發(fā)布時間：2023-03-22 17:39:39
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的變頻技術論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
主電機采用變頻電機，電機功率為5.5KW，合理采用傳動比，盡量減少傳動軸及滑移齒輪的數(shù)量，我們通過合理分配變速區(qū)域，來實現(xiàn)主電機低速大扭矩和高速恒功率切削，整個住傳動系統(tǒng)照比原有普通型產品所需零件數(shù)量大量減少。該主傳動系統(tǒng)轉速主要分為低、中、高三個區(qū)域：1、0——63r/min為低速區(qū)，主電機處于恒扭矩輸出狀態(tài)（降速比為23.13）。2、64——283r/min為中速區(qū)，主電機出于恒扭矩輸出狀態(tài)（降速比為5.14）。3、284——1743r/min為高速區(qū)，主電機處于恒功率輸出狀態(tài)（降速比為0.835）。
主傳動軸由原有的6根減少為4根，傳動齒輪減少5種。進給傳動系統(tǒng)同樣沿用主傳動的設計思路，采用變頻電機作為動力源，因考慮其使用范圍，整個傳動鏈采用定比傳動來獲得較大的扭矩。傳動軸由原有5根減少為2根，傳動齒輪由原有12種，減少為3種。通過以上設計，使搖臂鉆床主軸箱部分加工難度大大降低，傳動類零件大幅度減少。該機床試制完成后，我們采用與Z3063驗收要求一致的切削參數(shù)進行切削，該機床完全能夠滿足切削要求。
二、液壓變速系統(tǒng)設計
FRD6325液壓預選變速系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)搖臂鉆床進行了較大的改進，取消原有的操縱閥和預選閥，改用電磁換向閥進行控制，使整個液壓變速系統(tǒng)大大簡化。如圖1所示，原有Z3063液壓預選變速系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)通過預選轉閥預選主軸的轉速和進給量，通過操縱閥手把的5個位置進行主軸正轉、反轉、停車、空檔4個動作的控制。圖2為FRD6325液壓原理圖，變速泵自帶溢流閥控制整個系統(tǒng)壓力，通過電磁換向閥來控制兩個變速軸變速檔位，主軸正轉、反轉、停車、空檔由控制面板上相關按鈕實現(xiàn)。因取消原有“緩速”機構，為避免滑移齒輪變速時出現(xiàn)打齒現(xiàn)象，我們通過程序控制，在主軸變速時，主電機先進行3-5秒的緩慢轉動，保證變速齒輪順利嚙合。樣機試制完成后，我們通過實踐變速證明該程序能夠順利保證齒輪嚙合，變速過程中無打齒現(xiàn)象。通過以上改進，液壓預選系統(tǒng)零件減少80%以上，而且結構簡單，利于故障排除及產品維修。
三、結語
礦山按產品類型可分為煤礦、金屬礦和非金屬等;按采掘方式可分為露天開采礦山和地下開采礦山兩大類。本文主要介紹變頻調速器在金屬礦山中的應用的現(xiàn)狀和應用前景，對煤礦亦有參考價值，因為露天煤礦和露天金屬礦開采方式和生產設備基本相同，地下礦山除需要考慮設備的防爆問題外，大部分生產設備也與金屬礦大同小異。露天采礦和地下采礦所用的生產設備有很大不同。
露天礦山是以大型設備為主要特點，要求優(yōu)良的電氣傳動系統(tǒng)，以保證這些大型設備的高效率運行。露天礦山的這些大型設備包括用于穿孔的牙輪鉆機，用于裝載礦、巖石的電鏟(挖掘機)，用于運輸?shù)V、巖石的大型汽車等。它們都要求電氣傳動系統(tǒng)具有良好的調速性能，目前這些大型設備大多采用直流調速傳動系統(tǒng)。
地下礦山的生產較露天礦山復雜。由于井下生產的空間窄小，使生產設備環(huán)境潮濕、陰暗，粉塵大、噪音大、振動大、并有塌方的危險，工作條件十分惡劣。因此，井下生產設備的體積受限，這些設備以小型化為主，體積小、重量輕，對電氣傳動的要求不高。但提升、排水、通風、壓氣等固定設備是地下礦山的要害部門，也是耗電大戶，因此，這些設備的安全運行和節(jié)能就顯得至關重要。
根據(jù)我們多年來從事礦山電氣傳動的經驗及在礦山進行變頻調速的應用實踐，我認為，在礦山應用變頻調速技術對于提高礦山生產設備的效率，節(jié)約電能都是至關重要的。但遺憾的是在礦山應用變頻調速技術還很不普遍，除了因變頻器的投資問題外，與人們對變頻器的認識不夠有關，也與不能正確了解礦山設備對變頻器的特殊要求、不能正確地應用變頻器、因此所帶來的負面影響有很大關系。
本文主要介紹目前礦山應用變頻器的狀況，礦山設備對電氣傳動的特殊要求，以及如何正確地選用變頻器等。
2變頻器在露天礦山設備中的應用
2.1電鏟
電鏟用于裝載礦巖，其工作條件非常惡劣，特別是在爆破不好的情況下挖根底作業(yè)，經常出現(xiàn)過大的沖擊載荷，甚至堵轉。因此，電鏟對電氣傳動系統(tǒng)就有較高的要求:要求電氣傳動系統(tǒng)的機械特性曲線的包絡面積大，有足夠的有用功率;要求有良好的調速性能，能四象限運行，能快速地進行加、減速和反轉，動態(tài)響應速度快;要求系統(tǒng)制動性能好，并能回收能量;要求系統(tǒng)運行可靠，維修方便等。由于電鏟對電氣傳動系統(tǒng)的這些特殊要求，所以，我國電鏟目前應用的電氣傳動系統(tǒng)主要還是直流傳動系統(tǒng)。例如:WK-4M、WK10、WD-1200和195-B等型號的電鏟都是采用直流發(fā)電機-直流電動機系統(tǒng)(簡稱機組系統(tǒng));從美國Harnischfeger公司引進制造的P&H-2300XP和P&H-2800XP型電鏟則是采用晶閘管變流器-直流電動機系統(tǒng)(簡稱晶閘管直流系統(tǒng))。雖然后者比前者技術先進，效率也有所提高，但這兩種系統(tǒng)都還存在直流電機的固有的缺點，即維修工作量大、效率較低等。
自上世紀90年代后期，我國有個別礦山從美國B-E公司引進了變頻器-鼠籠型電動機系統(tǒng)(簡稱交流變頻調速系統(tǒng))，這是全交流化的電鏟電氣傳動系統(tǒng)。例如:385-B、295-BⅡ、290-BⅢ型電鏟就是全交流化電鏟，變頻調速由德國SIEMENS公司開發(fā)、提供的電壓型變頻器?，F(xiàn)以395-B電鏟為例作一簡要說明:高壓交流電由電纜經集電環(huán)引入電鏟，由1600kVA主變壓器將6kV變?yōu)?75V，由1950A的整流器將交流變?yōu)橹绷鳎洖V波后送入公共直流母線。在直流母線上有4臺容量為750kVA的逆變器，其中2臺并聯(lián)供電給1臺容量為1066kW的提升電動機;第三臺逆變器供電兩臺容量各為243kW的回轉電動機;第四臺逆變器供電給容量為294kW推壓電動機。當某工作機構處于再生制動工作時，逆變器將再生制動能量反饋到公共直流母線上，可供其它工作機構使用，使能量得到充分利用。使用不完的制動能量，可以通過制動電阻消耗掉。
實踐證明，交流變頻調速電鏟和前兩種直流調速電鏟相比，具有節(jié)約電能、調速性能好、可靠性高、維護量小、生產效率高、功率因數(shù)高(0.95以上)等優(yōu)點，是公認的電鏟電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。
2.2變頻器在牙輪鉆機中的應用
牙輪鉆機是露天礦山、尤其是大型露天礦山的主要穿孔設備。為使牙輪鉆機在不同的巖層中都能保持較佳的鉆進狀態(tài)，要求鉆機的回轉機構能根據(jù)巖層的性質進行無級調速。鉆機的提升/行走機構也需要無級調速。目前，牙輪鉆機的回轉機構和提升/行走機構一般都是直流電動機傳動。主要有三種調速裝置:(1)采用晶閘管直流調速裝置的牙輪鉆機有:YZ-55，YZ-35和YZ-12型;(2)采用大功率磁放大器調速裝置的有KY-250型牙輪鉆機和從美國進口的45R型牙輪鉆機;(3)采用直流發(fā)電機組調速裝置的有從美國進口的60R型牙輪鉆機。
