發(fā)布時(shí)間：2023-03-22 17:39:39
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的變頻技術(shù)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
主電機(jī)采用變頻電機(jī)，電機(jī)功率為5.5KW，合理采用傳動(dòng)比，盡量減少傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)主電機(jī)低速大扭矩和高速恒功率切削，整個(gè)住傳動(dòng)系統(tǒng)照比原有普通型產(chǎn)品所需零件數(shù)量大量減少。該主傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速主要分為低、中、高三個(gè)區(qū)域：1、0——63r/min為低速區(qū)，主電機(jī)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(jī)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(jī)處于恒功率輸出狀態(tài)（降速比為0.835）。
主傳動(dòng)軸由原有的6根減少為4根，傳動(dòng)齒輪減少5種。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)同樣沿用主傳動(dòng)的設(shè)計(jì)思路，采用變頻電機(jī)作為動(dòng)力源，因考慮其使用范圍，整個(gè)傳動(dòng)鏈采用定比傳動(dòng)來獲得較大的扭矩。傳動(dòng)軸由原有5根減少為2根，傳動(dòng)齒輪由原有12種，減少為3種。通過以上設(shè)計(jì)，使搖臂鉆床主軸箱部分加工難度大大降低，傳動(dòng)類零件大幅度減少。該機(jī)床試制完成后，我們采用與Z3063驗(yàn)收要求一致的切削參數(shù)進(jìn)行切削，該機(jī)床完全能夠滿足切削要求。
二、液壓變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
FRD6325液壓預(yù)選變速系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)搖臂鉆床進(jìn)行了較大的改進(jìn)，取消原有的操縱閥和預(yù)選閥，改用電磁換向閥進(jìn)行控制，使整個(gè)液壓變速系統(tǒng)大大簡化。如圖1所示，原有Z3063液壓預(yù)選變速系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)通過預(yù)選轉(zhuǎn)閥預(yù)選主軸的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量，通過操縱閥手把的5個(gè)位置進(jìn)行主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停車、空檔4個(gè)動(dòng)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(gè)系統(tǒng)壓力，通過電磁換向閥來控制兩個(gè)變速軸變速檔位，主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停車、空檔由控制面板上相關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)。因取消原有“緩速”機(jī)構(gòu)，為避免滑移齒輪變速時(shí)出現(xiàn)打齒現(xiàn)象，我們通過程序控制，在主軸變速時(shí)，主電機(jī)先進(jìn)行3-5秒的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，保證變速齒輪順利嚙合。樣機(jī)試制完成后，我們通過實(shí)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(jìn)，液壓預(yù)選系統(tǒng)零件減少80%以上，而且結(jié)構(gòu)簡單，利于故障排除及產(chǎn)品維修。
三、結(jié)語
礦山按產(chǎn)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(diào)速器在金屬礦山中的應(yīng)用的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，對煤礦亦有參考價(jià)值，因?yàn)槁短烀旱V和露天金屬礦開采方式和生產(chǎn)設(shè)備基本相同，地下礦山除需要考慮設(shè)備的防爆問題外，大部分生產(chǎn)設(shè)備也與金屬礦大同小異。露天采礦和地下采礦所用的生產(chǎn)設(shè)備有很大不同。
露天礦山是以大型設(shè)備為主要特點(diǎn)，要求優(yōu)良的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，以保證這些大型設(shè)備的高效率運(yùn)行。露天礦山的這些大型設(shè)備包括用于穿孔的牙輪鉆機(jī)，用于裝載礦、巖石的電鏟(挖掘機(jī))，用于運(yùn)輸?shù)V、巖石的大型汽車等。它們都要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能，目前這些大型設(shè)備大多采用直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)。
地下礦山的生產(chǎn)較露天礦山復(fù)雜。由于井下生產(chǎn)的空間窄小，使生產(chǎn)設(shè)備環(huán)境潮濕、陰暗，粉塵大、噪音大、振動(dòng)大、并有塌方的危險(xiǎn)，工作條件十分惡劣。因此，井下生產(chǎn)設(shè)備的體積受限，這些設(shè)備以小型化為主，體積小、重量輕，對電氣傳動(dòng)的要求不高。但提升、排水、通風(fēng)、壓氣等固定設(shè)備是地下礦山的要害部門，也是耗電大戶，因此，這些設(shè)備的安全運(yùn)行和節(jié)能就顯得至關(guān)重要。
根據(jù)我們多年來從事礦山電氣傳動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)及在礦山進(jìn)行變頻調(diào)速的應(yīng)用實(shí)踐，我認(rèn)為，在礦山應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對于提高礦山生產(chǎn)設(shè)備的效率，節(jié)約電能都是至關(guān)重要的。但遺憾的是在礦山應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)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(rèn)識(shí)不夠有關(guān)，也與不能正確了解礦山設(shè)備對變頻器的特殊要求、不能正確地應(yīng)用變頻器、因此所帶來的負(fù)面影響有很大關(guān)系。
本文主要介紹目前礦山應(yīng)用變頻器的狀況，礦山設(shè)備對電氣傳動(dòng)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(shè)備中的應(yīng)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(jīng)常出現(xiàn)過大的沖擊載荷，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，電鏟對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)就有較高的要求:要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線的包絡(luò)面積大，有足夠的有用功率;要求有良好的調(diào)速性能，能四象限運(yùn)行，能快速地進(jìn)行加、減速和反轉(zhuǎn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快;要求系統(tǒng)制動(dòng)性能好，并能回收能量;要求系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維修方便等。由于電鏟對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的這些特殊要求，所以，我國電鏟目前應(yīng)用的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要還是直流傳動(dòng)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(jī)-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(簡稱機(jī)組系統(tǒng));從美國Harnischfeger公司引進(jìn)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)(簡稱晶閘管直流系統(tǒng))。雖然后者比前者技術(shù)先進(jìn)，效率也有所提高，但這兩種系統(tǒng)都還存在直流電機(jī)的固有的缺點(diǎn)，即維修工作量大、效率較低等。
自上世紀(jì)90年代后期，我國有個(gè)別礦山從美國B-E公司引進(jìn)了變頻器-鼠籠型電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(簡稱交流變頻調(diào)速系統(tǒng))，這是全交流化的電鏟電氣傳動(dòng)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(diào)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(jīng)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?jīng)濾波后送入公共直流母線。在直流母線上有4臺(tái)容量為750kVA的逆變器，其中2臺(tái)并聯(lián)供電給1臺(tái)容量為1066kW的提升電動(dòng)機(jī);第三臺(tái)逆變器供電兩臺(tái)容量各為243kW的回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī);第四臺(tái)逆變器供電給容量為294kW推壓電動(dòng)機(jī)。當(dāng)某工作機(jī)構(gòu)處于再生制動(dòng)工作時(shí)，逆變器將再生制動(dòng)能量反饋到公共直流母線上，可供其它工作機(jī)構(gòu)使用，使能量得到充分利用。使用不完的制動(dòng)能量，可以通過制動(dòng)電阻消耗掉。
