)[5]。變頻技術(shù)是提升設(shè)備性能的最佳方式，其內(nèi)部軟件可以幫助設(shè)備完成調(diào)速工作，降低故障率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能化。目前，“風(fēng)光提升機(jī)變頻器”是最新的應(yīng)用產(chǎn)品，它具有兼容性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，深受中國煤礦生產(chǎn)企業(yè)的歡迎；e)在水泵中應(yīng)用變頻技術(shù)。水泵的作用在于輸送液體，在煤礦設(shè)備中還有一項(xiàng)功能是液體增壓。在之前的運(yùn)行中，水泵空轉(zhuǎn)時(shí)間較長，在不斷啟用、停用過程中不僅耗能大，而且事故頻繁。變頻技術(shù)的應(yīng)用讓水泵轉(zhuǎn)數(shù)有所下降，延長使用壽命的同時(shí)降低維修頻率與維修費(fèi)用。同時(shí)，變頻器的使用還能減少電網(wǎng)沖擊，當(dāng)水泵出口閥處于全開狀態(tài)時(shí)直接消除之前由于閥門節(jié)流產(chǎn)生的巨大的噪音，這也是對(duì)工作環(huán)境的一種改善。總體來看，變頻技術(shù)確實(shí)可以提高其運(yùn)行效率，減少事故的發(fā)生。中國礦業(yè)大學(xué)曾設(shè)計(jì)井下排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，這有效地增強(qiáng)了水泵性能。其原理在于利用變頻器控制水泵啟停減速，保證井下液位穩(wěn)定、不變，繼而減少水泵的空轉(zhuǎn)時(shí)間，這樣既提高了其安全性，又實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。通過對(duì)水泵進(jìn)行變頻改造，經(jīng)過改造后的水泵，其功率由原先的260kW降至190kW，電流由開始的400A降至310A，頻率從50Hz降至40Hz，以上數(shù)據(jù)充分證明其變頻改造可以減少功率損耗。經(jīng)過一段時(shí)間的測(cè)算之后，礦井每月平均可節(jié)約27%的電能，效果非常顯著。
3結(jié)語
變頻技術(shù)在煤炭領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)廣泛，具有非常大的潛力。在提倡節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)在，煤炭行業(yè)要實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，獲得長足進(jìn)步，就必須靈活應(yīng)用變頻技術(shù)，提高機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用效率，為企業(yè)與社會(huì)提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，提高中國整體的效益水平。
參考文獻(xiàn)：
［1］張華，龍坤.電氣工程安全問題及質(zhì)量控制探討［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(18)：148.
［2］張和平.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用分析［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2015(5)：169.
［3］張鵬飛.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用［J］.能源與節(jié)能，2013(9)：119-121.
［4］溫勇.煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.河南科技，2013(8)：117-118.
