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篇1

Abstract： This paper takes the circular shaft of a chamfering machine as the control and research object. The working principle， technical requirements， work environment and other characteristics of the machine are used to design the simple dedicated frequency conversion governor of variable voltage and variable frequency. The variable voltage and variable frequency governor combines the micro controller chip and motor speed control system into a whole equipment to implement real-time frequency control for the motor speed control of drive motor. It has some frequency conversion function of the universal variable voltage and variable frequency and it also has its own unique control function for the specific control object.

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速器；SPWM；研究

Key words： variable voltage and variable frequency；SPWM；study

中圖分類(lèi)號(hào)：TK243.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）07-0162-03

0 引言

現(xiàn)今社會(huì)廣泛應(yīng)用變頻調(diào)速的技術(shù)在各行各業(yè)，這種技術(shù)應(yīng)用改變了傳動(dòng)的方式性，改變了傳動(dòng)的適用性。變頻空調(diào)的應(yīng)用既是對(duì)資源的節(jié)約，又在改善人們的生活。變頻調(diào)速滿足著各種需求，變頻調(diào)速器從最初的電力電子器件的模塊化，不斷改革創(chuàng)新，先實(shí)現(xiàn)了交流電路開(kāi)關(guān)的高頻化，后實(shí)現(xiàn)了控制手段的全數(shù)字化。當(dāng)前企業(yè)生產(chǎn)中采用的機(jī)加工設(shè)備使用到的變頻調(diào)速器大部分為通用型變頻調(diào)速器，通用變頻調(diào)速器用于一般工業(yè)驅(qū)動(dòng)，但是其通用的功能設(shè)置較為復(fù)雜造成了某些設(shè)備的功能冗雜，控制程序多，資源浪費(fèi)，在這種情況下，人們對(duì)專用變頻調(diào)速器的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，同時(shí)針對(duì)通用變頻調(diào)速器存在的成本高、系統(tǒng)復(fù)雜等問(wèn)題，人們還設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易變頻調(diào)速器，不僅有效解決了傳統(tǒng)變頻調(diào)速中存在的問(wèn)題，還可將其用于某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域的特定的控制對(duì)象，滿足某些特定的控制要求[1]。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

考慮到本設(shè)計(jì)中倒角機(jī)的特點(diǎn)及工藝要求，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易變頻調(diào)速器時(shí)應(yīng)綜合考慮其可靠性、經(jīng)濟(jì)性和專用性等特點(diǎn)，功率器件選取智能功率模塊（IPM模塊作），核心控制芯片采用LM3S6911，主回路采用的是典型的交-直-交電壓源型功率變換器結(jié)構(gòu)。

變頻器的主回路主要三大部分：

①整流電路：三相橋式不可控整流器。該電路的功能是將三相交流電（AC）整流：變成直流電（DC），整流后的電為脈沖電壓，必需要經(jīng)濾波后供給負(fù)載。

②中間直流環(huán)節(jié)：該部分包含制動(dòng)電路、限流電路、濾波電路等[3]。整流電路輸出的電壓經(jīng)過(guò)中間環(huán)節(jié)輸出穩(wěn)定的直流電供給后續(xù)電路。

③逆變電路。逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，該電路將中間環(huán)節(jié)輸出的直流電轉(zhuǎn)變成交流電，其輸出為PWM波形。原理圖如圖1所示。

如圖1所示：外部工頻電源R、S、T分別由接線端子J1的1、2、3端經(jīng)熔斷器輸入到整流器模塊的1、2、3電源引腳，在整流電路中輸入380V三相交流電，使其變化為537V的直流電；經(jīng)整流后的直流電通過(guò)濾波電路進(jìn)行濾波，減小了整流后直流電中的脈動(dòng)成分變成平滑的直流電；將該直流電輸入到逆變電路模塊，該直流電將被逆變成為電壓、頻率均可調(diào)的220V三相交流電，逆變電路的引腳4、5、6分別輸出U、V、W三相電壓，經(jīng)接線端子J2的1、2、3端輸出給與其相連的三相交流異步電機(jī)。此外在直流回路中串入的限流電阻RL，它的功能是為了避免大電解電容在通電瞬間產(chǎn)生過(guò)大的沖擊電流，造成電路損壞。

控制電路的控制芯片采用LM3S6911微控制器，它擁有ARM微控制器所具有的大部分優(yōu)點(diǎn)，其具有工作頻率為50MHz、32位RISC性能、提供系統(tǒng)時(shí)鐘、4個(gè)通用定時(shí)器模塊，每個(gè)模塊提供2個(gè)16位定時(shí)器。由于LM3S6911芯片的供電電壓只能是3.3V，而給整個(gè)控制系統(tǒng)供電的是一個(gè)外部+5V直流電源，如此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路時(shí)必須設(shè)置一個(gè)電壓電路，以便實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同電壓的轉(zhuǎn)化，確保穩(wěn)壓電源來(lái)給微控制器供電。

系統(tǒng)的控制單元使用DV12864C點(diǎn)陣LCD液晶顯示模塊，該模塊是128x64點(diǎn)陣LCD，將該模塊的外部引腳與LM3S6911微處理器的GPIO寄存器的外部接口相連接，構(gòu)成顯示電路圖，如圖2所示，該部分電路采用8位并行傳輸方式與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[3]，可將各設(shè)定參數(shù)及傳感器數(shù)值顯示出來(lái)，同時(shí)具有光標(biāo)閃爍、字符移動(dòng)等功能。

2 軟件設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)易變頻調(diào)速器既保證能夠達(dá)到性能指標(biāo)要求，又簡(jiǎn)化了通用型變頻調(diào)速器的硬件電路，因此要最大限度的保證系統(tǒng)的安全性、可靠性以及更好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，這無(wú)疑對(duì)軟件設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

軟件的關(guān)鍵組成部分是SPWM的實(shí)現(xiàn)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，SPWM波形依靠軟件就可以生成，本設(shè)計(jì)就是采用了軟件生成SPWM的方法。軟件設(shè)計(jì)的主程序主要包括初始化模塊、循環(huán)調(diào)用模塊、中斷模塊、故障檢測(cè)模塊等，通過(guò)變化各模塊的組合使用情況，改變功能模塊之間的關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)不同的功能要求。其中初始化模塊包括：ARM初始化、系統(tǒng)初始化、定時(shí)器（GPTM）初始化、ADC初始化、PWM寄存器初始化、PWM比較器初始化、GPIO端口初始化等。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，使六路輸出的信號(hào)PWM 0-PWM 5分別經(jīng)過(guò)了驅(qū)動(dòng)電路控制IPM中相應(yīng)IGBT管的導(dǎo)通與關(guān)斷，以輸出三相正弦脈寬調(diào)制波，控制電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速[4]。IPM的逆變橋的同一個(gè)橋臂上有上下兩個(gè)IGBT，但在實(shí)際工作過(guò)程中兩個(gè)IGBT無(wú)法同時(shí)導(dǎo)通，這時(shí)需要對(duì)兩者的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，波形圖如圖3中（a）所示；并在電路正常運(yùn)行的前提下對(duì)控制工作組的U相上IGBT管和V相下IGBT管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了觀測(cè)，波形圖如圖3中（b）所示。

調(diào)試好的SPWM生成程序經(jīng)過(guò)調(diào)試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的換向控制要求基本上都可以得到滿足，因此軟件部分完成，進(jìn)入硬件調(diào)試階段。在硬件調(diào)試階段，應(yīng)采用示波器進(jìn)行觀測(cè)同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

LM3S6911芯片不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件電路，還有效解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)中存在的弊端，具有很高的可靠性、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確度，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉學(xué)俊，饒萬(wàn)里.集中安裝效果良好――交流變頻調(diào)速器在銅精礦的應(yīng)用狀況[J].電工技術(shù)雜志，2004（06）.

[2]陳立功，周志超，彭昱.基于FX2N的電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（01）.

篇2

[關(guān)鍵詞]PLC變頻調(diào)速器多電機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議

一、引言

以變頻調(diào)速器為調(diào)速控制器的同步控制系統(tǒng)、比例控制系統(tǒng)和同速系統(tǒng)等已廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、紡織、化工等行業(yè)。以比例控制系統(tǒng)為例，一般的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

工作時(shí)操作人員通過(guò)控制機(jī)（可為PLC或工業(yè)PC）設(shè)定比例運(yùn)行參數(shù)，然后控制機(jī)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模件發(fā)出控制變頻調(diào)速器的速度指令使各個(gè)變頻調(diào)速器帶動(dòng)電機(jī)按一定的速度比例運(yùn)轉(zhuǎn)。此方案對(duì)電機(jī)數(shù)目不多，電機(jī)分布比較集中的應(yīng)用系統(tǒng)較合適。但對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)自動(dòng)線，一方面電機(jī)數(shù)目較多，另一方面電機(jī)分布距離較遠(yuǎn)。采用此控制方案時(shí)由于速度指令信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸中的衰減和外界的干擾，使整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低；同時(shí)大量D/A轉(zhuǎn)換模件使系統(tǒng)成本增加。為此我們提出了PLC與變頻調(diào)速器構(gòu)成多分支通訊控制網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)成本較低、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)，尤其適合遠(yuǎn)距離，多電機(jī)控制。