實(shí)踐證明，交流變頻調(diào)速電鏟和前兩種直流調(diào)速電鏟相比，具有節(jié)約電能、調(diào)速性能好、可靠性高、維護(hù)量小、生產(chǎn)效率高、功率因數(shù)高(0.95以上)等優(yōu)點(diǎn)，是公認(rèn)的電鏟電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。
2.2變頻器在牙輪鉆機(jī)中的應(yīng)用
牙輪鉆機(jī)是露天礦山、尤其是大型露天礦山的主要穿孔設(shè)備。為使牙輪鉆機(jī)在不同的巖層中都能保持較佳的鉆進(jìn)狀態(tài)，要求鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能根據(jù)巖層的性質(zhì)進(jìn)行無級調(diào)速。鉆機(jī)的提升/行走機(jī)構(gòu)也需要無級調(diào)速。目前，牙輪鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和提升/行走機(jī)構(gòu)一般都是直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。主要有三種調(diào)速裝置:(1)采用晶閘管直流調(diào)速裝置的牙輪鉆機(jī)有:YZ-55，YZ-35和YZ-12型;(2)采用大功率磁放大器調(diào)速裝置的有KY-250型牙輪鉆機(jī)和從美國進(jìn)口的45R型牙輪鉆機(jī);(3)采用直流發(fā)電機(jī)組調(diào)速裝置的有從美國進(jìn)口的60R型牙輪鉆機(jī)。
牙輪鉆機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是為了節(jié)能，更重要的是為了提高鉆機(jī)的生產(chǎn)效率，降低維修工作量?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)經(jīng)常損壞，維修工作量大，影響牙輪鉆機(jī)的正常作業(yè)和效率的提高。因此采用堅(jiān)固耐用的交流鼠籠型電動(dòng)機(jī)代替直流電動(dòng)機(jī)，用變頻調(diào)速裝置代替直流調(diào)速裝置，就成為人們公認(rèn)的牙輪鉆機(jī)電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。在牙輪鉆機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的難點(diǎn)在于:鉆機(jī)的轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等對調(diào)速裝的性能要求高，因?yàn)橛捎趲r層地質(zhì)條件的不同，鉆機(jī)在鉆進(jìn)工作時(shí)有可能被卡鉆，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)堵轉(zhuǎn)，這就要求調(diào)速裝置的機(jī)械特性曲線具有挖土機(jī)特性，并具有立即反轉(zhuǎn)和立即重新起動(dòng)、鉆進(jìn)功能;牙輪鉆機(jī)振動(dòng)大，對調(diào)速設(shè)備的防振要求高。變頻調(diào)速在牙輪鉆機(jī)中的應(yīng)用首先是由美國B-E公司在55R型牙輪鉆機(jī)上應(yīng)用。我國礦山的牙輪鉆機(jī)的變頻調(diào)速還在開發(fā)試驗(yàn)之中，尚未在推廣應(yīng)用。
2.3電動(dòng)輪汽車的電氣傳動(dòng)
目前，大型露天礦山的運(yùn)輸主要是采用無軌運(yùn)輸，而主要運(yùn)輸設(shè)備是大型汽車，特別是電動(dòng)輪汽車成為了大型露天礦山的主要運(yùn)輸設(shè)備。這是因?yàn)殡姎鈧鲃?dòng)比機(jī)械傳動(dòng)有更多的優(yōu)點(diǎn)。如調(diào)速性能好，響應(yīng)速度快，調(diào)速平滑無沖擊;可實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)，能充分利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，耗油少;制動(dòng)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(dòng)輪汽車。我國自1975年以來，引進(jìn)了不少電動(dòng)輪汽車，并成功研制開發(fā)了SF3102型100t和LN-3100型108t電動(dòng)輪汽車，與美國UnitRig公司合作制造了MARK-36型154t電動(dòng)輪汽車。
電動(dòng)輪汽車的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)-交流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，它通過控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，人們也在探討將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)輪汽車電氣傳動(dòng)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(yùn)輸設(shè)備的電動(dòng)輪汽車，人們會(huì)繼續(xù)努力，研究將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)輪汽車，以進(jìn)一步改善其調(diào)速性能，提高其運(yùn)輸能力。
3變頻器在地下礦山中的應(yīng)用
3.1變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用
礦井提升機(jī)是地下礦山運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備。它是用一定的裝備沿井筒運(yùn)出礦石、廢石、升降人員及材料、設(shè)備等運(yùn)輸環(huán)節(jié)。礦井提升設(shè)備按井筒傾角可分為豎井提升設(shè)備和斜井提升設(shè)備;按提升容器可分為罐籠提升機(jī)和箕斗提升機(jī)等;按提用途可分為主提升機(jī)(專們或主性提升礦石，一般稱為主井提升機(jī))，副井提升機(jī)(提升廢石、升降人員、運(yùn)送材料和設(shè)備等，一般稱為副井提升機(jī))和輔助提升機(jī)(如天井電梯、檢修提升等)。
礦井提升是地下礦山生產(chǎn)的咽喉，所以，無論哪種提升機(jī)，對電氣傳動(dòng)的要求都很高，因?yàn)殡姎鈧鲃?dòng)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，可靠性的高低，都直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的效率和礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行。對礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求是:有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運(yùn)行，能快速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動(dòng)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(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有:對于大型礦井提升機(jī)，主要采用直流傳動(dòng)系統(tǒng)，有采用直流電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和晶閘管變流器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng);這兩種系統(tǒng)都存在著直流電動(dòng)機(jī)固有的缺點(diǎn)，如效率不高，維修工作量較大等。對于中、小型提升機(jī)，則多采用交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，如采用交流繞線式電動(dòng)機(jī)，使用電機(jī)轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速，這種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)雖然設(shè)備簡單，但它是有級調(diào)速，調(diào)速性能差，效率低，大量的電能消耗在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻上，而且可靠性也差。
將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)是礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國已有幾臺(tái)大型礦井提升機(jī)采用交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)，取得了很好的效果，但其缺點(diǎn)是功率因數(shù)不高，諧波大，需加諧波和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交-直-交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機(jī)中應(yīng)用。例如國外已有礦山將有源前端三電平變頻器應(yīng)用于礦井提升機(jī)上，據(jù)介紹，采用這種變頻調(diào)速的交流提升機(jī)可以克服直流調(diào)速系統(tǒng)和交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，是提升機(jī)電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。對于小型交流提升機(jī)已有成功應(yīng)用變頻器的實(shí)例，如山東風(fēng)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(yīng)用于山東寧陽縣華寧煤礦的380V,180kw的交流提升機(jī)上。