牙輪鉆機上應用變頻調速技術不僅是為了節(jié)能，更重要的是為了提高鉆機的生產效率，降低維修工作量。回轉機構電動機安裝在鉆桿的頂端，工作條件異常惡劣，以往使用的直流電動機經常損壞，維修工作量大，影響牙輪鉆機的正常作業(yè)和效率的提高。因此采用堅固耐用的交流鼠籠型電動機代替直流電動機，用變頻調速裝置代替直流調速裝置，就成為人們公認的牙輪鉆機電氣傳動的發(fā)展方向。在牙輪鉆機上應用變頻調速技術的難點在于:鉆機的轉機構等對調速裝的性能要求高，因為由于巖層地質條件的不同，鉆機在鉆進工作時有可能被卡鉆，使回轉機構堵轉，這就要求調速裝置的機械特性曲線具有挖土機特性，并具有立即反轉和立即重新起動、鉆進功能;牙輪鉆機振動大，對調速設備的防振要求高。變頻調速在牙輪鉆機中的應用首先是由美國B-E公司在55R型牙輪鉆機上應用。我國礦山的牙輪鉆機的變頻調速還在開發(fā)試驗之中，尚未在推廣應用。
2.3電動輪汽車的電氣傳動
目前，大型露天礦山的運輸主要是采用無軌運輸，而主要運輸設備是大型汽車，特別是電動輪汽車成為了大型露天礦山的主要運輸設備。這是因為電氣傳動比機械傳動有更多的優(yōu)點。如調速性能好，響應速度快，調速平滑無沖擊;可實現(xiàn)恒功率調節(jié)，能充分利用柴油發(fā)動機的功率，耗油少;制動安全，牽引特性好等。目前，世界各國大型露天礦，包括我國的大型露天礦都普遍采用電動輪汽車。我國自1975年以來，引進了不少電動輪汽車，并成功研制開發(fā)了SF3102型100t和LN-3100型108t電動輪汽車，與美國UnitRig公司合作制造了MARK-36型154t電動輪汽車。
電動輪汽車的電氣傳動系統(tǒng)主要有柴油發(fā)動機帶動的直流發(fā)電機-直流電動機系統(tǒng)和柴油發(fā)動機帶動的交流發(fā)電機-交流電動機系統(tǒng)，它通過控制發(fā)電機的勵磁來控制電動機的轉速。隨著變頻調速技術的發(fā)展，人們也在探討將變頻調速技術應用于電動輪汽車電氣傳動的可能性。但目前尚未見到成功的先例。不過，作為大型露天礦山的主要運輸設備的電動輪汽車，人們會繼續(xù)努力，研究將變頻調速技術應用于電動輪汽車，以進一步改善其調速性能，提高其運輸能力。
3變頻器在地下礦山中的應用
3.1變頻調速技術在礦井提升機中的應用
礦井提升機是地下礦山運輸?shù)闹饕O備。它是用一定的裝備沿井筒運出礦石、廢石、升降人員及材料、設備等運輸環(huán)節(jié)。礦井提升設備按井筒傾角可分為豎井提升設備和斜井提升設備;按提升容器可分為罐籠提升機和箕斗提升機等;按提用途可分為主提升機(專們或主性提升礦石，一般稱為主井提升機)，副井提升機(提升廢石、升降人員、運送材料和設備等，一般稱為副井提升機)和輔助提升機(如天井電梯、檢修提升等)。
礦井提升是地下礦山生產的咽喉，所以，無論哪種提升機，對電氣傳動的要求都很高，因為電氣傳動系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，可靠性的高低，都直接關系到礦山生產的效率和礦山生產的正常進行。對礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的要求是:有良好的調速性能，調速精度高，四象限運行，能快速進行正、反轉運行，動態(tài)響應速度快，有準確的制動和定位功能，可靠性要求高等。
目前，我國地下礦山礦井提升機的電氣傳動系統(tǒng)主要有:對于大型礦井提升機，主要采用直流傳動系統(tǒng)，有采用直流電動機-直流發(fā)電機系統(tǒng)和晶閘管變流器-直流電動機系統(tǒng);這兩種系統(tǒng)都存在著直流電動機固有的缺點，如效率不高，維修工作量較大等。對于中、小型提升機，則多采用交流電氣傳動系統(tǒng)，如采用交流繞線式電動機，使用電機轉子切換電阻調速，這種電氣傳動系統(tǒng)雖然設備簡單，但它是有級調速，調速性能差，效率低，大量的電能消耗在電動機轉子電阻上，而且可靠性也差。
將變頻調速技術應用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國已有幾臺大型礦井提升機采用交-交變頻調速系統(tǒng)，取得了很好的效果，但其缺點是功率因數(shù)不高，諧波大，需加諧波和功率因數(shù)補償裝置。隨著變頻調速技術的發(fā)展，交-直-交電壓型變頻調速技術已開始在礦井提升機中應用。例如國外已有礦山將有源前端三電平變頻器應用于礦井提升機上，據(jù)介紹，采用這種變頻調速的交流提升機可以克服直流調速系統(tǒng)和交-交變頻調速系統(tǒng)的缺點，是提升機電氣傳動的發(fā)展方向。對于小型交流提升機已有成功應用變頻器的實例，如山東風光電子有限公司和東營市東萃科技有限公司合作開發(fā)的變頻器，成功地應用于山東寧陽縣華寧煤礦的380V,180kw的交流提升機上。
3.2變頻調速技術在空壓機中的應用
空氣壓縮機是地下礦山生產的重要設備之一，它生產壓縮空氣，用以帶動風動鑿巖機、風動裝巖機等設備以及其它風動工具，其耗電量在礦山總耗電量中占有相當大的比重。深入分析空氣壓縮機的電能消耗情況，找出節(jié)能潛力，實現(xiàn)空氣壓縮機的節(jié)能運行，將會降低礦山生產成本，提高其經濟效益?，F(xiàn)以凡口鉛鋅礦為例說明:
凡口鉛鋅礦坑口空壓機站共有6臺空氣壓縮機，其中4臺為日本日立空氣壓縮機。4臺日立壓縮機型號:BTD2，排氣壓力7kg/cm2，排氣量103m3/min屬兩級壓縮活塞式壓縮機，其拖動電機型號EFOU，額定功率450kW，額定電壓380V，額定電流892A，采用Y/Δ降壓起動方式;2臺國產空氣壓縮機(活塞式空氣壓縮機)，其拖動電機為高壓(6kV)同步電動機。6臺空氣壓縮機采用并聯(lián)運行方式。一般情況下，只運行2～3臺(其中一臺國產空氣壓縮機)其余的空氣壓縮機作為備用。空氣壓縮機站的容量是按最大排氣量并考慮備用來確定的，然而在實際的使用過程中，用氣設備的耗氣量是經常變化的，當耗氣量小于壓縮空氣站的排氣量時，便需對空氣壓縮機進行控制，以減少排氣量使之適應耗氣量的變化，否則空氣壓縮機排氣系統(tǒng)的壓力會升至不能允許的數(shù)值，使空氣壓縮機和用氣設備的零部件負載過大，并有發(fā)生爆炸的危險。凡口鉛鋅礦4臺日本日立空壓機采用的是多級壓力節(jié)流進氣控制方式:即當壓力低于6.2Mpa時,打開全部進氣閥,壓縮機組以100%負荷率狀態(tài)運行;當壓力達到6.2~6.5Mpa時關閉隙閥，壓縮機組以75%負荷率運行;當壓力達到6.8~7Mpa時,關閉一個進氣閥,壓縮機組以50%負荷率運行,當壓力達到7Mpa時關閉所有進氣閥,壓縮機組進入空載運行狀態(tài).由于活塞式空氣壓縮機的起、停有著嚴格而復雜的規(guī)程，不允許頻繁起停。為了滿足井下用氣量的變化，一般由調度人員根據(jù)井下用氣量的時間變化特點,把一天分為幾個時段，每一個時段需要開的空壓機臺數(shù)由該時段內最大用氣量決定。在該時段內，空壓機不允許增開或停開(特殊情況除外)。地下礦金屬礦山的空壓機站多采用這種方式，但這種控制方式很顯然存在一些比較大的缺點:
(1)據(jù)統(tǒng)計，壓縮機組75%負荷運行率為41%，50%負荷運行率為14%。無論空氣壓縮機是處于75%、50%還是空載運轉狀態(tài)，管網(wǎng)壓力較正常供氣壓力要高，井下用氣量很顯然要小于供氣量，而這時各臺空氣壓縮機仍然全速生產壓縮空氣，帶來了不必要的電能浪費。
(2)節(jié)精度低，在某一進風量工作狀態(tài)下壓力波動大，特別在生產用風量變化頻繁時期內(用風量大且變化頻繁)，不能穩(wěn)定風壓;
(3)閥門動作值在一次整定后經常會變，有時會使整個壓風系統(tǒng)工作壓力偏高，增大了單位壓風量的功耗;
(4)當空壓機運行在75%、50%進氣量的工作狀態(tài)下，進氣流速增大，造成進氣過程壓風量的損失，降低了壓風機的效率。