二、系統(tǒng)硬件構(gòu)成

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由下列組件構(gòu)成；

1、FX0N—24MR為PLC基本單元，執(zhí)行系統(tǒng)及用戶軟件，是系統(tǒng)的核心。

2、FX0N—485ADP為FX0N系統(tǒng)PLC的通訊適配器，該模塊的主要作用是在計(jì)算機(jī)—PLC通訊系統(tǒng)中作為子站接受計(jì)算機(jī)發(fā)給PLC的信息或在多PLC構(gòu)成n:n網(wǎng)絡(luò)時(shí)作為網(wǎng)絡(luò)適配器，一般只作為規(guī)定協(xié)議的收信單元使用。本文作者在分析其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將其作為通訊主站使用，完成變頻調(diào)速器控制信號(hào)的發(fā)送。

3、FR—CU03為FR—A044系列比例調(diào)速器的計(jì)算機(jī)連接單元，符合RS—422/RS—485通訊規(guī)范，用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)變頻調(diào)速器的連網(wǎng)。通過(guò)該單元能夠在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速器的運(yùn)行控制（如啟動(dòng)、停止、運(yùn)行頻率設(shè)定）、參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控等功能，是變頻器的網(wǎng)絡(luò)接口。

4、FR—A044變頻調(diào)查器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。

在1:n（本文中為1:3）多分支通訊網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)變頻器為一個(gè)子站，每個(gè)子站均有一個(gè)站號(hào)，事先由參數(shù)設(shè)定單元設(shè)定。工作過(guò)程中，PLC通過(guò)FX0N—485ADP發(fā)有關(guān)命令信息后，各個(gè)子站均收到該信息，然后每個(gè)子站判斷該信息的站號(hào)地址是否與本站站號(hào)一致。若一致則處理該信息并返回應(yīng)答信息；若不一致則放棄該信息的處理，這樣就保證了在網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)只有一個(gè)子站與主站交換信息。

三、軟件設(shè)計(jì)

1、通訊協(xié)議

FR—CU03規(guī)定計(jì)算機(jī)與變頻器的通訊過(guò)程如圖3所示，

該過(guò)程最多分5個(gè)階段。?、計(jì)算機(jī)發(fā)出通訊請(qǐng)求；?、變頻器處理等待；?、變頻器作出應(yīng)答；?、計(jì)算機(jī)處理等待；?、計(jì)算機(jī)作出應(yīng)答。根據(jù)不同的通訊要求完成相應(yīng)的過(guò)程，如寫(xiě)變頻器啟?？刂泼顣r(shí)完成?~?三個(gè)過(guò)程；監(jiān)視變頻器運(yùn)行頻率時(shí)完成?~?五個(gè)過(guò)程。不論是寫(xiě)數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)，均有計(jì)算機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，變頻器只是被動(dòng)接受請(qǐng)求并作出應(yīng)答。每個(gè)階段的數(shù)據(jù)格式均有差別。圖4分別為寫(xiě)變頻器控制命令和變頻器運(yùn)行頻率的數(shù)據(jù)格式。

2、PLC編程

要實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，必須對(duì)PLC進(jìn)行編程，通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。PLC程序應(yīng)完成FX0N—485ADP通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉(zhuǎn)換及變頻器應(yīng)答信息的處理等工作。PLC梯形圖程序（部分程序）如圖5所示。

程序中通訊發(fā)送緩沖區(qū)為D127~D149；接受緩沖區(qū)為D150~D160。電機(jī)1啟動(dòng)、停止分別由X0的上升、下降沿控制；電機(jī)2啟動(dòng)、停止分別由X1的上升、下降沿控制；電機(jī)3啟動(dòng)、停止分別由X2的上升、下降沿控制。程序由系統(tǒng)起始脈沖M8002初始化FX0N—485ADP的通訊協(xié)議；然后進(jìn)行啟動(dòng)、停止信號(hào)的處理。以電機(jī)1啟動(dòng)為例，X0的上升沿M50吸合，變頻器1的站號(hào)送入D130，運(yùn)行命令字送入D135，ENQ、寫(xiě)運(yùn)行命令的控制字和等待時(shí)間等由編程器事先寫(xiě)入D131、D132、D133；接著求校驗(yàn)和并送入D136、D137；最后置M8122允許RS指令發(fā)送控制信息到。變頻器受到信號(hào)后立刻返回應(yīng)答信息，此信息FX0N—485ADP收到后置M8132，PLC根據(jù)情況作出相應(yīng)處理后結(jié)束程序。

四、結(jié)語(yǔ)

1、實(shí)際使用表明，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變頻調(diào)速器的運(yùn)行控制、參數(shù)設(shè)定和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

2、該系統(tǒng)最多可控制變頻調(diào)速器32臺(tái)，最大距離500m。

篇3

關(guān)鍵詞:交流變頻調(diào)速 諧波 PLC接口

中圖分類(lèi)號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9416(2010)05-0000-00

1 概述

西德龍門(mén)加工中心17-10PF原主軸伺服系統(tǒng)采用西門(mén)子可控硅直流裝置SIMOREG V5系統(tǒng)。主軸電動(dòng)機(jī)為西門(mén)子他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),功率為75KW,安裝方式為立式。該加工中心投入使用十余年,加上滲漏的液壓油的污染,電機(jī)時(shí)常產(chǎn)生短路打火現(xiàn)象,因此不得不每周停機(jī)一天清洗電機(jī),保養(yǎng)整流子;即使這樣也不能避免電機(jī)短路打火。一旦發(fā)生短路打火,就需要對(duì)電樞進(jìn)行絕緣處理。每拆裝一次電機(jī)并進(jìn)行修理,停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾周,所需費(fèi)用也不少,而且電機(jī)經(jīng)過(guò)多次修理已經(jīng)處于報(bào)廢邊緣。因此車(chē)間經(jīng)上級(jí)部門(mén)同意決定對(duì)其進(jìn)行改造。

2 可行性分析

對(duì)于更換直流電動(dòng)機(jī)還是更換交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了論證。更換直流電動(dòng)機(jī)工作量小沒(méi)有任何風(fēng)險(xiǎn),但滲漏的液壓油仍將污染電機(jī),影響機(jī)床的使用;更換交流電動(dòng)機(jī)需要加裝交流變頻調(diào)速系統(tǒng),并要處理交流變頻調(diào)速系統(tǒng)和NC及PLC之間的連接問(wèn)題,有一定的風(fēng)險(xiǎn),但交流電機(jī)沒(méi)有碳刷裝置無(wú)需維護(hù),滲漏的液壓油不會(huì)影響其使用,從信號(hào)的匹配考慮仍選用西門(mén)子的交流調(diào)速系統(tǒng)和電機(jī)。

從費(fèi)用上考慮原型號(hào)直流電機(jī)需要單獨(dú)訂貨,價(jià)格約30萬(wàn)元,而交流電機(jī)加變頻系統(tǒng)價(jià)格約20萬(wàn)元。交流變頻電機(jī)存在較大的優(yōu)勢(shì)。

交流變頻調(diào)速裝置采用西門(mén)子的SIMODRIVE 611,三相四極電機(jī),功率60KW,其工作原理如圖所示:

該系統(tǒng)能提供恒功率輸出,保證電動(dòng)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)也能提供足夠大的力矩。電網(wǎng)提供的三相交流電源可直接送入變頻系統(tǒng),經(jīng)由三相橋式全控整流電路,向中間電路直流供電,升壓器將直流電壓從535V升到575±2;而逆變器是由6只反向并聯(lián)續(xù)流二極管的功率晶體管組成,通過(guò)磁場(chǎng)計(jì)算機(jī)的控制,輸出具有精確頻率,幅值控制在0～300HZ的閉環(huán)轉(zhuǎn)速和扭矩控制以及磁場(chǎng)。計(jì)算是由兩片16位微處理器8086為核心的控制組件完成;電機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過(guò)裝在電機(jī)軸上的編碼器進(jìn)行測(cè)量的。

3 改造準(zhǔn)備

變頻裝置與機(jī)床接口框圖如下:

在利用交流裝置取代V5系統(tǒng),變頻裝置與機(jī)床原接口信號(hào)必須重新處理。在處理過(guò)程中為保證機(jī)床實(shí)時(shí)控制的合理性與安全性,沒(méi)有改動(dòng)機(jī)床PC程序。原機(jī)床PC主軸控制程序是針對(duì)V5系統(tǒng)編制的,而變頻裝置與PC接口信號(hào)同V5系統(tǒng)與PC接口型號(hào)各不相同,為此進(jìn)行以下處理:

(1)將V5系統(tǒng)主電路保護(hù)信號(hào)、電機(jī)保護(hù)類(lèi)信號(hào)進(jìn)行短接,而不是取消。因這些信號(hào)是以直流短接為基礎(chǔ)產(chǎn)生的,短接以后PC控制不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警及停機(jī)。

(2)將變頻裝置內(nèi)部報(bào)警信號(hào)同V5的主電路保護(hù)信號(hào)進(jìn)行比較。相同信號(hào)直接進(jìn)入PC,不同信號(hào)經(jīng)各種轉(zhuǎn)換后進(jìn)PC。

(3)將交流電機(jī)保護(hù)信號(hào)利用原直流電機(jī)保護(hù)信號(hào)接線,直接進(jìn)入PC。

(4)變頻裝置控制信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)睦^電器轉(zhuǎn)換變成原V5系統(tǒng)的控制信號(hào),輸入PC,完成PC對(duì)變頻裝置的控制。

由于使用交流變頻裝置,其逆變器工作時(shí)將產(chǎn)生大量的高次諧波,造成周?chē)妷荷?對(duì)機(jī)床系統(tǒng)的正常運(yùn)行構(gòu)成較大的干擾。為此,在變頻裝置的輸入端和電網(wǎng)間,加裝一個(gè)三相平波電抗器,抑制變頻裝置對(duì)外產(chǎn)生高次諧波。

4 改裝中遇到的問(wèn)題

改裝中也遇到一些預(yù)想不到的問(wèn)題,像主軸不能準(zhǔn)確定位,各擋轉(zhuǎn)速的分配等。原系統(tǒng)定位是在主軸減速箱上套裝編碼器,將信號(hào)反饋給NC數(shù)控系統(tǒng),實(shí)施主軸準(zhǔn)確定位。定位時(shí)主軸給定信號(hào)(由NC輸出至主軸定位數(shù)模轉(zhuǎn)換板)為恒定電壓定位信號(hào),改裝后的變頻主軸對(duì)這一恒定電壓信號(hào)不匹配。表現(xiàn)為主軸轉(zhuǎn)速偏快,使得主軸定位不準(zhǔn)確,差1-2°,在無(wú)法改變NC輸出電壓和必須利用原主軸定位編碼器的情況下,將主軸定位數(shù)模轉(zhuǎn)換板定位信號(hào)適當(dāng)減小,直至定位準(zhǔn)確為止。

5 改造后的效果

改造后經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行,主軸部分未發(fā)生任何故障。由于系統(tǒng)的穩(wěn)定,在進(jìn)行工件加工時(shí),沒(méi)有以前V5系統(tǒng)因扭矩不夠造成NC自適應(yīng)控制系統(tǒng)斷電保護(hù)現(xiàn)象,提高了工件的加工精度。

總體上看,用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)改造加工中心是成功的,達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] SIMOREG-V5系統(tǒng)說(shuō)明書(shū).