3.2變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機(jī)中的應(yīng)用
空氣壓縮機(jī)是地下礦山生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，它生產(chǎn)壓縮空氣，用以帶動(dòng)風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、風(fēng)動(dòng)裝巖機(jī)等設(shè)備以及其它風(fēng)動(dòng)工具，其耗電量在礦山總耗電量中占有相當(dāng)大的比重。深入分析空氣壓縮機(jī)的電能消耗情況，找出節(jié)能潛力，實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的節(jié)能運(yùn)行，將會(huì)降低礦山生產(chǎn)成本，提高其經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)以凡口鉛鋅礦為例說明:
凡口鉛鋅礦坑口空壓機(jī)站共有6臺(tái)空氣壓縮機(jī)，其中4臺(tái)為日本日立空氣壓縮機(jī)。4臺(tái)日立壓縮機(jī)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(jī)，其拖動(dòng)電機(jī)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(dòng)方式;2臺(tái)國產(chǎn)空氣壓縮機(jī)(活塞式空氣壓縮機(jī))，其拖動(dòng)電機(jī)為高壓(6kV)同步電動(dòng)機(jī)。6臺(tái)空氣壓縮機(jī)采用并聯(lián)運(yùn)行方式。一般情況下，只運(yùn)行2～3臺(tái)(其中一臺(tái)國產(chǎn)空氣壓縮機(jī))其余的空氣壓縮機(jī)作為備用?？諝鈮嚎s機(jī)站的容量是按最大排氣量并考慮備用來確定的，然而在實(shí)際的使用過程中，用氣設(shè)備的耗氣量是經(jīng)常變化的，當(dāng)耗氣量小于壓縮空氣站的排氣量時(shí)，便需對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行控制，以減少排氣量使之適應(yīng)耗氣量的變化，否則空氣壓縮機(jī)排氣系統(tǒng)的壓力會(huì)升至不能允許的數(shù)值，使空氣壓縮機(jī)和用氣設(shè)備的零部件負(fù)載過大，并有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。凡口鉛鋅礦4臺(tái)日本日立空壓機(jī)采用的是多級壓力節(jié)流進(jìn)氣控制方式:即當(dāng)壓力低于6.2Mpa時(shí),打開全部進(jìn)氣閥,壓縮機(jī)組以100%負(fù)荷率狀態(tài)運(yùn)行;當(dāng)壓力達(dá)到6.2~6.5Mpa時(shí)關(guān)閉隙閥，壓縮機(jī)組以75%負(fù)荷率運(yùn)行;當(dāng)壓力達(dá)到6.8~7Mpa時(shí),關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣閥,壓縮機(jī)組以50%負(fù)荷率運(yùn)行,當(dāng)壓力達(dá)到7Mpa時(shí)關(guān)閉所有進(jìn)氣閥,壓縮機(jī)組進(jìn)入空載運(yùn)行狀態(tài).由于活塞式空氣壓縮機(jī)的起、停有著嚴(yán)格而復(fù)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(diào)度人員根據(jù)井下用氣量的時(shí)間變化特點(diǎn),把一天分為幾個(gè)時(shí)段，每一個(gè)時(shí)段需要開的空壓機(jī)臺(tái)數(shù)由該時(shí)段內(nèi)最大用氣量決定。在該時(shí)段內(nèi)，空壓機(jī)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(jī)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(diǎn):
(1)據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓縮機(jī)組75%負(fù)荷運(yùn)行率為41%，50%負(fù)荷運(yùn)行率為14%。無論空氣壓縮機(jī)是處于75%、50%還是空載運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)各臺(tái)空氣壓縮機(jī)仍然全速生產(chǎn)壓縮空氣，帶來了不必要的電能浪費(fèi)。
(2)節(jié)精度低，在某一進(jìn)風(fēng)量工作狀態(tài)下壓力波動(dòng)大，特別在生產(chǎn)用風(fēng)量變化頻繁時(shí)期內(nèi)(用風(fēng)量大且變化頻繁)，不能穩(wěn)定風(fēng)壓;
(3)閥門動(dòng)作值在一次整定后經(jīng)常會(huì)變，有時(shí)會(huì)使整個(gè)壓風(fēng)系統(tǒng)工作壓力偏高，增大了單位壓風(fēng)量的功耗;
(4)當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行在75%、50%進(jìn)氣量的工作狀態(tài)下，進(jìn)氣流速增大，造成進(jìn)氣過程壓風(fēng)量的損失，降低了壓風(fēng)機(jī)的效率。
因此有必要對現(xiàn)有的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行改進(jìn)，以節(jié)約電能，提高空壓機(jī)的運(yùn)行效率。我院和凡口鉛鋅礦合作，用變頻調(diào)速對其空壓機(jī)站進(jìn)行技術(shù)改造。
空壓機(jī)恒壓自動(dòng)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:
圖1空氣壓縮機(jī)恒壓控制變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖
空壓機(jī)恒壓自動(dòng)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對5#空壓機(jī)和6#空壓機(jī)的輪換控制。5#空壓機(jī)和6#空壓機(jī)均可由新老兩套系統(tǒng)拖動(dòng)，這樣做有兩個(gè)目的:伒5#空壓機(jī)出現(xiàn)故障需要檢修時(shí)，新系統(tǒng)可迅速切換到6#機(jī)，以提高恒壓控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的利用率;當(dāng)新系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要停車檢修時(shí)，能夠很快地投入老系統(tǒng)運(yùn)行，不致于影響正常生產(chǎn);當(dāng)管網(wǎng)壓力超出恒壓調(diào)節(jié)范圍時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出增開或者減開一臺(tái)空壓機(jī)。
系統(tǒng)于1999年4月2日在凡口鉛鋅礦通過了驗(yàn)收，正式移交生產(chǎn)使用，系統(tǒng)運(yùn)行十分正常，滿足了生產(chǎn)的需要，達(dá)到了預(yù)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(wù)站對本系統(tǒng)做的節(jié)能測試:采用本空氣壓縮機(jī)恒壓控制變頻調(diào)速系統(tǒng)平均每天節(jié)電量2226kWh。按照年工作日330天計(jì)，則采用恒壓控制變頻調(diào)速系統(tǒng)每年可節(jié)電734629kWh，按照凡口鉛鋅礦現(xiàn)行電價(jià)0.7元/kWh計(jì)，每年可節(jié)約電費(fèi)51.42萬元。本系統(tǒng)總共投資98萬元，兩年內(nèi)即可收回全部投資。本系統(tǒng)應(yīng)用的成功為活塞式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能運(yùn)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(jīng)濟(jì)效益有重要意義，有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
3.3變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用
礦井通風(fēng)機(jī)是地下礦山生產(chǎn)的主要用電設(shè)備之一，其節(jié)能運(yùn)行在礦山節(jié)電中占有重要的地位。礦井通風(fēng)機(jī)一般采用異步電機(jī)或同步電機(jī)拖動(dòng)，恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，一般容量大，電機(jī)供電電壓高(6kV或10kV)。