因此有必要對現(xiàn)有的調節(jié)方式進行改進，以節(jié)約電能，提高空壓機的運行效率。我院和凡口鉛鋅礦合作，用變頻調速對其空壓機站進行技術改造。
空壓機恒壓自動控制變頻調速系統(tǒng)結構如圖1所示:
圖1空氣壓縮機恒壓控制變頻調速系統(tǒng)框圖
空壓機恒壓自動控制變頻調速系統(tǒng)可實現(xiàn)對5#空壓機和6#空壓機的輪換控制。5#空壓機和6#空壓機均可由新老兩套系統(tǒng)拖動，這樣做有兩個目的:伒5#空壓機出現(xiàn)故障需要檢修時，新系統(tǒng)可迅速切換到6#機，以提高恒壓控制變頻調速系統(tǒng)的利用率;當新系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要停車檢修時，能夠很快地投入老系統(tǒng)運行，不致于影響正常生產;當管網(wǎng)壓力超出恒壓調節(jié)范圍時，系統(tǒng)發(fā)出增開或者減開一臺空壓機。
系統(tǒng)于1999年4月2日在凡口鉛鋅礦通過了驗收，正式移交生產使用，系統(tǒng)運行十分正常，滿足了生產的需要，達到了預期的目的。本系統(tǒng)的目的是為了節(jié)能，根據(jù)廣州金粵節(jié)能服務站對本系統(tǒng)做的節(jié)能測試:采用本空氣壓縮機恒壓控制變頻調速系統(tǒng)平均每天節(jié)電量2226kWh。按照年工作日330天計，則采用恒壓控制變頻調速系統(tǒng)每年可節(jié)電734629kWh，按照凡口鉛鋅礦現(xiàn)行電價0.7元/kWh計，每年可節(jié)約電費51.42萬元。本系統(tǒng)總共投資98萬元，兩年內即可收回全部投資。本系統(tǒng)應用的成功為活塞式空氣壓縮機的節(jié)能運行提供了重要的新手段，對于企業(yè)節(jié)能降耗，提高企業(yè)經濟效益有重要意義，有廣闊的推廣應用前景。
3.3變頻調速技術在礦井通風機中的應用
礦井通風機是地下礦山生產的主要用電設備之一，其節(jié)能運行在礦山節(jié)電中占有重要的地位。礦井通風機一般采用異步電機或同步電機拖動，恒速運轉，一般容量大，電機供電電壓高(6kV或10kV)。
礦山建設的特點是:巷道逐年加深，產量逐年增加，所需的通風量逐年上升。但礦井通風機在設計選型時，往往是按最大開采量時所需的風量為依據(jù)的，一般都留有余量，因此礦井在投產后幾年甚至十幾年內，礦井通風機都是處在低負載下運行。此外，通常礦山井下作業(yè)不均衡，一般夜班工作人員少，所需風量也小，在節(jié)假日時，可能只有泵房等固定的井下場所的值班人員工作。盡管井下人員少，但也得照常向井下送風，礦井通風機一般不調節(jié)風量，若要調節(jié)風量時，傳統(tǒng)的方法是調節(jié)檔板。這種辦法雖然簡單，但從節(jié)能的觀點看，是很不經濟的。圖2所示為幾種調節(jié)風量的方法節(jié)電比較。
圖2不同風量調節(jié)方法功率消耗曲線
圖2中:1—擋板法;2—前導器法;3—液力耦合器;4—繞線電動機切換轉子電阻調速法;5—變頻調速法。
由圖2可見，變頻調速法在各種風量調節(jié)方法中是最理想、最有效、最節(jié)能的調節(jié)方法。有關變頻調速技術在礦井通風機中的應用，仍以凡口鉛鋅礦為例說明。
該礦的礦井通風機都采用高壓電機傳動，有高壓同步電機和高壓異步電機兩大類。由于礦井通風機是礦山的耗電大戶，節(jié)電潛力很大，但它又是高壓電機傳動，實現(xiàn)變頻調速有一定困難。于是，長沙礦山研究院與凡口鉛鋅礦、冶金自動化研究院等單位合作，以老南風井的6kV，800kW同步電機傳動的礦井通風機為對象，研制開發(fā)了同步電機直接高壓變頻器。1997年8月投入運行，并于1998年4月28日通過了中國有色金屬工業(yè)總公司的技術鑒定，獲得了部級科技進步二等獎。這是國內第一臺同步電機直接高壓變頻器，節(jié)電效果十分顯著。新南風井的礦井通風機采用6kV,880KW高壓異步電機傳動，高壓變頻器采用SIEMENS公司的SIMOVERTMV型三電平高壓變頻器。于2002年9月投入運行，節(jié)電效果也是十分顯著的。下面分別簡要介紹這兩種高壓變頻器。
(1)同步電機直接高壓變頻器
同步電機高壓變頻器主要有兩類，即他控式變頻調速系統(tǒng)和自控式變頻調速系統(tǒng)。他控式變頻調速系統(tǒng)所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬速度開環(huán)控制。自控式變頻調速系統(tǒng)可以使同步電機不存在失步和振蕩等問題，所以一般都采用自控式運行。
我們與有關單位合作研制開發(fā)的這種同步電機直接高壓變頻調速裝置是采用交-直-交電流型變頻調速系統(tǒng)，屬自控式變頻調速系統(tǒng)，它由變頻器、同步電機、轉子位置檢測器以及控制系統(tǒng)組成。變頻器主電路采用晶閘管串聯(lián)組成的高壓閥串作為功率元件，它是利用同步電機的反電勢來關斷逆變器的晶閘管，它沒有強迫換流電路，因而主電路結構簡單。變頻器的框圖如圖3所示。
圖3同步電機變頻調速系統(tǒng)原理框圖
圖3中，硬件全套設備由高壓開關切換柜(圖中未表示出)、整流柜、逆變柜、勵磁柜、控制柜、操作臺及交流進線電抗器、直流平波電抗器、轉子位置檢測器、光電編碼器等到部分組成。
根據(jù)凡口礦生產的情況需要，本高壓變頻器按周期性的固定頻率運行，早班(7:00~16:00)變頻裝置運行在40Hz，中班(16:00~19:00)運行在35Hz，在19:00~20:00期間為放炮時間，變頻器運行于40Hz，20:00~23:00運行在35Hz，23:00~24:00期間為放炮時間，變頻器運行于40Hz，0:00~3:00井下作業(yè)人員很少運行于28Hz，3:00~4:00期間為放炮時間，變頻器運行于40Hz，4:00~7:00運行于28Hz。
經廣州金粵節(jié)能服務站的節(jié)能測試及能量平衡測試，以及凡口礦老南風井的實際記錄，在正常生產期間，節(jié)電率達42%;節(jié)假日時變頻器運行于28Hz，節(jié)電率達73%。年節(jié)電為192.3萬kWh，在不到一年的時間內，就由節(jié)電費用收回到了高壓變頻器的全部投資，經濟效益十分顯著。
(2)異步電機三電平高壓變頻器
在成功研制開發(fā)了老南風井同步電機直接高壓變頻器的基礎上，根據(jù)深部開采的需要，對新南風井的礦井通風機進行改造，我院和有關單位合作，經過論證，最終決定采用引進WOODS軸流式風機和Siemens公司的SIMOVERTMV三電平高壓變頻器。該變頻器的原理圖如圖4所示。
圖4三電平變頻器主電路原理圖
但SIEMENS公司實際提供的這種三電平高壓變頻器的系統(tǒng)如圖5的框圖所示。
由圖5可見，6kV高壓電源經三繞組降壓變壓器降壓，2組二次側繞組(接法、Y)，電壓各為1.2kV，經各自的6脈沖整流橋整流成直流，直流電壓為3240V(正負電壓各為1620V)經三電平逆變器變頻變壓，可輸出頻率可變的0~2300V的三相交流電壓;經濾波器濾波后，再經升壓變壓器升壓至6kV，供給6kV高壓電動機調速。
圖5新南風井高壓變頻器系統(tǒng)框圖
新南風井高壓變頻器原訂為直接高壓變頻器，但由圖5可見，這實質上是一臺高低高式高壓變頻器，因為它不僅有降壓變壓器，而且也有升壓變壓器。不過經我們對其進行了計算機仿真，其結果表明，盡管它是高-低-高式高壓變頻器，但并不影響它在生產中的應用。
根據(jù)凡口礦目前的生產情況，高壓變頻器的運行情況是:白班和中班，高壓變頻器運行于40Hz，在晚班，由于井作業(yè)人員很少，高壓變頻器則運行于30Hz，在節(jié)假日，則運行于更低的頻率。據(jù)此，計算出節(jié)電效果，年平均節(jié)電為56%，年節(jié)電357.9萬kWh，節(jié)電效果顯著達到了原計劃的節(jié)電目標。