[2] 西門(mén)子變頻器參考說(shuō)明書(shū).

[3] 西門(mén)子8MC數(shù)控系統(tǒng)說(shuō)明書(shū).

篇4

關(guān)鍵詞：斬波調(diào)速；變頻調(diào)速

1 簡(jiǎn)述

我礦2011年前所有蓄電池電機(jī)車(chē)全部采用電阻調(diào)速控制，由于電阻調(diào)速技術(shù)老化，在使用中故障較多，為此我礦針對(duì)此項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行技改公關(guān)。2011年8月開(kāi)始進(jìn)行機(jī)車(chē)改造，選用了兩種方案：一種是采用斬波調(diào)速控制，只需要更換控制器；第二種方案采用變頻調(diào)速器，但需要同時(shí)更換電動(dòng)機(jī)。

2 改造方案

方案一：選用湘潭新昕通用電氣有限公司生產(chǎn)的ZBT1-2×150/***礦用隔爆型斬波調(diào)速箱，直接替代原電阻調(diào)速控制箱。照明燈及降壓電阻由新型的LED照明燈替代。調(diào)速電阻改成制動(dòng)電阻。

方案二：選用唐山才德電氣有限公司生產(chǎn)的KBPT-44/192Z隔爆型變頻調(diào)速器，替代原電阻調(diào)速控制箱。將直流電機(jī)更換為專用交流電動(dòng)機(jī)。取消調(diào)速電阻。照明燈及降壓電阻由新型的LED照明燈替代。

3 調(diào)速器優(yōu)點(diǎn)對(duì)比

3.1 斬波調(diào)速器的優(yōu)點(diǎn)：

3.1.1 節(jié)能：調(diào)速狀態(tài)下，與原電阻調(diào)速相比，節(jié)能30%左右。

3.1.2 起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)力矩大：采用無(wú)級(jí)調(diào)速方式，從起動(dòng)到全速均能平穩(wěn)過(guò)渡，有效地保護(hù)了機(jī)車(chē)的機(jī)械系統(tǒng)，司機(jī)可根據(jù)實(shí)際需要任意控制機(jī)車(chē)速度；且牽引力比電阻調(diào)速機(jī)車(chē)大，工作效率高。

3.1.3 欠壓保護(hù)：當(dāng)蓄電池電壓低于設(shè)定值（可根據(jù)用戶而定）時(shí)，欠壓保護(hù)電路動(dòng)作，有效地保護(hù)了蓄電池。

3.1.4 電流保護(hù)：采用電流傳感技術(shù)，時(shí)刻跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流變化，當(dāng)機(jī)車(chē)超載或機(jī)車(chē)故障引起電流增大時(shí)，電流保護(hù)電路動(dòng)作，機(jī)車(chē)速度降低，有效地保護(hù)電機(jī)及機(jī)械系統(tǒng)。

3.1.5 電源防反接保護(hù)：當(dāng)蓄電池極性接反時(shí)，斬波器不工作，保護(hù)功率元件不受損壞。

3.1.6 溫度保護(hù)：當(dāng)斬波器工作溫度達(dá)到85℃時(shí)，斬波器暫時(shí)停止工作，防止功率元件因過(guò)溫而損壞，待溫度降低后，斬波器自動(dòng)恢復(fù)工作。

3.1.7 無(wú)弧通斷：正常操作下，所有司控開(kāi)關(guān)均無(wú)弧通斷，大大延長(zhǎng)了司控觸頭的使用壽命。

3.1.8 蓄電池電壓及電量顯示：電量?jī)x直接顯示蓄電池電壓，蓄電池充電達(dá)到100%標(biāo)稱電壓時(shí)，綠色指示燈全亮，超過(guò)130%標(biāo)稱電壓時(shí)，黃色指示燈全亮。只有紅燈顯示時(shí)，蓄電池電壓已低于70%標(biāo)稱電壓，提醒司機(jī)及時(shí)充電，有效地保護(hù)蓄電池過(guò)放電。

3.1.9 給定可靠：采用光電式給定，線性好，壽命長(zhǎng)。

3.1.10 積木式結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單、緊湊，安裝維修方便。

3.1.11 運(yùn)行可靠、使用壽命長(zhǎng)，降低了機(jī)車(chē)的維修量和維護(hù)費(fèi)用。

3.2 變頻調(diào)速器的優(yōu)點(diǎn)：

3.2.1 調(diào)速范圍為精密無(wú)級(jí)調(diào)速，最低頻率可調(diào)到0.1HZ，最低輪對(duì)轉(zhuǎn)速可調(diào)至1r/min。

3.2.2 可任意設(shè)定車(chē)速，車(chē)速設(shè)定后即使在下坡行駛時(shí)也不會(huì)超過(guò)所設(shè)定的車(chē)速。

3.2.3 調(diào)速手柄可以使機(jī)車(chē)速度在設(shè)定速度范圍內(nèi)任意操控。當(dāng)機(jī)車(chē)由高速調(diào)至低速運(yùn)行時(shí)，盡管機(jī)車(chē)有速度慣性，但機(jī)車(chē)仍按調(diào)定的速度運(yùn)行，此時(shí)起到了制動(dòng)減速的作用。

3.2.4 具有零速制動(dòng)功能，而其他直流蓄電池電機(jī)車(chē)是無(wú)電制動(dòng)的。

3.2.5 具有下坡道運(yùn)行時(shí)對(duì)蓄電池充電的功能，能夠延長(zhǎng)蓄電池放電時(shí)間。

3.2.6 因變頻調(diào)速器具有欠壓報(bào)警功能，當(dāng)蓄電池電壓低于額定值85%時(shí)變頻調(diào)速器停止工作。以防止蓄電池由于過(guò)放電而縮短其壽命。

3.2.7 當(dāng)某種情況下致使變頻調(diào)速器溫度超過(guò)85℃，變頻調(diào)速器自動(dòng)封鎖輸出。

3.2.8 變頻調(diào)速器具備電動(dòng)機(jī)短路、缺相、欠壓、過(guò)載保護(hù)功能。

3.2.9 具有低速大轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)。

4 調(diào)速器的缺點(diǎn)對(duì)比

4.1 斬波調(diào)速器的缺點(diǎn)：

4.1.1 重載啟動(dòng)效果差，在工作面裝載貨物后，起步較困難。

4.1.2 停車(chē)需要手閘制動(dòng)，電制動(dòng)制動(dòng)太快，容易造成礦車(chē)落道，造成事故。

4.2 變頻調(diào)速器的缺點(diǎn)：

4.2.1變頻調(diào)速器控制器內(nèi)部較復(fù)雜，出現(xiàn)故障不容易處理，需要維修人員具有較高素質(zhì)。

4.2.2變頻調(diào)速器內(nèi)部控制板及零部件，價(jià)格較高，雖然不容易損壞，但成本較高。

5 總結(jié)

通過(guò)一年多的實(shí)際使用，兩種調(diào)速器都得到員工的好評(píng)，各有特色，都能夠滿足安全生產(chǎn)的需要?？紤]改造成本，維護(hù)成本及維護(hù)能力等綜合方面，改造車(chē)選用斬波調(diào)速箱最經(jīng)濟(jì)。

變頻調(diào)速機(jī)車(chē)采用交流隔爆牽引電動(dòng)機(jī)不易損壞，變頻調(diào)速器無(wú)觸頭，沒(méi)有耗能的起動(dòng)、調(diào)速電阻，維修量小。與斬波調(diào)速機(jī)車(chē)相比無(wú)失控之弊病，更為顯著的特點(diǎn)是節(jié)電節(jié)能效果好，維修量小，電池組壽命長(zhǎng)。隨著科技的發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)的逐步普及，零部件價(jià)格趨于合理，所以變頻調(diào)速機(jī)車(chē)更為優(yōu)秀。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：提升絞車(chē)；變頻調(diào)速；改造；效果

中圖分類(lèi)號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）05-0173-02

我公司有八對(duì)煤炭生產(chǎn)礦井，均采用斜井開(kāi)拓方式，主要安裝GKT、JT和JK型提升絞車(chē)擔(dān)負(fù)著斜井的提升運(yùn)輸任務(wù)，這些絞車(chē)均采用繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，已經(jīng)不能滿足礦山運(yùn)輸?shù)陌踩?、可靠性要求；電控均使用繼電器結(jié)構(gòu)原理，電控被國(guó)家煤監(jiān)局列入第三批禁用和淘汰的設(shè)備和工藝名錄中，期限至2012年底禁止使用。