礦山建設(shè)的特點(diǎn)是:巷道逐年加深，產(chǎn)量逐年增加，所需的通風(fēng)量逐年上升。但礦井通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型時(shí)，往往是按最大開采量時(shí)所需的風(fēng)量為依據(jù)的，一般都留有余量，因此礦井在投產(chǎn)后幾年甚至十幾年內(nèi)，礦井通風(fēng)機(jī)都是處在低負(fù)載下運(yùn)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(fēng)量也小，在節(jié)假日時(shí)，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(fēng)，礦井通風(fēng)機(jī)一般不調(diào)節(jié)風(fēng)量，若要調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，傳統(tǒng)的方法是調(diào)節(jié)檔板。這種辦法雖然簡單，但從節(jié)能的觀點(diǎn)看，是很不經(jīng)濟(jì)的。圖2所示為幾種調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法節(jié)電比較。
圖2不同風(fēng)量調(diào)節(jié)方法功率消耗曲線
圖2中:1—擋板法;2—前導(dǎo)器法;3—液力耦合器;4—繞線電動(dòng)機(jī)切換轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速法;5—變頻調(diào)速法。
由圖2可見，變頻調(diào)速法在各種風(fēng)量調(diào)節(jié)方法中是最理想、最有效、最節(jié)能的調(diào)節(jié)方法。有關(guān)變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，仍以凡口鉛鋅礦為例說明。
該礦的礦井通風(fēng)機(jī)都采用高壓電機(jī)傳動(dòng)，有高壓同步電機(jī)和高壓異步電機(jī)兩大類。由于礦井通風(fēng)機(jī)是礦山的耗電大戶，節(jié)電潛力很大，但它又是高壓電機(jī)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)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(dòng)化研究院等單位合作，以老南風(fēng)井的6kV，800kW同步電機(jī)傳動(dòng)的礦井通風(fēng)機(jī)為對象，研制開發(fā)了同步電機(jī)直接高壓變頻器。1997年8月投入運(yùn)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(shù)鑒定，獲得了部級科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。這是國內(nèi)第一臺(tái)同步電機(jī)直接高壓變頻器，節(jié)電效果十分顯著。新南風(fēng)井的礦井通風(fēng)機(jī)采用6kV,880KW高壓異步電機(jī)傳動(dòng)，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(yùn)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(jī)直接高壓變頻器
同步電機(jī)高壓變頻器主要有兩類，即他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)和自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)所用的變頻裝置是獨(dú)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(diào)速系統(tǒng)可以使同步電機(jī)不存在失步和振蕩等問題，所以一般都采用自控式運(yùn)行。
我們與有關(guān)單位合作研制開發(fā)的這種同步電機(jī)直接高壓變頻調(diào)速裝置是采用交-直-交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)，屬自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)，它由變頻器、同步電機(jī)、轉(zhuǎn)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(jī)的反電勢來關(guān)斷逆變器的晶閘管，它沒有強(qiáng)迫換流電路，因而主電路結(jié)構(gòu)簡單。變頻器的框圖如圖3所示。
圖3同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖
圖3中，硬件全套設(shè)備由高壓開關(guān)切換柜(圖中未表示出)、整流柜、逆變柜、勵(lì)磁柜、控制柜、操作臺(tái)及交流進(jìn)線電抗器、直流平波電抗器、轉(zhuǎn)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(chǎn)的情況需要，本高壓變頻器按周期性的固定頻率運(yùn)行，早班(7:00~16:00)變頻裝置運(yùn)行在40Hz，中班(16:00~19:00)運(yùn)行在35Hz，在19:00~20:00期間為放炮時(shí)間，變頻器運(yùn)行于40Hz，20:00~23:00運(yùn)行在35Hz，23:00~24:00期間為放炮時(shí)間，變頻器運(yùn)行于40Hz，0:00~3:00井下作業(yè)人員很少運(yùn)行于28Hz，3:00~4:00期間為放炮時(shí)間，變頻器運(yùn)行于40Hz，4:00~7:00運(yùn)行于28Hz。
經(jīng)廣州金粵節(jié)能服務(wù)站的節(jié)能測試及能量平衡測試，以及凡口礦老南風(fēng)井的實(shí)際記錄，在正常生產(chǎn)期間，節(jié)電率達(dá)42%;節(jié)假日時(shí)變頻器運(yùn)行于28Hz，節(jié)電率達(dá)73%。年節(jié)電為192.3萬kWh，在不到一年的時(shí)間內(nèi)，就由節(jié)電費(fèi)用收回到了高壓變頻器的全部投資，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
(2)異步電機(jī)三電平高壓變頻器
在成功研制開發(fā)了老南風(fēng)井同步電機(jī)直接高壓變頻器的基礎(chǔ)上，根據(jù)深部開采的需要，對新南風(fēng)井的礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，我院和有關(guān)單位合作，經(jīng)過論證，最終決定采用引進(jìn)WOODS軸流式風(fēng)機(jī)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(shí)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(jīng)三繞組降壓變壓器降壓，2組二次側(cè)繞組(接法、Y)，電壓各為1.2kV，經(jīng)各自的6脈沖整流橋整流成直流，直流電壓為3240V(正負(fù)電壓各為1620V)經(jīng)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(jīng)濾波器濾波后，再經(jīng)升壓變壓器升壓至6kV，供給6kV高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速。
圖5新南風(fēng)井高壓變頻器系統(tǒng)框圖
新南風(fēng)井高壓變頻器原訂為直接高壓變頻器，但由圖5可見，這實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)高低高式高壓變頻器，因?yàn)樗粌H有降壓變壓器，而且也有升壓變壓器。不過經(jīng)我們對其進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，其結(jié)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(chǎn)中的應(yīng)用。
根據(jù)凡口礦目前的生產(chǎn)情況，高壓變頻器的運(yùn)行情況是:白班和中班，高壓變頻器運(yùn)行于40Hz，在晚班，由于井作業(yè)人員很少，高壓變頻器則運(yùn)行于30Hz，在節(jié)假日，則運(yùn)行于更低的頻率。據(jù)此，計(jì)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(dá)到了原計(jì)劃的節(jié)電目標(biāo)。
3.4關(guān)于球磨機(jī)、井下排水泵等是否可用變頻調(diào)速的問題
球磨機(jī)、井下排水泵等設(shè)備容量大，都是礦山的高耗能設(shè)備。對于這些設(shè)備是否可以采用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行呢？我認(rèn)為，在這些設(shè)備上采用變頻調(diào)速是達(dá)不到節(jié)能目的的。
我們應(yīng)某金礦的委托，采用變頻器對球磨機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能試驗(yàn)。當(dāng)變頻器的輸出頻率調(diào)整到48Hz和45Hz時(shí)，球磨機(jī)的電能消耗雖有所降低，但磨礦質(zhì)量有很大降低，此時(shí)球磨機(jī)的出礦粒度由原來不調(diào)速時(shí)的300目粒度占99%，分別下降到90%和58%?？梢娺@種工藝、設(shè)備條件下，不宜采用變頻調(diào)速節(jié)能運(yùn)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(rèn)為，這是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)槿魏蔚V山為排出井下的涌水，都在井底設(shè)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(tái)水泵，因此它不需進(jìn)行流量的調(diào)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(diào)節(jié)供水量，在這種情況下，采用變頻調(diào)速以調(diào)節(jié)流量，可達(dá)到節(jié)能的目的。
在礦山中，還有一些小型設(shè)備可以采用變頻調(diào)速節(jié)能，如螺旋給料機(jī)、沙泵等，在此就不一一介紹了。
4選擇變頻器應(yīng)注意的事項(xiàng)