3.4關于球磨機、井下排水泵等是否可用變頻調速的問題
球磨機、井下排水泵等設備容量大，都是礦山的高耗能設備。對于這些設備是否可以采用變頻調速來實現(xiàn)節(jié)能運行呢？我認為，在這些設備上采用變頻調速是達不到節(jié)能目的的。
我們應某金礦的委托，采用變頻器對球磨機進行調速節(jié)能試驗。當變頻器的輸出頻率調整到48Hz和45Hz時，球磨機的電能消耗雖有所降低，但磨礦質量有很大降低，此時球磨機的出礦粒度由原來不調速時的300目粒度占99%，分別下降到90%和58%?？梢娺@種工藝、設備條件下，不宜采用變頻調速節(jié)能運行。
另外，我看到有的文章說，變頻器用于井下排水泵站的節(jié)能[3]。我認為，這是不現(xiàn)實的。因為任何礦山為排出井下的涌水，都在井底設有水倉。值班工人根據(jù)水倉水位確定開仃水泵及開仃幾臺水泵，因此它不需進行流量的調節(jié)。所以，它不需要采用變頻器。對于地面生活供水或工業(yè)供水的泵站，由于需要根據(jù)用水量的多少來調節(jié)供水量，在這種情況下，采用變頻調速以調節(jié)流量，可達到節(jié)能的目的。
在礦山中，還有一些小型設備可以采用變頻調速節(jié)能，如螺旋給料機、沙泵等，在此就不一一介紹了。
4選擇變頻器應注意的事項
變頻器，特別是高壓變頻器價格昂貴，如選擇不當，達不到節(jié)電和提高生產效率的目的，以致造成浪費和不必要的麻煩和損失。在這里，提供一些選擇變頻器的意見，供參考。
4.1根據(jù)工藝要求選擇變頻器
(1)電機調速雖是風機、水泵節(jié)能的有效途徑，但并非凡是風機、水泵都能采用調速節(jié)電。對于工藝參數(shù)基本穩(wěn)定，不需要調速的風機、水泵可以采用高效節(jié)能電機和高效節(jié)能風機，以提高系統(tǒng)效率。對于已建成而配置不合理的風機可以通過采用更換電機，調節(jié)葉片角度等方法達到節(jié)電的目的。選擇調速節(jié)能時應注意:風機、水泵的轉速變化范圍不宜太大，通常最低轉速不少于額定轉速的50%，一般調速范圍在100%~70%之間為宜，因為當轉速低于額定轉速的40%~50%時，風機、水泵本身的效率明顯下降，是不經濟的;調速范圍確定時，應注意避開機組的機械臨界共振轉速，否則調速至該諧振頻率時，將可能損壞機組。
(2)進行可行性分析
在選擇要進行的變頻調速的設備對象以后，應從提高效率或提高產品質量的需要情況，從節(jié)約電能的情況進行分析、計算，并與變頻器的投資進行比較，計算出變頻器的投資回收期。一般來說，如能從節(jié)約的電費或從提高產品質量、提高效率等方面所得的收益中，在兩年內償還變頻器的投資，都應認為是可行的。同時還應分析外部條件是否滿足變頻器的使用要求。
(3)變頻器的可靠性
變頻器的可靠性如何，直接決定了變頻器能否成功地應用于生產。這是選擇哪種變頻器的首要條件。有的礦山所購買的變頻器可靠性不高，加之自身的維修技術力量不強，變頻器出了故障，只好仃下，甚至棄用。造成損失，同時也為變頻器的繼續(xù)推廣應用帶來負面影響。
(4)根據(jù)生產廠家提供的技術規(guī)格和技術參數(shù)來選擇變頻器在按工藝要求、電源條件、場地及容量等選擇了變頻器方案后，再具體到選擇哪個廠家的哪種高壓變頻器。在選擇變頻器時可以根據(jù)廠家提供的產品樣本等技術資料及報價表來選擇。
變頻器的制造廠家和經銷商都會向準備購買變頻器的用戶提供樣本及報價。在樣本中，廠家公開說明其產品種類、特性、技術指標和特點，用戶在訂貨前通過對產品樣本資料可以對其產品有大概了解。因此對產品樣本的閱讀和了解是比較各廠家變頻器性能的重要依據(jù)。
4.2主要應考慮的技術規(guī)格和技術參數(shù)
(1)型號
各廠家生產的變頻器的型號多是系列號和容量的組合，通過對型號和規(guī)格得了解，
可以確認該廠家生產的品種，對用戶來說，不一定會使用到全系列的變頻器，但可以從型號、規(guī)格、所采用的功率元件、控制技術等方面判斷廠家的實力和生產態(tài)勢，甚至可以從一個方面判斷其產品質量。產品品種齊全，容量覆蓋范圍大，功率元件及控制技術先進的廠家，一般來說其實力強，生產態(tài)勢好，產品質量一般來說也會有較好的保障。
(2)效率
變頻器效率的高低，直接關系到變頻器調速節(jié)能的多少，因為在變頻器運行時，變頻
器本體也要消耗一部分電能。一般來說直接高壓變頻器的效率都可達到0.97~0.98,而高-低-高式高壓變頻器由于多一個變壓器的損耗，使其系統(tǒng)效率有所降低。
(3)功率因數(shù)
在整個調速范圍內，功率因數(shù)的變化是一項重要指標。最好是在整個調速范圍內功率因數(shù)都保持在0.95以上，以使其符合國家標準GB3485-83的標準，這只有電壓型變頻器和IGBT單相變頻器串聯(lián)的高壓變頻器能夠滿足此項規(guī)定。而電流型變頻器較難滿足這項要求。
(4)諧波
國家對電網(wǎng)諧波有嚴格要求。限制用戶非線性諧波設備注入電網(wǎng)的諧波電流，是限制電網(wǎng)電壓正弦波畸變的關鍵。所用的高壓變頻器的諧波(即裝置對電網(wǎng)產生的諧波)必須符合國標GB/T14549-93“電能質量、公用電網(wǎng)諧波”的規(guī)定，在國際上要符合IEEE-519標準的規(guī)定。對于電流型變頻器如采用六脈沖整流，則5次、7次諧波都超過了這個標準，應采用12脈沖整流或附加諧波補償措施。
(5)輸出容量和額定輸出電流
變頻器輸出容量以kVA或kW表示，它代表可以供給電動機的輸出功率。用kW表示時，一般以四極標準電機為基礎考慮;用kVA表示，需進行核算。額定輸出電流是在額定電壓下變頻器能夠連續(xù)輸出的電流值。在以輸出容量為標準選擇了變頻器以后，還應對額定輸出電流進行核算，以使電動機的額定電流不要超過變頻器的額定輸出電流。
(6)率范圍
由最低使用頻率和最高頻率定義調速范圍。最低使用頻率的意思與起動頻率不同。起動頻率很小時，并不一定能使電機從該頻率起動。變頻器要對最高頻率設定，對風機、水泵的最高頻率應設定(即箝位)在50Hz，所有的變頻器都可滿足這個要求，在選擇變頻器時可不作考慮，但使用中需注意此點。
(7)電源容量和允許電壓變化范圍
供給變頻器的電源容量應足夠大，電源電壓變化范圍應在變頻器允許的范圍。用戶在選擇變頻器時應根據(jù)自己電網(wǎng)容量及電網(wǎng)電壓的變化情況，對變頻器進行選擇。曾有一個礦山因電壓波動范圍超過了變頻器的允許范圍，而使變頻器不能正常應用。
(8)保護功能
變頻器樣本中一般表明其保護功能，這是為了檢測出變頻器的異常情況和防止外部原因及內部異常對變頻器造成損害，保護變頻器正常運行和變頻器安全可靠。因此保護種類是否齊全、完善，從一個方面反映變頻器質量和運行的安全可靠性。
(9)價格
變頻器價格是用戶最關心的問題之一，用戶應了解廠家或經銷商所報出的價格的具體含義和具體內容，及服務內容，以及任選件價格等。還應與其它廠家的變頻器進行綜合比較。
5結束語
《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條，已將變頻調速技術列為通用節(jié)能技術加以推廣。在礦山推廣應用變頻器節(jié)能是重要目的之一，如風機、水泵;同時也有提高生產效率、降低維修工作量、提高產品質量等目的，如電鏟、牙輪鉆機、礦井提升機等。在礦山應用變頻器和其它工業(yè)部門有相同之處，也有不同之處，如電鏟、牙輪鉆機、礦井提升機等設備應用變頻器有一豺特殊要求，所用的變頻器還有一些技術開發(fā)工作要做。建議有關科研院所、變頻器生產廠家和礦山用戶共同合作，開發(fā)我國礦山設備使用的變頻器。
本文的目的在于拋磚引玉。由于作者的水平有限，資料不夠，經驗不足，所述內容錯誤之處在所難免，所論觀點也屬一孔之見，歡迎讀者和朋友們批評指正。
參考文獻
[1]采礦手冊[M].冶金工業(yè)出版社,1991,(6).