從2009年開(kāi)始公司共投入約202萬(wàn)元資金對(duì)公司下屬各礦井井上下在用低壓提升絞車(chē)進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)及PLC技術(shù)改造，至2012年改造16臺(tái)（我司近幾年提升絞車(chē)變頻調(diào)速改造如表1所示），解決了上述問(wèn)題。本文以小華煤礦主提升GKT1.6×1.2-24絞車(chē)為例對(duì)絞車(chē)變頻改造原理進(jìn)行敘述，并對(duì)效果進(jìn)行了分析。

1 變頻器的選擇

提升絞車(chē)變頻器應(yīng)選擇具有失量控制方式及四象限運(yùn)行能力的能量回饋功能變頻器。我公司各礦井主要采用華騰V5-H系列高性能矢量控制變頻器對(duì)絞車(chē)電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，除豐海煤礦斑二井2 m提矸雙滾筒絞車(chē)和東坑仔礦主提升1.6m提煤雙滾筒絞車(chē)由于是雙鉤提升，重車(chē)下放不經(jīng)常，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)間不長(zhǎng)，采用價(jià)格比較低廉的IPC能耗制動(dòng)單元的制動(dòng)方式外，其余絞車(chē)變頻器均帶能量回饋單元。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)和能量回饋單元工作原理

2.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理

V5-H型變頻調(diào)速器提供完善的接口電路和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，內(nèi)設(shè)PLC與計(jì)算機(jī)編程接口，采用最新WINDOWS 版本編程軟件進(jìn)行編程，既可以與新裝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配套使用，也可以對(duì)老系統(tǒng)進(jìn)行改造， 可以接受DC 0～5 V、DC 0～10 V 和4～20 mA 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。用于系統(tǒng)改造時(shí)，增加遠(yuǎn)控裝置就可以實(shí)現(xiàn)工頻與變頻的相互轉(zhuǎn)換，監(jiān)視系統(tǒng)的操作和運(yùn)行狀況等功能。接口電路實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速器與控制系統(tǒng)的連接，具有正、反轉(zhuǎn)控制，速度調(diào)節(jié)（可以采用檔位調(diào)節(jié)方式，也可以采用模擬量輸入方式），制動(dòng)系統(tǒng)連鎖，安全回路連鎖，監(jiān)視操作、自動(dòng)運(yùn)行、狀態(tài)提示等功能。

變頻調(diào)速器依據(jù)提升機(jī)控制系統(tǒng)的不同，采用不同的接線方式及控制程序，可以實(shí)現(xiàn)靈活的操作運(yùn)行方式。變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式。

①自動(dòng)運(yùn)行方式。利用變頻調(diào)速器內(nèi)部的PLC 控制系統(tǒng)，設(shè)置閉環(huán)速度控制軟件參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)從起步、加速、等速、減速、停車(chē)等全過(guò)程自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行方式。提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，除開(kāi)、停機(jī)外，可以不需要人工干預(yù)。同時(shí)在控制臺(tái)顯示不同的運(yùn)行狀態(tài)。

②手動(dòng)運(yùn)行方式。在設(shè)置手動(dòng)運(yùn)行方式下，操作人員通過(guò)改變主令控制器輸出量（根據(jù)用戶要求變頻器內(nèi)部可預(yù)置五個(gè)速度段，分別對(duì)應(yīng)于變頻器運(yùn)行頻率6 Hz、15 Hz、25 Hz、35 Hz、50 Hz，以適應(yīng)控制系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度的要求），來(lái)控制變頻調(diào)速器，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的爬行、加速、減速、等速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。在系統(tǒng)給出減速信號(hào)后，變頻調(diào)速器同樣會(huì)啟動(dòng)機(jī)內(nèi)部自動(dòng)減速程序。有效防止人工誤操作的發(fā)生，保障系統(tǒng)運(yùn)行安全。

2.2 能量回饋單元工作原理

當(dāng)電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)階段產(chǎn)生的再生電能將會(huì)回饋到上級(jí)變頻設(shè)備，從而導(dǎo)致設(shè)備直流母線電壓升高，影響設(shè)備安全及正常運(yùn)行。我司絞車(chē)變頻改造能量回饋單元，主要采用深圳市合興加能科技有限公司生產(chǎn)的PFH型重載回饋單元，PFH重載回饋單元通過(guò)直流母線端子直接連接至變頻器上。當(dāng)直流母線電壓達(dá)到一個(gè)設(shè)定閥值時(shí)，PFH自動(dòng)開(kāi)通以防止直流母線電壓繼續(xù)增長(zhǎng)，即PFH采用電壓自適應(yīng)控制，無(wú)論電網(wǎng)電壓如何波動(dòng)，當(dāng)提升機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能送入直流回路電容中時(shí)，能量回饋單元及時(shí)將電容中的儲(chǔ)能回送電網(wǎng)，解決了能量回饋。PFH的電子器件由直流母線電壓供電。

2.3 變頻調(diào)速及工頻調(diào)速系統(tǒng)的切換及互為備用

提升絞車(chē)為單機(jī)運(yùn)行設(shè)備，可否正常運(yùn)行，直接關(guān)系采區(qū)或整個(gè)礦井生產(chǎn)能否順利進(jìn)行，為確保提升絞車(chē)的安全正常運(yùn)行，絞車(chē)除安裝變頻調(diào)速方式外，還保留工頻運(yùn)轉(zhuǎn)方式，只要進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作就能實(shí)現(xiàn)工頻、變頻切換運(yùn)轉(zhuǎn)。工頻調(diào)速系統(tǒng)只在應(yīng)急情況下使用。變頻、工頻切換如圖1所示。

3 絞車(chē)變頻改造的安全效果及節(jié)能效益分析

①提升絞車(chē)安全可靠性得以提高，操作更加容易簡(jiǎn)便。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停車(chē)，能方便控制絞車(chē)提升速度，安全得到保證，極大地降低絞車(chē)的操縱難度；減速時(shí)采用電力制動(dòng)自動(dòng)減速，操作工無(wú)需再用施閘手段控制絞車(chē)速度，避免了超速、過(guò)卷的發(fā)生，杜絕了人工操作失誤。同時(shí)盤(pán)形閘閘瓦或工作閘輪的磨損消耗大幅度減少。

②提升系統(tǒng)電能消耗明顯下降。變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子電阻被短接，節(jié)約了加、減速階段消耗在電阻上的電能。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，提升絞車(chē)變頻調(diào)速可節(jié)約電能達(dá)20%～30%。

③電機(jī)發(fā)熱大幅減輕。與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速相比，變頻調(diào)速改造后電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子溫度有較大幅度的降低，電機(jī)故障率大大降低。

④人員和設(shè)備工作環(huán)境得到改善。電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)速電阻的停止使用，大大降低現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度，根據(jù)實(shí)測(cè)絞車(chē)變頻改造后絞車(chē)房溫度可下降2～3 ℃。減速過(guò)程用電力制動(dòng)代替機(jī)械閘瓦制動(dòng)，消除機(jī)械制動(dòng)閘瓦或閘皮磨損造成的飛塵，司機(jī)的工作環(huán)境得到明顯改善。

⑤無(wú)諧波污染，不干擾其他設(shè)備。變頻調(diào)速本質(zhì)上幾乎不存在諧波污染，也不會(huì)對(duì)生產(chǎn)、安全通訊等其他設(shè)備，造成任何干擾，不需增加治理投資。

⑥節(jié)能效果和材料消耗分析。以小華煤礦為例：小華煤礦+746 m主斜井GKT1.6×1.2-24絞車(chē)擔(dān)負(fù)全礦煤炭、矸石提升任務(wù)，全年煤炭產(chǎn)量11萬(wàn)t，掘進(jìn)進(jìn)尺5 000米，折成裝1 t U型標(biāo)準(zhǔn)礦車(chē)，年提升重車(chē)13.1萬(wàn)車(chē)（其中矸石3.75萬(wàn)車(chē)），每鉤提煤5部或提矸4部，下放6部空車(chē)，斜巷坡度20°，最長(zhǎng)提升斜長(zhǎng)719 m（+746 m至+500 m水平），電機(jī)功率155 kW，日運(yùn)行時(shí)間達(dá)16 h。根據(jù)電表及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定改造前絞車(chē)年耗電量253 200 kW·h，改造后年耗電量200 400 kW·h（改造前后提升量相差不大），節(jié)電率達(dá)20%。改造后每年節(jié)約電費(fèi)253 200 kW·h×20%×0.65元/ kW·h=32 916元。絞車(chē)變頻改造后每臺(tái)絞車(chē)每年起動(dòng)電阻器、接觸器、盤(pán)形閘閘瓦或工作閘輪等材料消耗據(jù)統(tǒng)計(jì)也可節(jié)省近2萬(wàn)元，合計(jì)年節(jié)約費(fèi)用約為5.29萬(wàn)元。本變頻調(diào)速方案公司投入資金為109 600元，按測(cè)算2年就可以回收投入成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

我公司16臺(tái)提升絞車(chē)經(jīng)變頻改造后的，操作簡(jiǎn)單方便，維護(hù)量少，控制系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性提高，節(jié)能效果較明顯。由此可見(jiàn)，變頻器在絞車(chē)上的應(yīng)用具有很好效果，值得推廣。