變頻器，特別是高壓變頻器價(jià)格昂貴，如選擇不當(dāng)，達(dá)不到節(jié)電和提高生產(chǎn)效率的目的，以致造成浪費(fèi)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(jī)調(diào)速雖是風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能的有效途徑，但并非凡是風(fēng)機(jī)、水泵都能采用調(diào)速節(jié)電。對于工藝參數(shù)基本穩(wěn)定，不需要調(diào)速的風(fēng)機(jī)、水泵可以采用高效節(jié)能電機(jī)和高效節(jié)能風(fēng)機(jī)，以提高系統(tǒng)效率。對于已建成而配置不合理的風(fēng)機(jī)可以通過采用更換電機(jī)，調(diào)節(jié)葉片角度等方法達(dá)到節(jié)電的目的。選擇調(diào)速節(jié)能時(shí)應(yīng)注意:風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速變化范圍不宜太大，通常最低轉(zhuǎn)速不少于額定轉(zhuǎn)速的50%，一般調(diào)速范圍在100%~70%之間為宜，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40%~50%時(shí)，風(fēng)機(jī)、水泵本身的效率明顯下降，是不經(jīng)濟(jì)的;調(diào)速范圍確定時(shí)，應(yīng)注意避開機(jī)組的機(jī)械臨界共振轉(zhuǎn)速，否則調(diào)速至該諧振頻率時(shí)，將可能損壞機(jī)組。
(2)進(jìn)行可行性分析
在選擇要進(jìn)行的變頻調(diào)速的設(shè)備對象以后，應(yīng)從提高效率或提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要情況，從節(jié)約電能的情況進(jìn)行分析、計(jì)算，并與變頻器的投資進(jìn)行比較，計(jì)算出變頻器的投資回收期。一般來說，如能從節(jié)約的電費(fèi)或從提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率等方面所得的收益中，在兩年內(nèi)償還變頻器的投資，都應(yīng)認(rèn)為是可行的。同時(shí)還應(yīng)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(yīng)用于生產(chǎn)。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(shù)力量不強(qiáng)，變頻器出了故障，只好仃下，甚至棄用。造成損失，同時(shí)也為變頻器的繼續(xù)推廣應(yīng)用帶來負(fù)面影響。
(4)根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)規(guī)格和技術(shù)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(gè)廠家的哪種高壓變頻器。在選擇變頻器時(shí)可以根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料及報(bào)價(jià)表來選擇。
變頻器的制造廠家和經(jīng)銷商都會(huì)向準(zhǔn)備購買變頻器的用戶提供樣本及報(bào)價(jià)。在樣本中，廠家公開說明其產(chǎn)品種類、特性、技術(shù)指標(biāo)和特點(diǎn)，用戶在訂貨前通過對產(chǎn)品樣本資料可以對其產(chǎn)品有大概了解。因此對產(chǎn)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(yīng)考慮的技術(shù)規(guī)格和技術(shù)參數(shù)
(1)型號
各廠家生產(chǎn)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(rèn)該廠家生產(chǎn)的品種，對用戶來說，不一定會(huì)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(shù)等方面判斷廠家的實(shí)力和生產(chǎn)態(tài)勢，甚至可以從一個(gè)方面判斷其產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品品種齊全，容量覆蓋范圍大，功率元件及控制技術(shù)先進(jìn)的廠家，一般來說其實(shí)力強(qiáng)，生產(chǎn)態(tài)勢好，產(chǎn)品質(zhì)量一般來說也會(huì)有較好的保障。
(2)效率
變頻器效率的高低，直接關(guān)系到變頻器調(diào)速節(jié)能的多少，因?yàn)樵谧冾l器運(yùn)行時(shí)，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(dá)到0.97~0.98,而高-低-高式高壓變頻器由于多一個(gè)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(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，功率因數(shù)的變化是一項(xiàng)重要指標(biāo)。最好是在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)都保持在0.95以上，以使其符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB3485-83的標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàng)規(guī)定。而電流型變頻器較難滿足這項(xiàng)要求。
(4)諧波
國家對電網(wǎng)諧波有嚴(yán)格要求。限制用戶非線性諧波設(shè)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(guān)鍵。所用的高壓變頻器的諧波(即裝置對電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波)必須符合國標(biāo)GB/T14549-93“電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波”的規(guī)定，在國際上要符合IEEE-519標(biāo)準(zhǔn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采用12脈沖整流或附加諧波補(bǔ)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(dòng)機(jī)的輸出功率。用kW表示時(shí)，一般以四極標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)為基礎(chǔ)考慮;用kVA表示，需進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)選擇了變頻器以后，還應(yīng)對額定輸出電流進(jìn)行核算，以使電動(dòng)機(jī)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(diào)速范圍。最低使用頻率的意思與起動(dòng)頻率不同。起動(dòng)頻率很小時(shí)，并不一定能使電機(jī)從該頻率起動(dòng)。變頻器要對最高頻率設(shè)定，對風(fēng)機(jī)、水泵的最高頻率應(yīng)設(shè)定(即箝位)在50Hz，所有的變頻器都可滿足這個(gè)要求，在選擇變頻器時(shí)可不作考慮，但使用中需注意此點(diǎn)。
(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(yīng)足夠大，電源電壓變化范圍應(yīng)在變頻器允許的范圍。用戶在選擇變頻器時(shí)應(yīng)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(jìn)行選擇。曾有一個(gè)礦山因電壓波動(dòng)范圍超過了變頻器的允許范圍，而使變頻器不能正常應(yīng)用。
(8)保護(hù)功能
變頻器樣本中一般表明其保護(hù)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(nèi)部異常對變頻器造成損害，保護(hù)變頻器正常運(yùn)行和變頻器安全可靠。因此保護(hù)種類是否齊全、完善，從一個(gè)方面反映變頻器質(zhì)量和運(yùn)行的安全可靠性。
(9)價(jià)格
變頻器價(jià)格是用戶最關(guān)心的問題之一，用戶應(yīng)了解廠家或經(jīng)銷商所報(bào)出的價(jià)格的具體含義和具體內(nèi)容，及服務(wù)內(nèi)容，以及任選件價(jià)格等。還應(yīng)與其它廠家的變頻器進(jìn)行綜合比較。
5結(jié)束語
《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條，已將變頻調(diào)速技術(shù)列為通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。在礦山推廣應(yīng)用變頻器節(jié)能是重要目的之一，如風(fēng)機(jī)、水泵;同時(shí)也有提高生產(chǎn)效率、降低維修工作量、提高產(chǎn)品質(zhì)量等目的，如電鏟、牙輪鉆機(jī)、礦井提升機(jī)等。在礦山應(yīng)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(jī)、礦井提升機(jī)等設(shè)備應(yīng)用變頻器有一豺特殊要求，所用的變頻器還有一些技術(shù)開發(fā)工作要做。建議有關(guān)科研院所、變頻器生產(chǎn)廠家和礦山用戶共同合作，開發(fā)我國礦山設(shè)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(jīng)驗(yàn)不足，所述內(nèi)容錯(cuò)誤之處在所難免，所論觀點(diǎn)也屬一孔之見，歡迎讀者和朋友們批評指正。
參考文獻(xiàn)
[1]采礦手冊[M].冶金工業(yè)出版社,1991,(6).