高壓變頻技術隔爆型三相異步電動機由定子、轉子、四軸承結構、強制風冷裝置、軸電流引出裝置、軸承液壓泵系統(tǒng)裝置等主要結構組成。電動機主體安裝在對旋風機主風筒的最里層，1臺對旋風機用2臺電動機(左右出線各1臺)。電動機的主要結構介紹如下:1)電動機定、轉子鐵心。鐵心用徑向通風道隔開，分段迭成。材料采用DW360硅鋼片，使電動機的效率、功率因數(shù)都有所提高。2)電動機定子繞組。定子線圈采用經特殊絕緣處理的變頻電動機專用電磁線(耐電暈220級)———聚酰亞胺－氟樹脂復合薄膜繞包雙玻璃絲包銅扁線。電動機每相繞組埋有2支Pt100，共6支，分為2組，一組使用，一組備用，以模擬方式輸出信號，實現(xiàn)繞組的溫度保護。3)電動機轉子。轉子為鼠籠式結構。采用銅條焊接，與軸采用熱套配合，剛度好。軸由45號的圓鋼和Q235－A的筋板組焊而成，并經嚴格的退后處理和時效振動處理。4)電動機的機座和軸承室。機座材料均采用了優(yōu)質碳素鋼Q235－A，并按工藝要求焊接完后，進行了有效的退火處理。機座采用圓機座，通過機座兩壁板上的通風管散熱，并且加強機座剛度。變頻電動機，由于諧波與磁路的問題，產生軸電流很大，軸電流又對軸承的危害很大，大大縮短軸承壽命。因此需要用絕緣軸承或將軸承室絕緣以達到對軸承絕緣。軸承室零件材料采用了鑄鋼ZG230－450。保證了零件的鋼性和加工性。5)冷卻方式。為了保證對旋風機在低轉速下有足夠的風量，電動機冷卻采用強制通風冷卻方式。強制通風用的冷卻電動機有良好的工作性能和耐用年限，該電動機采用雙法蘭不帶底腳強構，軸承采用了進口SKF軸承，并加裝了Pt100測溫傳感器。6)軸承裝置。電動機軸承軸伸端軸承采用一盤球面調心滾子軸承，非軸伸端軸承采用三軸承同心式組合結構，軸承全部采用進口SKF軸承。軸承方式采用液壓泵站強制。軸承室防護等級達到IP54。7)其它裝置。電動機設有空間加熱器，當電動機停機時，加熱器開始投入使用，保證電動機內部溫度高出環(huán)境溫度5℃以上，以防止電動機在停機狀態(tài)下結露。為防止產生的軸電流對軸承形成電腐蝕作用，除采用絕緣軸承室外，還加設有軸電流引出裝置，軸電流引出裝置安裝在電動機軸承的非軸伸端外蓋上，并用防護罩做保護。
2高壓變頻技術隔爆型三相異步電動機的創(chuàng)新點
2．1絕緣軸承組結構應對電腐蝕
變頻技術與電動機在運行過程中會產生電腐蝕現(xiàn)象。傳統(tǒng)應對軸承電腐蝕的措施的主要方法有兩種:一是選用絕緣軸承;二是選用絕緣軸承室。但這兩種方法都存在一定問題。直接采購絕緣軸:一是價格昂貴;二是市場資源少，供貨周期長;三是電機的絕緣軸承在裝配與拆卸過程中，容易將外圈涂層和內圈涂層拉壞，對軸承維護保養(yǎng)造成困難。如果采用絕緣軸承室，雖然它有價格不高的優(yōu)點，但在使用或維護過程中容易損壞。而且一旦損壞，需要返廠采用特殊工藝進行恢復。經過多次實踐探索，一種新的絕緣軸承室被設計出來，它是在軸承的端蓋內孔與軸承套之間夾絕緣層，首先將軸承套與絕緣層采用特殊工藝固化在一起，然后與軸承端蓋內孔套起來，并在其端面用螺栓緊固。這種新型絕緣軸承室有價格不高、不易造成絕緣層損壞等優(yōu)點，解決了電機軸承絕緣的難題。
2．2四軸承結構解決軸承易損問題
五陽煤礦主通風機原有電動機的軸伸端是選用了1套NU系列的短圓柱滾子軸承和1套6系列深溝球軸承，非軸伸端是1套NU系列的短圓柱滾子軸承。在電動機運行過程中，其軸伸端短圓柱滾子軸承承受絕大部分葉輪與轉子重量，6系列的深溝球軸承承受來自葉輪的軸向力，非軸伸端軸承承受剩余一小部分轉子重量。礦用大功率通風機葉輪的重量最大可達3t，葉輪的軸向力也有10～30kN。而葉輪是靠電動機軸伸懸臂支撐，葉輪的重量和撓動力常常會造成電動機軸承發(fā)生撓曲變形。一般來講，深溝球軸承主要用于承受徑向載荷，也承受一部分軸向載荷，但承受軸向力的能力比徑向力弱。因此，五陽煤礦原有電動機的軸承的受力狀況環(huán)境比較惡劣。其次，它的電動機采用脂進行軸承，其注排油難度非常大，經常發(fā)生缺脂或注脂過量等問題，并且不容易及時發(fā)現(xiàn)，電動機軸承損壞率比較高。因此，設計出了一種新型的軸承組合———四軸承結構。四軸承結構原理如圖1所示。四軸承結構為:軸伸端是1套球面向心軸承，非軸伸端兩端為球面推力軸承、中間是1套球面向心軸承。軸承結構中的這4套軸承都具有調心功能，值得特別指出的是，非軸伸端的3套軸承有1個共同的球心，這樣在調心過程中就能步調一致。各軸承在運轉過程中，各司其職，配合完美，其軸伸端軸承承受大部分葉輪與轉子的重量，非軸伸端的球面向心軸承承受剩余部分的向力，前后兩套軸承分別承受正、反轉時的不同方向的軸向力。這套軸承的自動調心功能，很好地解決了傳統(tǒng)電動機存在的前后軸承的不同心問題、葉輪的重量和撓動力造成電動機軸承發(fā)生撓曲變形的問題。
2．3軸承采用稀油強制
傳統(tǒng)的三相交流電動機一般采用脂進行軸承，但脂使用時間過長后會失效。目前國內普遍采用的是在軸承外蓋上增設排油管裝置，但由于沒有壓力，油脂一般很難排除，如果采用加新的油脂將廢油擠出來，會造成如下問題:①通過新油脂將廢油脂排除，勢必軸承內要充滿油脂，這樣就將影響軸承散熱;②由于軸承內蓋與轉軸有一定的間隙，有很多油脂會通過此間隙進入電動機內部，覆蓋在定子線圈上，往往會導致定子繞組絕緣電阻降低，甚至造成擊穿。新設計的電動機軸承采用了稀油強制，如果要對軸承進行換油，打開排油口即可。軸承維護工作量也幾乎沒有。
3結語
關鍵詞變頻壓縮機變頻調速系統(tǒng)技術現(xiàn)狀
1引言
由于傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)采用定速壓縮機，因此人們對制冷系統(tǒng)及壓縮機的研究重點一直是在名義工況和額定轉速下穩(wěn)態(tài)工作時的效率和其它工作特性上。傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)采用定轉速壓縮機，實行開關控制，利用壓縮機上附帶的鼠籠式電動機驅動壓縮機，從而調節(jié)蒸發(fā)溫度。這種控制方式使蒸發(fā)溫度波動較大，容易影響被冷卻環(huán)境的溫度。壓縮機電機在工作過程中要不斷克服轉子從靜止到額定轉速變化過程中所產生的巨大轉動慣量，尤其是帶著負荷啟動時，啟動力矩要高出運行力矩許多倍，其結果不僅要額外耗費電能，而且會加劇壓縮機運動部件的磨損。另外這種運行方式在啟動過程中還會產生較大的振動、噪聲以及沖擊電流，引起電源電壓的波動，因此應采用變頻壓縮機替代定轉速壓縮機，從而避免這種頻繁的起停過程。
而變頻調速技術主要由以下4個方面的關鍵技術組成：逆變器，微控制器，PWM波的生成以及變頻壓縮機的電機選擇。
2三種變頻壓縮機的研究狀況
針對變頻壓縮機的研究，是從往復活塞機開始的，但由于其往復運動的特點，影響到變頻特性的發(fā)揮；從而轉到滾動轉子式壓縮機、渦旋壓縮機等回轉式壓縮機上來，大大提高了壓縮機的性能?？傮w說來，實驗研究居多，而理論分析較少。
2.1往復式活塞壓縮機
日本東芝公司在1980年開發(fā)了往復式變頻壓縮機，又在1981年開發(fā)了轉子式變頻壓縮機，文獻[1]給出這兩種機器的制冷量和總效率隨頻率變化的實驗數(shù)據(jù)，從中可以看出往復式在頻率為25~75Hz時，效率高；而轉子式在30~90Hz時，效率高。并且兩種機型均存在效率最高頻率。在大于此頻率時效率緩慢降低，小于此頻率時，效率則下降很快。另外，Scalabrin測量一臺可變速的開啟式往復壓縮機在不同轉速下的制冷量和輸入功率，他指出這臺壓縮機的容積效率在轉速為1000rpm時最高，而等熵效率和制冷系數(shù)隨轉速的降低而增高[2]。Krueger討論了BPM電機及變頻器的設計，對轉速在2000~5000rpm的冰箱和往復式壓縮機進行了實驗研究，得到壓縮機的轉速為3000~5000rpm時制冷系數(shù)最高；而文獻[3]則給出了其對冰箱用往復式壓縮機的性能試驗和模擬計算結果，在其研究的轉速范圍內2000~4000rpm，制冷系數(shù)隨轉速的增加而降低。還有學者對往復式變頻壓縮機的熱力性能進行了仿真研究，計算了壓縮機內各部位的換熱量和壓力損失。
2.2滾動轉子式壓縮機