篇6

關(guān)鍵詞 車(chē)坯機(jī) PLC（可編程序控制器） 步進(jìn)電機(jī) 變頻調(diào)速器。

一、電瓷行業(yè)1.9米仿形車(chē)坯機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀

電瓷行業(yè)成型車(chē)間現(xiàn)在好多還在使用手動(dòng)的1.9米仿形車(chē)坯機(jī)，該車(chē)坯機(jī)兩側(cè)各安裝一排相應(yīng)的加工刀具，生產(chǎn)時(shí)需要兩人同時(shí)各推動(dòng)兩把刀具同時(shí)加工，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，生產(chǎn)效率低，而且產(chǎn)品質(zhì)量受操作者人為因素的影響較大，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定與提高，所以對(duì)原有車(chē)坯機(jī)進(jìn)行改造是很有必要的。

二、可編程控制器（PLC）作為自動(dòng)控制中心

可編程序控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它使用可編程序的存儲(chǔ)器，來(lái)存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，而且具有良好的抗干擾能力，還具有自診斷和故障報(bào)警功能，非常適合開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。

根據(jù)電瓷行業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn)和工藝要求，采用樣板刀車(chē)坯，運(yùn)行軌跡非常簡(jiǎn)單，完全可以滿足舊車(chē)坯機(jī)的技術(shù)改造要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)退刀車(chē)削加工，并可以隨時(shí)變更產(chǎn)品，調(diào)整參數(shù)，根據(jù)需要還可以組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)行集中管理分散控制。

以PLC作為自動(dòng)控制中心的車(chē)坯機(jī)自控系統(tǒng)如下：

系統(tǒng)選用西門(mén)子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的S7—200系列可編程序控制器，配接相應(yīng)的編程器以及輸出控制模塊，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)棒形車(chē)坯加工全過(guò)程的自動(dòng)控制，根據(jù)生產(chǎn)要求隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

三、以步進(jìn)電機(jī)作為切削動(dòng)作自動(dòng)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

步進(jìn)電機(jī)作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（稱為步距角）一步一步運(yùn)行的。其特點(diǎn)是沒(méi)有積累誤差（在不失步的情況下，重復(fù)精度為100%）。所以廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這種裝置就叫步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)控制信號(hào)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角，因此，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。PLC將步進(jìn)信號(hào)、方向信號(hào)、脫機(jī)信號(hào)等輸入信號(hào)傳入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器又把反饋信息傳給PLC。

四、采用變頻調(diào)速器對(duì)車(chē)坯機(jī)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理的調(diào)整

車(chē)坯機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)整采用變頻調(diào)速器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，由于車(chē)削加工要求實(shí)現(xiàn)恒功率，按此要求來(lái)選擇使用變頻調(diào)速器。主軸電機(jī)使用2.2KW的三相異步電動(dòng)機(jī)，選用恒功率負(fù)載變頻調(diào)速器，使坯件轉(zhuǎn)速在0—160轉(zhuǎn)／分無(wú)極調(diào)速。

五、總結(jié)

舊車(chē)坯機(jī)經(jīng)過(guò)改造之后，可以充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善舊設(shè)備的技術(shù)水平，從而降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，減少了人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，產(chǎn)品質(zhì)量有了保障，既提高了經(jīng)濟(jì)效益，又提高了社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

篇7

[關(guān)鍵字]節(jié)能降耗；石油化工泵；技術(shù)

石油化工生產(chǎn)輸送泵過(guò)剩揚(yáng)程節(jié)能控制技術(shù)

石油化工生產(chǎn)中在輸送泵環(huán)節(jié)的過(guò)剩揚(yáng)程節(jié)能控制技術(shù)節(jié)能效果顯著，對(duì)不同的泵節(jié)能控制技術(shù)有所不同。其中最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)方式為出口節(jié)流，但該方式不適用對(duì)流量調(diào)節(jié)有較大要求的泵，因而閥門(mén)開(kāi)度不應(yīng)低于百分之五十。選用在進(jìn)口處進(jìn)行節(jié)流則可令節(jié)流損失揚(yáng)程降低，由于吸入的壓力包含較大裕量因而可用于串聯(lián)運(yùn)行第二臺(tái)泵的進(jìn)口位置，而對(duì)多級(jí)泵則不適用。在化工泵出口管線增設(shè)旁路可令其部分液體回流至泵進(jìn)口及吸液罐，令泵工況點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了向低揚(yáng)程、大流量的方向變化，令實(shí)際泵量較需求量大，因而不會(huì)呈現(xiàn)因低于最小連續(xù)流量從而產(chǎn)生氣蝕、液體過(guò)熱或不良振動(dòng)現(xiàn)象。該方式適用于旋渦泵，這是由于在流量不斷增大時(shí)旋渦泵的功率會(huì)有所下降，反而不適用于對(duì)離心泵的流量調(diào)節(jié)。在流量、揚(yáng)程大于所需總量的百分之三至百分之五時(shí)，我們可采用切割葉輪外徑的方式令其流量、功率及揚(yáng)程有所下降，在一定的切割范圍內(nèi)，我們可將葉片出口的安裝角度視為不變、流動(dòng)則視為相似，依據(jù)相似原理對(duì)切割之后的相關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行換算。在切割葉輪時(shí)，我們應(yīng)觀察葉輪是否為原型，倘若已進(jìn)行過(guò)切割，則再次切割量不宜過(guò)大。對(duì)導(dǎo)葉泵切割，應(yīng)將葉輪葉片車(chē)削，控制葉輪外徑及導(dǎo)葉內(nèi)徑不出現(xiàn)較大的間隙，而遇到蝸殼泵，我們則可將葉片前后蓋板進(jìn)行同步車(chē)削。在導(dǎo)葉泵及雙吸泵的處理中我們可對(duì)葉片進(jìn)行傾斜式車(chē)削，從而獲取具有穩(wěn)定屬性的性能曲線。切割葉輪后削尖葉片非工作面可令出口寬度放大，我們至少應(yīng)保留葉尖厚度為兩毫米，令效率適應(yīng)性提升。當(dāng)流量或揚(yáng)程需降低百分之十五之上，或泵過(guò)大，我們可將原有葉輪更換為較小葉輪，原有葉輪可儲(chǔ)備待恢復(fù)流量及揚(yáng)程階段使用。當(dāng)小型泵時(shí)我們可換用適用泵，倘若低速電機(jī)更適用則不必進(jìn)行葉輪的更換，這樣也利于令泵的振動(dòng)、磨損及噪音顯著降低。當(dāng)多級(jí)泵調(diào)節(jié)壓力或流量較大時(shí)，我們可拆去排出端的一個(gè)葉輪，而不應(yīng)在進(jìn)口端對(duì)葉輪拆除，從而有效避免進(jìn)口阻力的增加產(chǎn)生不良?xì)馕g現(xiàn)象。

2、石油化工生產(chǎn)變頻調(diào)速節(jié)能控制技術(shù)

2、1控制方式的合理選擇

變頻調(diào)速節(jié)能控制改造對(duì)象包含單回路及雙回路控制。前者改為變頻調(diào)速的控制模式較為簡(jiǎn)便，我們只需對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的控制輸送信號(hào)由送往控制閥改造為送往變頻器，同時(shí)保持原有控制閥、副線閥及前后手閥全開(kāi)即可，利用變頻器的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行對(duì)泵流量的調(diào)節(jié)。對(duì)雙回路的控制改造我們可將其主回路依據(jù)前類(lèi)單回路控制方式進(jìn)行變頻調(diào)速改造設(shè)計(jì)，同時(shí)停用副回路，將控制閥及前后手閥予以關(guān)閉。

2、2變頻調(diào)速器控制優(yōu)勢(shì)

變頻調(diào)速器具有質(zhì)輕、體積小、操作便捷等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可依據(jù)操控需要進(jìn)行自控、手控或遙控。其輸入端可與電源直接相接，且輸出端則可同電機(jī)相連。同時(shí)電機(jī)可直接進(jìn)行在線啟動(dòng)并低速運(yùn)行，所需的啟動(dòng)電流較低，僅需為額定電流一點(diǎn)七倍，擁有較低的設(shè)備及電網(wǎng)沖擊。同時(shí)變頻調(diào)節(jié)器具有對(duì)欠電壓、過(guò)電壓、過(guò)電流、瞬間停電及短路現(xiàn)象的保護(hù)功能。對(duì)設(shè)備的轉(zhuǎn)速降低后還可降低噪音、軸承磨損及不良振動(dòng)，有效避免泵抽空現(xiàn)象，令其使用壽命顯著延長(zhǎng)。再者泵出口的壓力有所下降，令下游的操作壓力穩(wěn)定下降，調(diào)節(jié)閥處于全開(kāi)位置令磨損現(xiàn)象近乎為零，有效降低了維護(hù)工作量。

2. 3設(shè)備選用應(yīng)注意的問(wèn)題

當(dāng)循環(huán)周期流量包含的變化系數(shù)高于百分之九十時(shí)，我們不應(yīng)采用變頻調(diào)速控制方式，只有當(dāng)?shù)陀诎俜种耸畷r(shí)才能體現(xiàn)節(jié)能效果。變頻器大小的選用應(yīng)以泵本身配用的電機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)廠家推薦容量合理選用，同時(shí)應(yīng)令其具有高于電機(jī)額定電流百分之十的裕量。實(shí)際功率與設(shè)計(jì)功率有較大差額的泵，我們可選用較電機(jī)功率小的變頻器，或依據(jù)實(shí)測(cè)電機(jī)的在線運(yùn)行功率進(jìn)行合理選用，盡量控制投資，且變頻器容量不應(yīng)低于電機(jī)三分之二。倘若泵在低轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期運(yùn)行，電機(jī)便會(huì)因銅耗、鐵耗大量損失而令溫度不良升高，令使用服務(wù)壽命受到一定影響，同時(shí)對(duì)變頻器也較為不利。這說(shuō)明我們選用了過(guò)大的泵，因此應(yīng)考慮換泵或?qū)Ρ眠M(jìn)行必要的改造，同時(shí)將變頻器容量提高一檔。

3、結(jié)語(yǔ)

環(huán)保、節(jié)能是人類(lèi)社會(huì)持續(xù)發(fā)展的永恒主題，基于現(xiàn)行石油化工生產(chǎn)的不良耗能現(xiàn)狀，我們只有針對(duì)石油化工泵的使用狀況合理實(shí)施過(guò)剩揚(yáng)程節(jié)能控制技術(shù)，基于變頻調(diào)速器控制優(yōu)勢(shì)科學(xué)選擇變頻調(diào)速節(jié)能控制方式，注重設(shè)備選用中的關(guān)鍵問(wèn)題才能切實(shí)節(jié)約石油化工生產(chǎn)能耗，為石油化工企業(yè)創(chuàng)設(shè)更多的節(jié)能效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1]馬林，李惠盛.石油化工節(jié)能措施分析 [J].黑龍江科技信息,2010(20).