高壓變頻技術(shù)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、四軸承結(jié)構(gòu)、強(qiáng)制風(fēng)冷裝置、軸電流引出裝置、軸承液壓泵系統(tǒng)裝置等主要結(jié)構(gòu)組成。電動(dòng)機(jī)主體安裝在對旋風(fēng)機(jī)主風(fēng)筒的最里層，1臺(tái)對旋風(fēng)機(jī)用2臺(tái)電動(dòng)機(jī)(左右出線各1臺(tái))。電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)介紹如下:1)電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心。鐵心用徑向通風(fēng)道隔開，分段迭成。材料采用DW360硅鋼片，使電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)都有所提高。2)電動(dòng)機(jī)定子繞組。定子線圈采用經(jīng)特殊絕緣處理的變頻電動(dòng)機(jī)專用電磁線(耐電暈220級)———聚酰亞胺－氟樹脂復(fù)合薄膜繞包雙玻璃絲包銅扁線。電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)繞組的溫度保護(hù)。3)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子為鼠籠式結(jié)構(gòu)。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(jīng)嚴(yán)格的退后處理和時(shí)效振動(dòng)處理。4)電動(dòng)機(jī)的機(jī)座和軸承室。機(jī)座材料均采用了優(yōu)質(zhì)碳素鋼Q235－A，并按工藝要求焊接完后，進(jìn)行了有效的退火處理。機(jī)座采用圓機(jī)座，通過機(jī)座兩壁板上的通風(fēng)管散熱，并且加強(qiáng)機(jī)座剛度。變頻電動(dòng)機(jī)，由于諧波與磁路的問題，產(chǎn)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?qū)⑤S承室絕緣以達(dá)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(fēng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下有足夠的風(fēng)量，電動(dòng)機(jī)冷卻采用強(qiáng)制通風(fēng)冷卻方式。強(qiáng)制通風(fēng)用的冷卻電動(dòng)機(jī)有良好的工作性能和耐用年限，該電動(dòng)機(jī)采用雙法蘭不帶底腳強(qiáng)構(gòu)，軸承采用了進(jìn)口SKF軸承，并加裝了Pt100測溫傳感器。6)軸承裝置。電動(dòng)機(jī)軸承軸伸端軸承采用一盤球面調(diào)心滾子軸承，非軸伸端軸承采用三軸承同心式組合結(jié)構(gòu)，軸承全部采用進(jìn)口SKF軸承。軸承方式采用液壓泵站強(qiáng)制。軸承室防護(hù)等級達(dá)到IP54。7)其它裝置。電動(dòng)機(jī)設(shè)有空間加熱器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，加熱器開始投入使用，保證電動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度高出環(huán)境溫度5℃以上，以防止電動(dòng)機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下結(jié)露。為防止產(chǎn)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(shè)有軸電流引出裝置，軸電流引出裝置安裝在電動(dòng)機(jī)軸承的非軸伸端外蓋上，并用防護(hù)罩做保護(hù)。
2高壓變頻技術(shù)隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)
2．1絕緣軸承組結(jié)構(gòu)應(yīng)對電腐蝕
變頻技術(shù)與電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象。傳統(tǒng)應(yīng)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(jià)格昂貴;二是市場資源少，供貨周期長;三是電機(jī)的絕緣軸承在裝配與拆卸過程中，容易將外圈涂層和內(nèi)圈涂層拉壞，對軸承維護(hù)保養(yǎng)造成困難。如果采用絕緣軸承室，雖然它有價(jià)格不高的優(yōu)點(diǎn)，但在使用或維護(hù)過程中容易損壞。而且一旦損壞，需要返廠采用特殊工藝進(jìn)行恢復(fù)。經(jīng)過多次實(shí)踐探索，一種新的絕緣軸承室被設(shè)計(jì)出來，它是在軸承的端蓋內(nèi)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(nèi)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(jià)格不高、不易造成絕緣層損壞等優(yōu)點(diǎn)，解決了電機(jī)軸承絕緣的難題。
2．2四軸承結(jié)構(gòu)解決軸承易損問題
五陽煤礦主通風(fēng)機(jī)原有電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)運(yùn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子重量。礦用大功率通風(fēng)機(jī)葉輪的重量最大可達(dá)3t，葉輪的軸向力也有10～30kN。而葉輪是靠電動(dòng)機(jī)軸伸懸臂支撐，葉輪的重量和撓動(dòng)力常常會(huì)造成電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的軸承的受力狀況環(huán)境比較惡劣。其次，它的電動(dòng)機(jī)采用脂進(jìn)行軸承，其注排油難度非常大，經(jīng)常發(fā)生缺脂或注脂過量等問題，并且不容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)軸承損壞率比較高。因此，設(shè)計(jì)出了一種新型的軸承組合———四軸承結(jié)構(gòu)。四軸承結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。四軸承結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中的這4套軸承都具有調(diào)心功能，值得特別指出的是，非軸伸端的3套軸承有1個(gè)共同的球心，這樣在調(diào)心過程中就能步調(diào)一致。各軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)時(shí)的不同方向的軸向力。這套軸承的自動(dòng)調(diào)心功能，很好地解決了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)存在的前后軸承的不同心問題、葉輪的重量和撓動(dòng)力造成電動(dòng)機(jī)軸承發(fā)生撓曲變形的問題。
2．3軸承采用稀油強(qiáng)制
傳統(tǒng)的三相交流電動(dòng)機(jī)一般采用脂進(jìn)行軸承，但脂使用時(shí)間過長后會(huì)失效。目前國內(nèi)普遍采用的是在軸承外蓋上增設(shè)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(huì)造成如下問題:①通過新油脂將廢油脂排除，勢必軸承內(nèi)要充滿油脂，這樣就將影響軸承散熱;②由于軸承內(nèi)蓋與轉(zhuǎn)軸有一定的間隙，有很多油脂會(huì)通過此間隙進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，覆蓋在定子線圈上，往往會(huì)導(dǎo)致定子繞組絕緣電阻降低，甚至造成擊穿。新設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)軸承采用了稀油強(qiáng)制，如果要對軸承進(jìn)行換油，打開排油口即可。軸承維護(hù)工作量也幾乎沒有。
3結(jié)語
礦山按產(chǎn)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(diào)速器在金屬礦山中的應(yīng)用的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，對煤礦亦有參考價(jià)值，因?yàn)槁短烀旱V和露天金屬礦開采方式和生產(chǎn)設(shè)備基本相同，地下礦山除需要考慮設(shè)備的防爆問題外，大部分生產(chǎn)設(shè)備也與金屬礦大同小異。露天采礦和地下采礦所用的生產(chǎn)設(shè)備有很大不同。
露天礦山是以大型設(shè)備為主要特點(diǎn)，要求優(yōu)良的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，以保證這些大型設(shè)備的高效率運(yùn)行。露天礦山的這些大型設(shè)備包括用于穿孔的牙輪鉆機(jī)，用于裝載礦、巖石的電鏟(挖掘機(jī))，用于運(yùn)輸?shù)V、巖石的大型汽車等。它們都要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能，目前這些大型設(shè)備大多采用直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)。
地下礦山的生產(chǎn)較露天礦山復(fù)雜。由于井下生產(chǎn)的空間窄小，使生產(chǎn)設(shè)備環(huán)境潮濕、陰暗，粉塵大、噪音大、振動(dòng)大、并有塌方的危險(xiǎn)，工作條件十分惡劣。因此，井下生產(chǎn)設(shè)備的體積受限，這些設(shè)備以小型化為主，體積小、重量輕，對電氣傳動(dòng)的要求不高。但提升、排水、通風(fēng)、壓氣等固定設(shè)備是地下礦山的要害部門，也是耗電大戶，因此，這些設(shè)備的安全運(yùn)行和節(jié)能就顯得至關(guān)重要。
根據(jù)我們多年來從事礦山電氣傳動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)及在礦山進(jìn)行變頻調(diào)速的應(yīng)用實(shí)踐，我認(rèn)為，在礦山應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對于提高礦山生產(chǎn)設(shè)備的效率，節(jié)約電能都是至關(guān)重要的。但遺憾的是在礦山應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)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(rèn)識(shí)不夠有關(guān)，也與不能正確了解礦山設(shè)備對變頻器的特殊要求、不能正確地應(yīng)用變頻器、因此所帶來的負(fù)面影響有很大關(guān)系。