在1984年，日本東芝公司的Sakurai和美國普渡大學的Hamilton建立了簡單的滾動轉子式壓縮機的摩擦損失模型[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算了不同的轉速下的摩擦功耗。其結果與實驗值相比較，偏差較大。文獻[5]敘述了日立公司1983年批量生產的變頻轉子壓縮機在結構和材料上的改進。文獻[6]研究了單缸和雙缸轉子壓縮機的轉速波動，討論了電流頻率減小時，壓縮機性能降低的原因。文獻[7]采用低密度和鋁合金制作的滑片和轉子以降低高轉速時滑睡瑟轉子間的接觸力和轉子軸承承載。文獻[8]簡單分析了適當降低滑片的質量和厚度可以提高變頻轉子壓縮機的效率，并給出了氣缸、轉子和滑處的溫度及應力分布的有限元分析結果。Liu和Soedel分析了變頻轉子壓縮機的吸氣和排氣氣流脈動[9，10]和吸氣管氣缸間的傳熱及壓縮機的溫度分布[11]，討論了影響變頻轉子壓縮機容積效率和氣缸壓縮過程效率的因素，給出了他們用計算機模擬計算出的在不同轉速下的容積效率和壓縮過程效率，從實驗數(shù)據(jù)和文獻[1]的實驗可以看出，其計算的容積效率隨轉速的增大而很快的增大。
2.3渦旋式壓縮機
渦旋式壓縮機的原理早在1886年意大利的專利文獻[12]論及到了，1905年法國工程師Creux正式提出渦旋式壓縮機原理及結構，并申請美國專利[13]。渦旋式壓縮機是一種新型的容積式壓縮機，具有結構緊湊、效率高、可靠性強、噪聲低等特點，尤其是用于變頻控制運行。但由于沒有數(shù)控加工技術和缺乏對軸向力平衡問題的妥善解決方法，因而長期未能完成其實用化。進入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償?shù)拿芊饧夹g。并在此基礎上與瑞士合作開發(fā)了多種工質的渦旋式壓縮機樣機。渦旋式壓縮機的真正規(guī)模生產始于日本。1981年日本三電（SANDEN）公司開始生產用于汽車空調的渦旋式壓縮機，1983年日立公司開始生產2~5Hp用于房間空調的渦旋式壓縮機。此外，在美國，自Copeland公司1987年建立渦旋式壓縮機生產線推出其產品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分別設廠生產高質量的渦旋式壓縮機。而變頻渦旋壓縮機已應用于柜式空調器上，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的一個研究熱點。
3變頻調速技術的發(fā)展及現(xiàn)狀
變頻調速技術適應于節(jié)能降耗和舒適性的要求，目前已應用于新一代的空調器上，在90年代初進入國內空調市場，其核心是：逆變器、微控制器、PWM波的生成和變頻壓縮機的電機。
3.1逆變器
變頻空調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，另有一個輔助電源，一個逆變器控制器和相應的驅動電路。
早期的變頻器采用分立元件構成，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）構成。這種電路復雜，可靠性差。目前大部分廠家采用的逆變橋由6個絕緣柵極晶體管（IGBT）組成，其綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點，開關頻率高、驅動功率小。隨著智能功率模塊（IPM）技術的發(fā)展應用，IPM正在逐步取代普通IGBT模塊。由于IPM內部既有IGBT的棚極驅動和保護邏輯，又有過流、過（欠）壓、短路和過熱探測以及保護電路，提高了變頻器的可靠性和可維護性。另外，IPM的體積與普通IGBT模塊不相上下，價格也比較接近，因此目前應用較為廣泛。比較成功的產品如：日本三菱電機公司所生產的PM20CSJ060型以及日本新電元公司生產的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器逆變電源技術。PFC技術的應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器發(fā)展的必然。
3.2微控制器
微電子技術的發(fā)展使變頻調速的實現(xiàn)手段發(fā)生了根本的變化，從早期的模擬控制技術發(fā)展數(shù)字控制技術。目前國外一些跨國公司的微控制器產品占據(jù)著主要的市場，如：Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。這些公司的產品性能價格比較高、功能強大，如帶有A/D轉換器、PWM波形發(fā)生器、LED/LCD驅動等，且一般都有OTP產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向DSP（信號處理器）過渡。以目前應用比較廣泛的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PWM通道，三個16位計數(shù)器，兩個10位A/D轉換，WATCHDOG，串行通訊口，串行接口等，采用DSP，可使控制電路簡單，而且控制功能強大。
3.3PWM波的生成
在家用空調器中，目前國內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模式在電機中產生的實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狀態(tài)，以形成PWM波形，該方法電壓利用率高，低頻諧波轉矩小，頻率變化范圍寬、運行穩(wěn)定，具有比較好的控制性能。近期出現(xiàn)的PAM控制（PulseAmplitudeModulation）不采用載波頻率進行整流，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變頻壓縮機的電機
變頻壓縮機電機主要分為交流異步電動機和直流無刷電動機兩種。目前國內一些大的壓縮機生產廠家如：萬寶、松下、上海日立、東芝萬家樂等已有能力生產變頻壓縮機（包括交流機和直流機），交流電動機成本低，制造工藝簡單，但其節(jié)能效果較差。直流無刷電機拖動由無刷電機本身，轉子位置傳感器和電子換向開關組成。轉子磁極為永磁體，電樞繞組采用自控式換流，定子旋轉磁場與轉子磁極同步旋轉，通常采用按轉子磁場定向的定子電流矢量變換控制，既有普通直流電機良好的調速性能和啟動性能，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。以1998年三菱電機公司開發(fā)的適用于空調壓縮機的節(jié)能高效直流無刷電機為例，其具有：轉子上安裝了8塊V字型永久磁體。磁體為埋入式，轉子不會在不銹鋼外殼中因渦流因而產生損耗；采用了新的壓縮機電機驅動方式，效率比普通的無刷電機高，但是這種壓縮機電機的價格較高。
關鍵詞：西門子變頻器，保養(yǎng)維護，電容充電
1.外觀檢查
對長期存放的變頻器，檢查時要注意變頻器的外觀是否有變化，如:外觀有無變形，有無磕碰痕跡;有無液體滲出和物件脫落;有無動物、昆蟲、浮游物等人駐，以及其他異常的變化。論文參考網(wǎng)。
2.檢查風機的靈活性
用細的木棍或其他較軟的物體撥動風葉，手感應該流暢，風機轉動應靈活，不能有卡澀的現(xiàn)象，觀察風機是否有液體滲出或油的痕跡。
3.電氣性能檢查
長期存放的變頻器，由于環(huán)境的影響和變頻器器件的使用期限，必須定期對變頻器進行電氣性能的檢查及保養(yǎng)。具體方法如下:
使用萬用表檢測整流部分的整流橋特性，使用萬用表的歐姆擋X100，紅表筆接變頻器的“P”端，用黑表筆分別接輸人“R”“S”“T”，表針擺動應在2/3處，超過2/3或低于l/2均視異常，將黑紅表筆交換重新測量，表針不能擺動，如出現(xiàn)擺動則為異常。使用萬用表的歐姆擋X100，紅表筆接變頻器的“N”端，用黑表筆分別接輸入“R”“S”“T”，表針擺動應在2/3處，超過2/3或低于1/2均視異常，將黑紅表筆交換重新測量，表針不能擺動，否則為異常。論文參考網(wǎng)。
用同樣的方法檢查逆變部分，將“R”“S”“T”換為“U”“V”“W”，因為逆變的IGBT的源極和漏極之間在關閉狀態(tài)下同樣有整流橋特性。
絕緣測試。對于輸人輸出端和地(外殼)進行高壓絕緣檢測，使用500v搖表的黑表端接變頻器的接地標識。紅端分別接“R”“S”“T”“U”“V”“W”，均速搖動搖表，測量絕緣電阻應在SM以上。