篇8

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；給水泵；節(jié)能改造

引言

與傳統(tǒng)調(diào)速方式相比，變頻調(diào)速技術(shù)具有精度高、功能較強(qiáng)、體積小、可靠性高、可操性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)，其在給水泵節(jié)能改造中應(yīng)用，能夠極大地改善給水泵運(yùn)行中能耗大的問(wèn)題，對(duì)于給水泵的安全運(yùn)行而言也有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1變頻技術(shù)的節(jié)能原理

從電機(jī)學(xué)的角度上來(lái)將，電機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

n=（1-s）×60×fp

其中，s表示的是滑差，f表示的是電機(jī)的運(yùn)行頻率，p表示的是電機(jī)的極對(duì)數(shù)。從上述公式中能夠看出，電機(jī)的運(yùn)行頻率、電機(jī)的極對(duì)數(shù)以及電機(jī)的轉(zhuǎn)差率均有可能對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響。因此，可以從這幾個(gè)方面入手來(lái)調(diào)整交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

其工作原理可以概括為以下幾點(diǎn)：①變頻調(diào)速器對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的頻率為50Hz的交流電進(jìn)行接收；②交流電通過(guò)濾波與整流等中間步驟轉(zhuǎn)化為直流電；③通過(guò)逆變等原理，直流電能夠轉(zhuǎn)化為電壓及頻率能夠調(diào)節(jié)的交流電；④此交流電輸出到交流電機(jī)，從而使交流電機(jī)的變速運(yùn)行成為現(xiàn)實(shí)。通過(guò)下圖1能夠更加直觀地表現(xiàn)出變頻技術(shù)的原理：①通常情況下，當(dāng)給水泵的正常工作點(diǎn)為A時(shí)，水量如果想要從Q1的位置調(diào)節(jié)到Q2的位置處，在對(duì)利用閥門(mén)調(diào)節(jié)水量的過(guò)程中，假如管網(wǎng)的特性曲線從閥門(mén)全開(kāi)，即R1的位置，變?yōu)殚y門(mén)關(guān)小，也就是R2的位置時(shí)，其工作點(diǎn)的位置也需要調(diào)節(jié)到B點(diǎn)，其功率大小就是OQ2BH2所圍成的圖形的面積，從水泵的功率變化上來(lái)看，雖然其沒(méi)有發(fā)生較大的變化，但是，其效率卻有著明顯的下降。②在給水泵中應(yīng)用變頻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速的提升或降低可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行，從而使給水泵的性能曲線得以一定的變化，下圖1中，從額定轉(zhuǎn)速（n1）到轉(zhuǎn)速下降（n2），其工作點(diǎn)由A點(diǎn)調(diào)節(jié)到C點(diǎn)，同時(shí)，為了與相關(guān)工藝的需要相滿足，需要對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行一定的設(shè)置，那么，OQ2BH2所圍成的圖形的面積實(shí)際上就是該水泵的功率，其工作效率曲線圖向右平行移動(dòng)，但是，仍在高效區(qū)段進(jìn)行相關(guān)的工作，下圖1中陰影部分的面積就是變頻調(diào)速實(shí)際上所節(jié)約的能耗大小。

圖1 水泵的工作曲線圖

從變頻器的節(jié)電方面來(lái)說(shuō)，其具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，調(diào)速節(jié)電，這也是變頻器最為主要的節(jié)電原理。從流體力學(xué)的角度上來(lái)說(shuō)，軸功率與速度呈現(xiàn)出一種正比例的關(guān)系，因此，如果轉(zhuǎn)速降低，那么軸功率也必然會(huì)有所下降；第二，一般來(lái)說(shuō)，從交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流來(lái)看，其要比額定電流高出5到6倍，但是，在變頻器調(diào)速之后，交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流一般要比額定電流低；第三，系統(tǒng)的功率因數(shù)能夠達(dá)到0.95以上，這樣就能夠在很大程度上對(duì)無(wú)用功進(jìn)行節(jié)省，并且對(duì)于變壓器所承擔(dān)負(fù)荷的降低也有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2變頻技術(shù)在給水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用分析

從目前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，變頻調(diào)速技術(shù)在給水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用比較多，而且，大部分都是在開(kāi)環(huán)的狀態(tài)下進(jìn)行的，也就是以工藝或者是外界條件的變化為依據(jù)來(lái)對(duì)變頻器的頻率值進(jìn)行人為地改變與調(diào)整，從而使調(diào)速成為現(xiàn)實(shí)。而系統(tǒng)主要是由控制對(duì)象、變頻調(diào)速器、壓力測(cè)量變送器以及調(diào)節(jié)器等構(gòu)成的。水管出口的壓力能夠通過(guò)壓力測(cè)量變送器測(cè)量出來(lái)，并且能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送至調(diào)節(jié)器，并將其與所需要的控制指標(biāo)進(jìn)行一定的比較，從而得到偏差。同時(shí)，按照預(yù)先制定好的調(diào)節(jié)規(guī)律來(lái)將偏差值經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算，從而得出調(diào)節(jié)的信號(hào)，并將該信號(hào)送到變頻調(diào)速器中，使其將380V／50Hz輸入的交流電，轉(zhuǎn)化為O～380V/0～400Hz能夠連續(xù)且可以調(diào)節(jié)電壓與頻率的交流電，并將其直接供給給水泵的電機(jī)。在給水泵節(jié)能改造中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，能夠降低電機(jī)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使設(shè)備的使用壽命得以延長(zhǎng)，而且對(duì)于設(shè)備維修費(fèi)用的降低也有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，由于變頻器啟動(dòng)與試速平穩(wěn)，能夠在很大程度上使電網(wǎng)的沖擊得以減少。而且，變頻調(diào)速器具有更加完善的數(shù)字顯示與診斷的功能，能夠更加靈敏地檢測(cè)故障，這對(duì)于水泵運(yùn)行可靠性的提高而言意義重大。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，在給水泵節(jié)能改造中應(yīng)用變頻技術(shù)，不僅具有良好的調(diào)速性能，而且節(jié)能的效果也是十分顯著的，并且還能夠在很大程度上保證給水泵電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于節(jié)約能源的要求越來(lái)越高，各行各業(yè)都在積極地研究節(jié)能技術(shù)與措施，而變頻技術(shù)在給水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用，能夠在很大程度上提高工作的效率，而且對(duì)于能源的節(jié)約也十分有利。從某種程度上來(lái)說(shuō)，變頻技術(shù)因其所具有的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)而在今后發(fā)展的過(guò)程中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]白愷.華北網(wǎng)高壓廠用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用情況[J].變頻器世界，2004（04）

篇9

變頻技術(shù)是從60年代開(kāi)始的一門(mén)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)。從電力電子器件中的SCR(晶閘管)、GTO(門(mén)極可關(guān)斷晶閘管)等開(kāi)始發(fā)展，在今天更有IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)等新型電力變換器件。同時(shí)，在70年代脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速開(kāi)始得到了應(yīng)用。在80年代，以PWM模式優(yōu)化問(wèn)題為變頻技術(shù)核心的技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用，并且得到了市場(chǎng)的廣泛推廣。

我國(guó)在90年代開(kāi)始，隨著大功率晶體管技術(shù)的成熟和成本的降低，同時(shí)控制技術(shù)也在計(jì)算機(jī)的扶助下有了更強(qiáng)大的支持，在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。變頻技術(shù)在工業(yè)以外也得到了更多的應(yīng)用，在促進(jìn)民用建筑節(jié)能的今天，變頻技術(shù)作為可以大量節(jié)省能源的技術(shù)更得到了建設(shè)者和設(shè)計(jì)者的青睞。

1.1變頻調(diào)速器

變頻調(diào)速器也稱變頻器，全稱為變頻變壓調(diào)速器VVVFI(variablevoltage&variablefrequencyinverter)。變頻器主要是采用晶體管GTR作為功率元件，以單片機(jī)和集成電路為控制部件，采用正弦脈寬調(diào)制方式的機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著功率元件的發(fā)展和計(jì)算技術(shù)的優(yōu)化，結(jié)構(gòu)上體積小，重量輕的變頻器無(wú)論在成本和節(jié)能上都優(yōu)于傳統(tǒng)的變極調(diào)速、串阻調(diào)速、串極調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速等電機(jī)調(diào)速方式。這種電機(jī)調(diào)速的應(yīng)用正從交流電機(jī)向直流電機(jī)延伸。