本文主要介紹目前礦山應(yīng)用變頻器的狀況，礦山設(shè)備對電氣傳動(dòng)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(shè)備中的應(yīng)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(jīng)常出現(xiàn)過大的沖擊載荷，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，電鏟對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)就有較高的要求:要求電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線的包絡(luò)面積大，有足夠的有用功率;要求有良好的調(diào)速性能，能四象限運(yùn)行，能快速地進(jìn)行加、減速和反轉(zhuǎn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快;要求系統(tǒng)制動(dòng)性能好，并能回收能量;要求系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維修方便等。由于電鏟對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的這些特殊要求，所以，我國電鏟目前應(yīng)用的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要還是直流傳動(dòng)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(jī)-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(簡稱機(jī)組系統(tǒng));從美國Harnischfeger公司引進(jìn)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)(簡稱晶閘管直流系統(tǒng))。雖然后者比前者技術(shù)先進(jìn)，效率也有所提高，但這兩種系統(tǒng)都還存在直流電機(jī)的固有的缺點(diǎn)，即維修工作量大、效率較低等。
自上世紀(jì)90年代后期，我國有個(gè)別礦山從美國B-E公司引進(jìn)了變頻器-鼠籠型電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(簡稱交流變頻調(diào)速系統(tǒng))，這是全交流化的電鏟電氣傳動(dòng)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(diào)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(jīng)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?，?jīng)濾波后送入公共直流母線。在直流母線上有4臺(tái)容量為750kVA的逆變器，其中2臺(tái)并聯(lián)供電給1臺(tái)容量為1066kW的提升電動(dòng)機(jī);第三臺(tái)逆變器供電兩臺(tái)容量各為243kW的回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī);第四臺(tái)逆變器供電給容量為294kW推壓電動(dòng)機(jī)。當(dāng)某工作機(jī)構(gòu)處于再生制動(dòng)工作時(shí)，逆變器將再生制動(dòng)能量反饋到公共直流母線上，可供其它工作機(jī)構(gòu)使用，使能量得到充分利用。使用不完的制動(dòng)能量，可以通過制動(dòng)電阻消耗掉。
實(shí)踐證明，交流變頻調(diào)速電鏟和前兩種直流調(diào)速電鏟相比，具有節(jié)約電能、調(diào)速性能好、可靠性高、維護(hù)量小、生產(chǎn)效率高、功率因數(shù)高(0.95以上)等優(yōu)點(diǎn)，是公認(rèn)的電鏟電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。
2.2變頻器在牙輪鉆機(jī)中的應(yīng)用
牙輪鉆機(jī)是露天礦山、尤其是大型露天礦山的主要穿孔設(shè)備。為使牙輪鉆機(jī)在不同的巖層中都能保持較佳的鉆進(jìn)狀態(tài)，要求鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能根據(jù)巖層的性質(zhì)進(jìn)行無級調(diào)速。鉆機(jī)的提升/行走機(jī)構(gòu)也需要無級調(diào)速。目前，牙輪鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和提升/行走機(jī)構(gòu)一般都是直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。主要有三種調(diào)速裝置:(1)采用晶閘管直流調(diào)速裝置的牙輪鉆機(jī)有:YZ-55，YZ-35和YZ-12型;(2)采用大功率磁放大器調(diào)速裝置的有KY-250型牙輪鉆機(jī)和從美國進(jìn)口的45R型牙輪鉆機(jī);(3)采用直流發(fā)電機(jī)組調(diào)速裝置的有從美國進(jìn)口的60R型牙輪鉆機(jī)。
牙輪鉆機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是為了節(jié)能，更重要的是為了提高鉆機(jī)的生產(chǎn)效率，降低維修工作量。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)經(jīng)常損壞，維修工作量大，影響牙輪鉆機(jī)的正常作業(yè)和效率的提高。因此采用堅(jiān)固耐用的交流鼠籠型電動(dòng)機(jī)代替直流電動(dòng)機(jī)，用變頻調(diào)速裝置代替直流調(diào)速裝置，就成為人們公認(rèn)的牙輪鉆機(jī)電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。在牙輪鉆機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的難點(diǎn)在于:鉆機(jī)的轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等對調(diào)速裝的性能要求高，因?yàn)橛捎趲r層地質(zhì)條件的不同，鉆機(jī)在鉆進(jìn)工作時(shí)有可能被卡鉆，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)堵轉(zhuǎn)，這就要求調(diào)速裝置的機(jī)械特性曲線具有挖土機(jī)特性，并具有立即反轉(zhuǎn)和立即重新起動(dòng)、鉆進(jìn)功能;牙輪鉆機(jī)振動(dòng)大，對調(diào)速設(shè)備的防振要求高。變頻調(diào)速在牙輪鉆機(jī)中的應(yīng)用首先是由美國B-E公司在55R型牙輪鉆機(jī)上應(yīng)用。我國礦山的牙輪鉆機(jī)的變頻調(diào)速還在開發(fā)試驗(yàn)之中，尚未在推廣應(yīng)用。
2.3電動(dòng)輪汽車的電氣傳動(dòng)
目前，大型露天礦山的運(yùn)輸主要是采用無軌運(yùn)輸，而主要運(yùn)輸設(shè)備是大型汽車，特別是電動(dòng)輪汽車成為了大型露天礦山的主要運(yùn)輸設(shè)備。這是因?yàn)殡姎鈧鲃?dòng)比機(jī)械傳動(dòng)有更多的優(yōu)點(diǎn)。如調(diào)速性能好，響應(yīng)速度快，調(diào)速平滑無沖擊;可實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)，能充分利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，耗油少;制動(dòng)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(dòng)輪汽車。我國自1975年以來，引進(jìn)了不少電動(dòng)輪汽車，并成功研制開發(fā)了SF3102型100t和LN-3100型108t電動(dòng)輪汽車，與美國UnitRig公司合作制造了MARK-36型154t電動(dòng)輪汽車。
電動(dòng)輪汽車的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)-交流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，它通過控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，人們也在探討將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)輪汽車電氣傳動(dòng)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(yùn)輸設(shè)備的電動(dòng)輪汽車，人們會(huì)繼續(xù)努力，研究將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)輪汽車，以進(jìn)一步改善其調(diào)速性能，提高其運(yùn)輸能力。
3變頻器在地下礦山中的應(yīng)用
3.1變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用
礦井提升機(jī)是地下礦山運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備。它是用一定的裝備沿井筒運(yùn)出礦石、廢石、升降人員及材料、設(shè)備等運(yùn)輸環(huán)節(jié)。礦井提升設(shè)備按井筒傾角可分為豎井提升設(shè)備和斜井提升設(shè)備;按提升容器可分為罐籠提升機(jī)和箕斗提升機(jī)等;按提用途可分為主提升機(jī)(專們或主性提升礦石，一般稱為主井提升機(jī))，副井提升機(jī)(提升廢石、升降人員、運(yùn)送材料和設(shè)備等，一般稱為副井提升機(jī))和輔助提升機(jī)(如天井電梯、檢修提升等)。