電容器的檢測。主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容、濾波電容、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元器件組成。論文參考網(wǎng)。其中對變頻器壽命最有影響的是平滑鋁電解電容器，它的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內部溫度所決定。在主回路設計時已經根據(jù)電源電壓選定了電容器的型號，所以內部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。
電解電容器相對溫度的劣化特性直接影響到變頻器的壽命。
一般每上升10℃變頻器的壽命減半，這是因為電解電容器內部的化學反應隨著溫度的升高導致劣化速度加快。劣化速度與材料溫度的關系遵循阿列里烏斯理論(電解液理論)。電解電容器的內部溫度實際上是電容器周圍環(huán)境溫度與脈動電流造成的溫度之和。因此，我們應該在安裝時考慮適合的環(huán)境溫度，在電容器劣化過程中，會出現(xiàn)靜電容量減小，漏電流增大，等價電阻值增大，tgδ值增大等現(xiàn)象。維護保養(yǎng)時通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當靜電容量低于初期值的80%，絕緣阻抗在5MΩ以下時應考慮更換電解電容器。對于儲存不超過5年的電容器我們應該定期充電以進行維護，每隔半年到一年充電一次，方法具體如下:
首先準備功率不小于5KW的三相調壓器將調壓器的輸人端接人有短路過流保護的三相電源，三相電源每相必須有10A的交流電流表作為指示。將輸出端通過快熔接入變頻器的“R”“S”“T”。將變頻器調至10伏以下，送電，觀察電流表是否異常，如無異常，將電壓緩緩調到30伏，觀察5分鐘，如無異常，每十分鐘將電壓升高20伏，加壓過程中，隨時觀察電流的變化，當電壓超過200伏時，振風機等開始工作。這時可將電壓緩緩升到350伏，觀察有無電流波動，維持1小時后，將電壓升到額定電壓，再維持2小時，繼續(xù)觀察電流。無異常即可。上電過程中，如果遇見變頻器的面板顯示有故障代碼，先查明原因，是否與低壓有關，否則應引起重視。電源斷開后應等到充電燈完全熄滅方可拆除電源線，待機器完全冷卻后裝機。
除日常的檢查外，推薦檢查周期為半年。在眾多的檢查項目中，重點要檢查的是主回路的平滑電容器、邏輯控制回路、電源回路、逆變驅動保護回路中的電解電容器、冷卻系統(tǒng)中的風扇等。除主回路的電容器外，其他電容器的測定比較困難，因此主要以外觀變化和運行時間為判斷的基準。
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關鍵詞：中央空調，節(jié)能，變頻
0.引言
能源的利用情況標志著一個國家科技進步的水平。在我國大力推廣節(jié)能產品,禁止使用耗能過大的設備,提高能源的利用率,以縮短與世界先進國家的差距,為中國的現(xiàn)代建設提供能源的保證。在中央空調使用中,它的耗能量是很大的,約占整個供電部門供電量的40%左右。例如一家建筑面積為8萬多平方米綜合性的大型醫(yī)院,有門診大樓1棟,住院大樓2棟,中央空調系統(tǒng)有800 kW冷卻主機3臺,冷凍水泵機組有93 kW電機4臺,冷卻水泵機組有93 kW電機4臺,通過對冷凍水泵機組和冷卻水泵機組的變頻節(jié)能的改造使用11個月,節(jié)約電費41.5萬元,為中央空調的節(jié)能,創(chuàng)造了有益的經驗?，F(xiàn)將其系統(tǒng)組成、設計、實現(xiàn)方法作一介紹。論文格式。
1.中央空調變頻節(jié)能的原理系統(tǒng)組成
中央空調進行變頻節(jié)能系統(tǒng),需要硬件及軟件技術的組合,利用矢量控制手段將動態(tài)過程相應補償,恒轉矩調壓、瞬流干擾負向抑制技術綜合使用。變頻調速技術產生的新產品,通過同步跟蹤,調壓、調相、調節(jié)頻率、瞬流抑制于一體,具有:
(1)恒轉矩的條件下調節(jié)控制電壓,限制電流,使電機負載處于最適當、最小、最省電力的電壓和電流運行狀態(tài);
(2)矢量控制和模糊邏輯控制的優(yōu)化調頻技術,具有最先進通用變頻器的全部功能;
(3)由微機采樣跟蹤,實現(xiàn)功率因數(shù)動態(tài)補償;
(4)瞬流干擾抑制技術,過濾瞬流波動減小其所造成的損失和干擾。
正是由于這些優(yōu)勢,使中央空調變頻節(jié)能有實施的理論依據(jù)和進行控制的可行性。其主要應考慮的因素有:
1)在中央空調設計時為保證在天氣溫度最高的情況下能滿足要求,所以按最大的負荷設計并有15%左右的富裕量,而平時使用時并不能達到滿負荷,所以存在較大的裕度,其中主機常?？梢愿鶕?jù)負載變化自動加載,卸載,而水泵的流量卻不能隨主機匹配調節(jié),存在很大浪費;
2)系統(tǒng)的流量壓力必須靠截流閥和旁路閥調節(jié)來完成,因此不可避免存在較大截流損失和消耗大流量高壓力主機,以及低流量小溫差的現(xiàn)象。論文格式。不僅大量浪費電能,而且還可能造成空調冷暖不適的情形,同時對系統(tǒng)設備帶來不利的影響;
3)電機起動電流為額定值的5倍左右。電機在如此大的電流沖擊下,進行頻繁的起停,對電機、接觸器觸點、空氣形狀觸點帶來電弧沖擊,同時也會給電網(wǎng)帶來一定的有害沖擊。同時起動時帶來的機械沖擊和停止時的承重現(xiàn)象也會給機械傳動、軸承、閥門等帶來疲勞損傷。
4)變頻技術在現(xiàn)代空調中的使用已成為必然趨勢,因此這不僅能有效改良現(xiàn)代空調系統(tǒng)的工藝不足,還能大幅降低能耗節(jié)省運行成本。因此,在中央空調系統(tǒng)中安裝變頻控制系統(tǒng)并設置閉環(huán)自動調節(jié),使節(jié)能效果更好。
2.中央空調變頻系統(tǒng)設計的依據(jù)
在我國的南方地區(qū)周圍,每年空調開的時間大約8個月左右。這樣一年之中,中央空調系統(tǒng)中的冷卻泵機組和冷凍水泵機組都在固定的大流量下工作。另外由于季節(jié)、晝夜和用戶負荷的變化,實際上空調負載在絕大部分時間內比設計負載低很多可由建筑物的實測得到熱負載變化率的情況。這樣,就可以決定水泵流量和壓力的最大(100%)設計負載,這樣相比,一年中負載率在50%以下的時間占全部運行時間的50%以上,一般冷凍水設計溫差為5 ~7℃,冷卻水的設計溫差為4~6℃,在系統(tǒng)流量固定的情況下,全年絕大部分運行時間溫差僅為1~3℃,即在溫差低、流量大的情況下工作,增加了管路系統(tǒng)的能量損失,浪費了水泵運行的輸送能量。一般空調水泵的耗電量占空調系統(tǒng)耗電的20~30%。因此,節(jié)約水泵在低負載時系統(tǒng)供水輸出能量具有很重要的意義,所以隨負荷而改變水流量的空調水泵系統(tǒng)就顯示出巨大的優(yōu)越性,而得到越來越廣泛的重視及應用。采用變頻器調節(jié)泵的轉速可以很方便地調節(jié)水的流量,其節(jié)能率通常可達35% ~ 50%左右
3.中央空調變頻系統(tǒng)的設計
變頻系統(tǒng)只涉及冷凍水機組和冷卻水機組的變頻調節(jié)控制。
3.1 冷凍水系統(tǒng)
它的水溫取決于蒸發(fā)器的設定值,回水溫度取決于蒸發(fā)器接收的熱量,中央空調冷凍水出的溫度與冷凍水的回水溫度設計最大溫差為5℃(出水為8℃,回水為13℃)。論文格式。現(xiàn)采用在蒸發(fā)器的出水管和回水管上裝有檢測溫度的變送器。再與PID溫度調節(jié)器、PLC和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng),通過冷凍水的溫差來控制,使冷凍水泵機組的轉速相應于熱負載的變化而變化,當?shù)谝慌_電機已達到工頻時,還達不到要求時就可起動第二臺電機,工頻運行,然后調控第一臺電機。這樣不斷調整控制,使其達到
最佳的效果。
3.2 冷卻水系統(tǒng)
降低水的溫度取決于冷卻塔的工作狀態(tài),我們只需控制高溫冷卻水的溫度(冷凝器出水口)即可控制溫差?，F(xiàn)采用溫度變送器,PID調節(jié)器,PLC變頻器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng),冷凝器出水溫度控制在T2(例如38℃),使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。同樣,當?shù)谝慌_電機已達到工頻時,還達不到要求時,就可起動第二臺電機實行工頻運行,然后調控第一臺電機,使之達最佳的狀態(tài)。
4.系統(tǒng)的特點及效果