在建筑設(shè)備系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量控制和水泵的流量控制，在傳統(tǒng)電機(jī)中很少采用轉(zhuǎn)速控制方式的，多數(shù)是以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)需要進(jìn)行風(fēng)量、流量調(diào)節(jié)時(shí)，主要以調(diào)節(jié)擋板或節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種控制簡(jiǎn)單但是會(huì)浪費(fèi)大量的能源。采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量可以節(jié)約能源、提高運(yùn)營(yíng)成本。

1.2基本原理

以新風(fēng)機(jī)為例，調(diào)速運(yùn)行節(jié)電的理論之一是風(fēng)機(jī)學(xué)比例律。由風(fēng)機(jī)學(xué)比例律可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比.因此，降低水泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就有可能使單位供水量或風(fēng)量的電耗減少。水泵也遵循這個(gè)規(guī)律，對(duì)于同一臺(tái)水泵，當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，水泵的流量Q，揚(yáng)程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速n有如下關(guān)系：流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比.由此可見(jiàn)，當(dāng)降低轉(zhuǎn)速時(shí)，功率的減少量遠(yuǎn)比流量的減少量大得多。

變頻器通過(guò)改變電機(jī)頻率而達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。對(duì)于風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量，就是通過(guò)壓力變送器檢測(cè)風(fēng)壓，并將風(fēng)壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，反饋給變頻器內(nèi)單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)風(fēng)壓情況調(diào)機(jī)電機(jī)輸入頻率，從而使水泵轉(zhuǎn)速改變.例如，在非人流高峰時(shí)，風(fēng)機(jī)減速運(yùn)行，從而使風(fēng)機(jī)輸入功率減少，達(dá)到節(jié)能的目的。這就是變頻調(diào)節(jié)節(jié)能的基本原理。

1.3控制

變頻調(diào)速器可以手動(dòng)控制也可以自動(dòng)控制。自動(dòng)控制信號(hào)遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用4～20mA電流信號(hào)或0～5V電壓信號(hào)；采用閉環(huán)控制的方法可以更好地滿足自動(dòng)控制的要求。在建筑設(shè)備自動(dòng)化的今天，自動(dòng)型號(hào)可以遠(yuǎn)傳到中央控制室，進(jìn)行中央控制。中央控制不僅可以做到監(jiān)控報(bào)警一體化，同時(shí)也可以在整體上減少系統(tǒng)的遲滯效應(yīng)和系統(tǒng)的抖動(dòng)。

2.變頻器的應(yīng)用

2.1變頻器的應(yīng)用范圍

變頻調(diào)速器已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，雖然廠家之間的參數(shù)有所出入，但是對(duì)應(yīng)不同的電機(jī)基本型號(hào)都可以進(jìn)行匹配。在建筑設(shè)備行業(yè)中水泵和風(fēng)機(jī)作為建筑能耗的主要部分，其節(jié)能應(yīng)用集中，是樓宇節(jié)能的主要控制方向。在現(xiàn)代化賓館及辦公大樓中，風(fēng)機(jī)、水泵的用電量占整個(gè)建筑平時(shí)用電量的40%～50%，約占整個(gè)動(dòng)力用電的50%～75%。

2.2變頻器的優(yōu)點(diǎn)

采用正弦脈寬調(diào)制控制方式中，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)較為接近圓形磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能克服電壓型逆變器控制中電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)距脈動(dòng)過(guò)大的缺點(diǎn)。一體化的變頻調(diào)速器主要優(yōu)點(diǎn)有：節(jié)能省電、操作簡(jiǎn)便、精確可調(diào)、數(shù)字顯示、在線無(wú)級(jí)調(diào)速、監(jiān)控一體化、遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。

2.3選型原則

在選型前，首先要根據(jù)電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速(最高、最低)和轉(zhuǎn)矩(起動(dòng)、連續(xù)及過(guò)載)的要求，確定最大輸入功率(即電機(jī)的額定功率最小值)。然后，選擇電機(jī)的極數(shù)和額定功率。電機(jī)的極數(shù)決定了同步轉(zhuǎn)速，要求電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速盡可能地覆蓋整個(gè)調(diào)速范圍，使連續(xù)負(fù)載容量高一些。為了充分利用設(shè)備潛能，避免浪費(fèi)，可允許電機(jī)短時(shí)超出同步速度，但必須小于電機(jī)允許的最大速度。轉(zhuǎn)矩取設(shè)備在起動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行、過(guò)載或最高速等狀態(tài)下的最大轉(zhuǎn)矩。最后，根據(jù)變頻器輸出功率和額定電流稍大于電機(jī)的功率和額定電流確定變頻器的參數(shù)與型號(hào)。

2.4變頻器容量的選擇

大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國(guó)或公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過(guò)變頻器額定電流是選擇變頻器的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)額定電流要大于普通鼠籠異步電動(dòng)機(jī)額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道電動(dòng)機(jī)不僅額定電流大很多，同時(shí)它允許短時(shí)處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動(dòng)大多數(shù)是多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)保持在無(wú)故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過(guò)變頻器的額定電流。

3.變頻器應(yīng)用問(wèn)題分析

3.1容量與負(fù)荷之間的匹配問(wèn)題

電機(jī)負(fù)荷節(jié)能是最重要一環(huán)，考慮到匹配電機(jī)可以超負(fù)荷20％計(jì)算，變頻器一般設(shè)計(jì)裕量應(yīng)控制在8%左右，這種從設(shè)備上提出流量時(shí)加系數(shù)，選泵時(shí)加系數(shù)，選電動(dòng)機(jī)時(shí)還加系數(shù)，以致部分系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率極低。在建筑設(shè)備中，由于負(fù)荷變化，季節(jié)變化等因素，負(fù)荷也不是恒定不變的，而且變化范圍還是很大的，這種對(duì)流量變化較大的負(fù)荷采用變頻調(diào)速效果是顯而易見(jiàn)的，而且負(fù)荷變化范圍越大，節(jié)能效果越好。但是一些恒風(fēng)量和恒流量的系統(tǒng)中就要考慮是否適合使用變頻器了。

3.2抑制高次諧波

變頻器產(chǎn)生的高次諧波，并且引起電網(wǎng)電壓波形的畸變。在相同條件下電網(wǎng)有效容量越小，變頻器容量越大，這種影響越嚴(yán)重。這種對(duì)電網(wǎng)的污染，會(huì)使電力電容、電抗器、變壓器容易發(fā)熱，并產(chǎn)生電磁諧振，電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)產(chǎn)生附加損耗，繼電器產(chǎn)生誤動(dòng)作等。各國(guó)對(duì)電壓畸變和諧波控制都有相應(yīng)的規(guī)定，我國(guó)GB12668-90中規(guī)定，電壓畸變率小于10%，任何奇次諧波均不超過(guò)5%，任何偶次諧波均不超過(guò)2%。使用變頻器后，在電網(wǎng)局部會(huì)超過(guò)國(guó)標(biāo)，所以一定要采取相應(yīng)的措施。

3.3電動(dòng)機(jī)選擇

在變頻調(diào)速中，變頻載波頻率高，電動(dòng)機(jī)繞組要有較高耐沖擊電壓。同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)效率下降，轉(zhuǎn)速下降后產(chǎn)生的冷卻效果降低，這些都是必須注意的。在應(yīng)用變頻調(diào)速后，包括變頻器和電動(dòng)機(jī)損壞情況較多。由通用變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)普遍采用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，采用PWM變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，定子電流中不可避免的含有高次諧波，電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)和效率將會(huì)更低，負(fù)載運(yùn)行時(shí)的鐵損也會(huì)有所增加。通用的電動(dòng)機(jī)的散熱能力是按額定轉(zhuǎn)速下且進(jìn)行自扇風(fēng)冷考慮的，當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)，其發(fā)熱不變但低速下的散熱能力變差了，可采用另加恒速冷卻風(fēng)扇的辦法或采用較高絕緣等級(jí)的電動(dòng)機(jī)。

3.4外部配置的配合問(wèn)題

選擇合適的熔斷器和空氣斷路器，以便保護(hù)因內(nèi)部短路對(duì)整流元件的損壞。變頻器的型號(hào)確定后，應(yīng)該在上級(jí)設(shè)置相應(yīng)的熔斷器和空氣斷路器作為保護(hù)開(kāi)關(guān)，以保護(hù)保護(hù)硅元件。

合理選擇變頻器的輸入和輸出電纜。根據(jù)變頻器的功率選擇導(dǎo)線截面合適的三芯或四芯動(dòng)力電纜，但是不應(yīng)該一味追求屏蔽電纜，應(yīng)該似乎環(huán)境來(lái)決定，在輸入側(cè)裝交流電抗器，根據(jù)變頻器安裝場(chǎng)所的其它設(shè)備對(duì)電網(wǎng)品質(zhì)的要求，若變頻器工作時(shí)已影響這些設(shè)備正常運(yùn)行，可在變頻器輸入側(cè)裝交流電抗器來(lái)抑制由功率元件通斷引起的諧波畸變和傳導(dǎo)輻射。

4.結(jié)語(yǔ)

篇10

關(guān)鍵字：變頻調(diào)速技術(shù)；水泵控制；原理；應(yīng)用效益

Abstract: Water pump frequency conversion and speed regulation technology is the automation and control technology through the regulation of input power frequency principle to achieve adjustment of the pump flow changes, and compared with the previous valve adjustment, it has little noise pollution, energy saving, high efficiency, high efficiency characteristics, further to brought convenience for the social and industrial production, residents living in the utilization of water resources, this paper comply with the State advocates green environmental protection, the concept of energy saving. In this paper, the principle of variable speed pump technology, the system working process, water supply mode and effect of several aspects, the technology was introduced.