變頻節(jié)能系統(tǒng)由于采用閉環(huán)控制,電機按需要設定溫度,使設備容量隨時間季節(jié)變化,熱負荷通過轉速調節(jié)能在滿足要求的前提下最大限度的節(jié)能,并減少對電網(wǎng)的沖擊。由于本系統(tǒng)加入了各種保護措施,使安全可靠性大大提高。
本系統(tǒng)進行變頻節(jié)能改造后,一直穩(wěn)定連續(xù)運行,累計運行了11個月以電機容量90 kW為例,計算其變頻節(jié)能效益。
(1)冷凍水泵變頻節(jié)能效益
實際耗電量5298×4 = 211920kW;變頻后平均功率211920/5839 = 363kW;
節(jié)電率(1-36.9/90)×100% = 59.7%節(jié)約費用(90×5839- 211920)×0.78 =244660元;
(2)冷卻水泵變頻節(jié)能效益
實際耗電量3452×40 = 138080 kWh;變頻后平均功率138080/3968 = 34.8kW;
節(jié)電率(1-34.8/90)×100% = 61.3%;節(jié)約費用(90×3968 - 138080)×0.78 =170 851元，兩項節(jié)約費用共計415.511元。由此可見,采用此系統(tǒng)為用戶節(jié)約了成本,提高了效益,取得較好的社會收益。
5.結論
本文分析了所設計的中央空調節(jié)能系統(tǒng)的原理,設計方法和經濟效益。由于此系統(tǒng)節(jié)能效果顯著,不少酒店大廈中央空調的物業(yè)管理部門都十分關注,并不斷的加入節(jié)能的改造行列,所以前景十分好。因此會產生較大的影響,為節(jié)能做出貢獻。
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論文關鍵詞：變頻電源,變壓整流器,變壓器設計
0引言
變頻發(fā)電系統(tǒng)具有簡單可靠的特點，在新一代飛機上得到了廣泛的應用，如B787，A380，C919飛機均采用了變頻發(fā)電系統(tǒng)。
飛機變壓整流器將主交流電源轉換成28V直流電源給直流用電設備供電。
1變壓整流器工作原理
本方案設計的12脈沖變壓整流器由一個變壓器，兩組三相整流橋等組成，其電路結構如圖1所示。它利用一個三相變壓器，其原邊繞組采用星形連接，副邊兩繞組分別采用星形和三角形聯(lián)接后分別接到兩個整流橋，兩組橋輸出端經平衡電抗器并聯(lián)，引出電抗器的中心抽頭作為直流輸出的正端，整流橋的負端直接相聯(lián)后作為輸出負端接至直流負載。
4.3仿真結論
經過仿真可知，設計的變壓整流器可滿足相關技術指標的要求，本設計方案可行。
5結論
本文以變頻交流發(fā)電系統(tǒng)為基礎，設計了一款變壓整流器，并進行了仿真驗證，仿真結果表明，設計的變壓整流器性能良好。驗證了設計的合理性，為對飛機變壓整流器的進一步研究奠定了基礎。
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關鍵詞：不落輪鏇床,NCU,閉環(huán)控制
1 概述
數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，近年來，國家大力發(fā)展數(shù)控技術，數(shù)控技術在機床上得到廣泛應用，鐵路輪對的日常維修加工目前廣泛采用數(shù)控不落輪鏇床來完成，在不拆卸機車車輛輪對的情況下進行鏇輪踏面加工,加工誤差小，因此車輪的鏇修效率得到大大提高，節(jié)約了維修成本和鏇修時間。
2 不落輪鏇床數(shù)控系統(tǒng)結構
2.1 硬件結構：
不落輪鏇床數(shù)控系統(tǒng)硬件結構由數(shù)控單元NCU561.4及SIMODRIVE611D驅動模塊； OP010C(MMC103和PCU50服務器)和MCP操作控制單元；S7-300PLC 模塊；4個1FK7三相數(shù)字伺服電動機，micromaster440變頻器，三相異步驅動輪電機等部件組成，系統(tǒng)的各個部件通過現(xiàn)場總線PROFIBUS聯(lián)接。連接結構如圖1：
圖1：鏇床硬件結構聯(lián)系圖
2.2 軟件結構
SINUMERIK 840D軟件包括Windows xp 操作系統(tǒng)，NC 軟件和HMI軟件，PLC軟件。
2.2.1WindowsXP操作系統(tǒng):
系統(tǒng)安裝在PCU上，實際相當于單獨的計算機，NC 軟件和HMI 軟件安裝在Windows NT操作系統(tǒng)上使用。
2.2.2 NC 軟件:
SINUMERIK 840D通過特殊處理， NC軟件與PCU計算機WindowsXP 操作系統(tǒng)可以實時運行。從而使得操作PCU即可實時控制NCU程序，實現(xiàn)同步控制的功能。論文格式。主要用于切削輪對程序控制，其主要功能有：
控制機床各部件靈活協(xié)調工作
監(jiān)測群組模式下各通道的狀態(tài)
x,z坐標方向動態(tài)控制
可編寫快速響應程序
可編寫各部件同步動作程序
選擇優(yōu)化地址和時間
各種曲線插補方法
電子齒能
刀具，螺紋間隙，象限補償功能
測量功能
高級編程語言的編譯功能
2.2.3 HMI advanced軟件
鏇床采用HMI advanced軟件進行操作，他是運行在Windows NT系統(tǒng)下的應用程序，為用戶提供了友好的操作界面，用于編程控制。如圖示：
圖2：HMI advanced啟動后界面
通過操作HMI advanced軟件，可以實現(xiàn)鏇床以下功能
編寫輪對廓型加工程序
執(zhí)行部件程序
手動控制操作鏇床
讀寫程序數(shù)據(jù)
編輯程序數(shù)據(jù)
顯示處理故障
設定鏇床參數(shù)
建立與PLC,NC等控制系統(tǒng)通信
2.3.4 PLC軟件
PLC用戶程序通過安裝在PCU上的STEP 7軟件進行監(jiān)控和操作，也可以使用專門的程序編程器來進行編程，PLC程序主要用于控制鏇床驅動輪，軸箱支撐，液壓系統(tǒng)等部件動作的自動控制。
3 不落輪鏇床數(shù)字控制程序
3.1 不落輪鏇床加工程序：
加工要求按照鐵路輪對踏面廓型進行切削加工，車輛輪對通過軸箱定位，利用4個驅動輪對驅動輪對主軸旋轉，伺服電機驅動軸線方向刀具走向，加工出符合國家TB的標準廓型。鏇床主驅動輪采用PLC控制變頻器，實現(xiàn)4個主驅動輪的調節(jié)。控制過程如圖1：NCU是機床控制中心，包括PLC和NC兩部分，通過PROFIBUS 與PLC ET200擴展模塊和變頻器進行實時通訊，通過MPI與NCU聯(lián)接通訊，手操盤和測量探頭直接聯(lián)接在NC上。
鏇床加工過程中，NC按照編寫的數(shù)控加工程序執(zhí)行指令，所有裝載，測量，切削，卸載均采用NC程序自動執(zhí)行操作，加工流程如圖3示。
圖3 ：鏇輪加工流程
車輪加工工藝：
3.2 閉環(huán)控制原理
不落輪鏇床刀具進給控制和驅動輪電機速度控制采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，使用用增量式光電編碼器檢測裝置，該裝置安裝在伺復電動機上，用來檢測伺服電機的轉角，推算出工作臺的實際位移量，編碼器發(fā)出正弦/余弦模擬電平1Vpp (2048脈沖)的反饋信號，信號反饋到NCU裝置的比較器中，與程序指令值進行比較，用差值進行控制，如圖所示：此系統(tǒng)控制精度可以達到0.1mm.可以滿足鏇床切削加工的需要，此外該系統(tǒng)穩(wěn)定性能良好，測試維修比較容易。論文格式。
圖5：閉環(huán)控制原理
影響閉環(huán)控制加工系統(tǒng)精度的因素：
a 電機絲桿每轉編碼器采集到的信號數(shù)量，數(shù)量越多，精度越高。
b.安裝調試編碼器檢測裝置的工藝，
c.The multiplication of the encoder signals 編碼器信號
d.電流和速度控制器取樣時間，取樣時間越短，精度越高。論文格式。
4 結束語
機床數(shù)字控制技術是國際先進機床生產技術，也是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基石。近年來，國內數(shù)控機床工業(yè)與世界數(shù)控機床工廠不斷深入合作，研制出各種高精度，高技術含量的數(shù)控機床設備，數(shù)控機床制造業(yè)得到蓬勃發(fā)展。
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