Key words: frequency conversion technology; pump control; principle; application benefit

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.138+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

在對(duì)多個(gè)城市送水泵房中的主要耗能設(shè)備水泵進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，水泵的運(yùn)行效率大多十分低下，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，不光如此，電機(jī)還時(shí)常存在超負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)象，泵的剩余揚(yáng)程普遍很高，進(jìn)行總結(jié)后不難發(fā)現(xiàn)深層原因是水泵的實(shí)際需要揚(yáng)程比銘牌揚(yáng)程小，最大的相差30%以上。這些不但極大地浪費(fèi)了能源，而且拖慢了工作效率，還給機(jī)器造成了嚴(yán)重的損耗。實(shí)踐證明，引入變頻調(diào)速技術(shù)，可以大大改善目前的這種狀況。

一、變頻調(diào)速技術(shù)的原理

城市供水系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)水泵電機(jī)為三相異步電機(jī)。這種電機(jī)的轉(zhuǎn)速主要受到電機(jī)電源頻率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率三方面的影響。用公式表示其中的原理如下：

n=60f(1-s)/p

其中，n-三相電機(jī)的轉(zhuǎn)速，f-電機(jī)電源頻率，s為轉(zhuǎn)差率，P-電機(jī)磁極對(duì)數(shù)

在對(duì)水泵的改進(jìn)工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，改變轉(zhuǎn)速差s和電機(jī)磁極對(duì)數(shù)p的做法，都不足以起到提高電機(jī)效率n的作用，唯有改變電機(jī)電源頻率的做法可以起到顯著效果，無(wú)論是從低頻調(diào)到高頻，還是從高頻調(diào)到低頻，其轉(zhuǎn)差率變化有限，而調(diào)速范圍較廣，調(diào)整精度較高。變頻調(diào)速技術(shù)由此誕生。

采用變頻調(diào)速泵供水，具有明顯的節(jié)能和提速效果。進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，要想進(jìn)一步達(dá)到調(diào)速節(jié)能的效果，還要在減少能量損失上下功夫。能量利用率的提高，不光與泵和電機(jī)的運(yùn)行效率有關(guān)，還與管道設(shè)計(jì)、機(jī)泵選型有密切關(guān)系。當(dāng)泵的制造技術(shù)達(dá)到一定水平的時(shí)候，要想繼續(xù)提高效率就變得艱難，這時(shí)，就要靠減少泵的剩余揚(yáng)程來(lái)繼續(xù)提高效率。

其中泵機(jī)組能耗原理如公式所示：

其中， -需要的泵揚(yáng)程；-泵出口實(shí)際揚(yáng)程；-泵的剩余揚(yáng)程；-電機(jī)的運(yùn)行效率。

變頻調(diào)速就是通過(guò)提高泵和電機(jī)的工作效率，降低或者消除剩余揚(yáng)程兩個(gè)方面來(lái)提高能量利用效率。而未采用變頻調(diào)速的時(shí)候，由于存在當(dāng)泵所提供的揚(yáng)程大于所需的時(shí)候，沒(méi)有有關(guān)措施來(lái)管理這種情況，直接造成了能源的白白浪費(fèi)，原理如圖1所示：

圖中M點(diǎn)為泵和管道系統(tǒng)的工作點(diǎn)，在這個(gè)狀態(tài)下，和相等，沒(méi)有揚(yáng)程損失，幾乎將全部能量都利用上了。然而，當(dāng)流量減小的時(shí)候，管道所需的泵的揚(yáng)程也減小了，而由圖1中的泵特性曲線可知，泵所提供的揚(yáng)程是增加的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需的揚(yáng)程，這之間的差就是剩余揚(yáng)程，是導(dǎo)致能源利用率降低的主要原因。

采取變頻調(diào)速技術(shù)后，調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，反應(yīng)在泵的特性曲線上便是下移，這樣形成一個(gè)新的工作點(diǎn)P，這樣，泵所提高的揚(yáng)程重新與管道所需相等，沒(méi)有剩余揚(yáng)程，也使能源浪費(fèi)的情況消失，節(jié)能效益十分可觀。

二、變頻調(diào)速系統(tǒng)工作流程

變頻調(diào)速的系統(tǒng)主要由控制對(duì)象、壓力測(cè)量變速器、調(diào)節(jié)器和變頻調(diào)速器組成。其中，控制對(duì)象為水泵和電機(jī)。具體的系統(tǒng)工作流程是：水泵將水抽進(jìn)管道中去，由壓力測(cè)量器測(cè)定當(dāng)前的水管壓力，并轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，傳輸?shù)秸{(diào)節(jié)器中。調(diào)節(jié)器將這個(gè)壓力數(shù)據(jù)和所已經(jīng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，將誤差以及壓力數(shù)據(jù)信號(hào)都傳輸給變頻調(diào)速器中，變頻器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)電信號(hào)來(lái)調(diào)整輸出的電源頻率，致使水泵、電機(jī)的轉(zhuǎn)速做出相應(yīng)變動(dòng)，如此循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變頻調(diào)速的一系列作用。

三、使用變頻調(diào)速技術(shù)后的給水模式

變頻調(diào)速技術(shù)可以起到節(jié)能增效的效果主要是因?yàn)樽龅搅烁鶕?jù)用水流量的變化情況對(duì)水泵進(jìn)行了合理的選配。為了使在恒壓狀態(tài)下的變頻調(diào)速技術(shù)也能起到優(yōu)良的效果，宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。在這種模式中，只要一臺(tái)泵是變頻泵，其余的都選用工頻泵，就可以實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水。

變頻泵的工作效率是隨流量變化的。當(dāng)水流量小于一臺(tái)泵工頻恒壓條件下的流量的時(shí)候，僅由一臺(tái)變頻泵工作供水；當(dāng)流量加大的時(shí)候，變頻泵的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著上升；當(dāng)用水量流量持續(xù)加大，使變頻泵的工作轉(zhuǎn)速達(dá)到工頻轉(zhuǎn)速的極限并超過(guò)的時(shí)候，變頻泵的的控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵開(kāi)始工作，其余的工頻泵也同理啟動(dòng)。

當(dāng)水流量下降的時(shí)候，變頻泵的轉(zhuǎn)速也下降，當(dāng)變頻泵的流量下降到零的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉一臺(tái)工頻泵，改由自己供水。此外，具有自動(dòng)睡眠功能的變頻泵還可以在用水流量接近零而其他工頻泵都停工的情況下，進(jìn)入睡眠模式，自動(dòng)停泵。從而達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

四、變頻調(diào)速技術(shù)在水廠的實(shí)際應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)實(shí)際的運(yùn)用發(fā)現(xiàn)，可以將所有的水泵都安裝上變頻器，也可以只將其中的一臺(tái)水泵改造為變頻調(diào)速泵，都可以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的效果。使用該項(xiàng)技術(shù)后，無(wú)須再調(diào)節(jié)泵的出口閥，變頻調(diào)速泵會(huì)根據(jù)工作負(fù)荷情況自行調(diào)節(jié)工率。尤其是在負(fù)荷低的情況下，變頻調(diào)速器可靈敏地調(diào)低電源頻率，電機(jī)的電流使用量下降，工作效率卻是不變的，節(jié)電增效的效果十分明顯，在一定程度上杜絕了浪費(fèi)，給水廠節(jié)約了供水用電成本，還提高了工作效率。以下是水務(wù)集團(tuán)有限公司二水廠使用變頻調(diào)速泵后的某天的工況對(duì)比：

表1 安裝變頻調(diào)速泵的前后工況對(duì)比

二水廠是將五臺(tái)水泵都安上了變頻控制器。由圖中可以看出，各臺(tái)水泵機(jī)器在使用變頻器后，實(shí)際功率都有所降低。按每年運(yùn)行300天計(jì)算，年可節(jié)約電量303·300kW/h，每度電按0.6元計(jì)算，年可節(jié)約電費(fèi)5萬(wàn)多元。

除此之外，由于采用了變頻調(diào)速技術(shù)，降低了水泵在日常中的使用強(qiáng)度，這樣也就減少了機(jī)器的損耗，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命之余，相關(guān)的維修費(fèi)用也減少了。使用變頻調(diào)速泵后，減少了人工的手動(dòng)控制，也就節(jié)省了人工的使用成本，對(duì)人員的素質(zhì)水平要求更高。另外，沒(méi)有使用變頻調(diào)速技術(shù)之前，需要使用閥門(mén)來(lái)控制流量，水泵運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音污染。采用該項(xiàng)技術(shù)后，直接可由變頻泵主動(dòng)做出改變適用水流量的變化，幾乎很少再用到閥門(mén)，噪音污染也就沒(méi)有了，從而大大改善了人工的作業(yè)環(huán)境。

結(jié)語(yǔ)：

得益于電力電子技術(shù)的發(fā)展，水泵的工作效果也越來(lái)越精細(xì)化、準(zhǔn)確化，從而減少了對(duì)能源、人力的浪費(fèi)。目前，變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)水泵控制中得到廣泛應(yīng)用，在給水廠帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也給我們的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生活又帶來(lái)了更進(jìn)一步的便利，在一定程度上還起到了節(jié)能降耗的環(huán)保效果。企業(yè)生產(chǎn)更加安全、干凈、高效。這些都是科技帶給我們的進(jìn)步。變頻調(diào)速技術(shù)是順應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化要求而產(chǎn)生的，讓我們更近一步走向智能電機(jī)時(shí)代。

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