礦井提升是地下礦山生產(chǎn)的咽喉，所以，無論哪種提升機(jī)，對電氣傳動(dòng)的要求都很高，因?yàn)殡姎鈧鲃?dòng)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，可靠性的高低，都直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的效率和礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行。對礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求是:有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運(yùn)行，能快速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動(dòng)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(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有:對于大型礦井提升機(jī)，主要采用直流傳動(dòng)系統(tǒng)，有采用直流電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和晶閘管變流器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng);這兩種系統(tǒng)都存在著直流電動(dòng)機(jī)固有的缺點(diǎn)，如效率不高，維修工作量較大等。對于中、小型提升機(jī)，則多采用交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，如采用交流繞線式電動(dòng)機(jī)，使用電機(jī)轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速，這種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)雖然設(shè)備簡單，但它是有級調(diào)速，調(diào)速性能差，效率低，大量的電能消耗在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻上，而且可靠性也差。
將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)是礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國已有幾臺(tái)大型礦井提升機(jī)采用交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)，取得了很好的效果，但其缺點(diǎn)是功率因數(shù)不高，諧波大，需加諧波和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交-直-交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機(jī)中應(yīng)用。例如國外已有礦山將有源前端三電平變頻器應(yīng)用于礦井提升機(jī)上，據(jù)介紹，采用這種變頻調(diào)速的交流提升機(jī)可以克服直流調(diào)速系統(tǒng)和交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，是提升機(jī)電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。對于小型交流提升機(jī)已有成功應(yīng)用變頻器的實(shí)例，如山東風(fēng)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(yīng)用于山東寧陽縣華寧煤礦的380V,180kw的交流提升機(jī)上。
3.2變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機(jī)中的應(yīng)用
空氣壓縮機(jī)是地下礦山生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，它生產(chǎn)壓縮空氣，用以帶動(dòng)風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、風(fēng)動(dòng)裝巖機(jī)等設(shè)備以及其它風(fēng)動(dòng)工具，其耗電量在礦山總耗電量中占有相當(dāng)大的比重。深入分析空氣壓縮機(jī)的電能消耗情況，找出節(jié)能潛力，實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的節(jié)能運(yùn)行，將會(huì)降低礦山生產(chǎn)成本，提高其經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)以凡口鉛鋅礦為例說明:
凡口鉛鋅礦坑口空壓機(jī)站共有6臺(tái)空氣壓縮機(jī)，其中4臺(tái)為日本日立空氣壓縮機(jī)。4臺(tái)日立壓縮機(jī)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(jī)，其拖動(dòng)電機(jī)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(dòng)方式;2臺(tái)國產(chǎn)空氣壓縮機(jī)(活塞式空氣壓縮機(jī))，其拖動(dòng)電機(jī)為高壓(6kV)同步電動(dòng)機(jī)。6臺(tái)空氣壓縮機(jī)采用并聯(lián)運(yùn)行方式。一般情況下，只運(yùn)行2～3臺(tái)(其中一臺(tái)國產(chǎn)空氣壓縮機(jī))其余的空氣壓縮機(jī)作為備用?？諝鈮嚎s機(jī)站的容量是按最大排氣量并考慮備用來確定的，然而在實(shí)際的使用過程中，用氣設(shè)備的耗氣量是經(jīng)常變化的，當(dāng)耗氣量小于壓縮空氣站的排氣量時(shí)，便需對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行控制，以減少排氣量使之適應(yīng)耗氣量的變化，否則空氣壓縮機(jī)排氣系統(tǒng)的壓力會(huì)升至不能允許的數(shù)值，使空氣壓縮機(jī)和用氣設(shè)備的零部件負(fù)載過大，并有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。凡口鉛鋅礦4臺(tái)日本日立空壓機(jī)采用的是多級壓力節(jié)流進(jìn)氣控制方式:即當(dāng)壓力低于6.2Mpa時(shí),打開全部進(jìn)氣閥,壓縮機(jī)組以100%負(fù)荷率狀態(tài)運(yùn)行;當(dāng)壓力達(dá)到6.2~6.5Mpa時(shí)關(guān)閉隙閥，壓縮機(jī)組以75%負(fù)荷率運(yùn)行;當(dāng)壓力達(dá)到6.8~7Mpa時(shí),關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣閥,壓縮機(jī)組以50%負(fù)荷率運(yùn)行,當(dāng)壓力達(dá)到7Mpa時(shí)關(guān)閉所有進(jìn)氣閥,壓縮機(jī)組進(jìn)入空載運(yùn)行狀態(tài).由于活塞式空氣壓縮機(jī)的起、停有著嚴(yán)格而復(fù)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(diào)度人員根據(jù)井下用氣量的時(shí)間變化特點(diǎn),把一天分為幾個(gè)時(shí)段，每一個(gè)時(shí)段需要開的空壓機(jī)臺(tái)數(shù)由該時(shí)段內(nèi)最大用氣量決定。在該時(shí)段內(nèi)，空壓機(jī)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(jī)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(diǎn):
(1)據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓縮機(jī)組75%負(fù)荷運(yùn)行率為41%，50%負(fù)荷運(yùn)行率為14%。無論空氣壓縮機(jī)是處于75%、50%還是空載運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)各臺(tái)空氣壓縮機(jī)仍然全速生產(chǎn)壓縮空氣，帶來了不必要的電能浪費(fèi)。
(2)節(jié)精度低，在某一進(jìn)風(fēng)量工作狀態(tài)下壓力波動(dòng)大，特別在生產(chǎn)用風(fēng)量變化頻繁時(shí)期內(nèi)(用風(fēng)量大且變化頻繁)，不能穩(wěn)定風(fēng)壓;
(3)閥門動(dòng)作值在一次整定后經(jīng)常會(huì)變，有時(shí)會(huì)使整個(gè)壓風(fēng)系統(tǒng)工作壓力偏高，增大了單位壓風(fēng)量的功耗;
(4)當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行在75%、50%進(jìn)氣量的工作狀態(tài)下，進(jìn)氣流速增大，造成進(jìn)氣過程壓風(fēng)量的損失，降低了壓風(fēng)機(jī)的效率。
因此有必要對現(xiàn)有的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行改進(jìn)，以節(jié)約電能，提高空壓機(jī)的運(yùn)行效率。我院和凡口鉛鋅礦合作，用變頻調(diào)速對其空壓機(jī)站進(jìn)行技術(shù)改造。
空壓機(jī)恒壓自動(dòng)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:
空壓機(jī)恒壓自動(dòng)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對5#空壓機(jī)和6#空壓機(jī)的輪換控制。5#空壓機(jī)和6#空壓機(jī)均可由新老兩套系統(tǒng)拖動(dòng)，這樣做有兩個(gè)目的:伒5#空壓機(jī)出現(xiàn)故障需要檢修時(shí)，新系統(tǒng)可迅速切換到6#機(jī)，以提高恒壓控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的利用率;當(dāng)新系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要停車檢修時(shí)，能夠很快地投入老系統(tǒng)運(yùn)行，不致于影響正常生產(chǎn);當(dāng)管網(wǎng)壓力超出恒壓調(diào)節(jié)范圍時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出增開或者減開一臺(tái)空壓機(jī)。
系統(tǒng)于1999年4月2日在凡口鉛鋅礦通過了驗(yàn)收，正式移交生產(chǎn)使用，系統(tǒng)運(yùn)行十分正常，滿足了生產(chǎn)的需要，達(dá)到了預(yù)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(wù)站對本系統(tǒng)做的節(jié)能測試:采用本空氣壓縮機(jī)恒壓控制變頻調(diào)速系統(tǒng)平均每天節(jié)電量2226kWh。按照年工作日330天計(jì)，則采用恒壓控制變頻調(diào)速系統(tǒng)每年可節(jié)電734629kWh，按照凡口鉛鋅礦現(xiàn)行電價(jià)0.7元/kWh計(jì)，每年可節(jié)約電費(fèi)51.42萬元。本系統(tǒng)總共投資98萬元，兩年內(nèi)即可收回全部投資。本系統(tǒng)應(yīng)用的成功為活塞式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能運(yùn)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(jīng)濟(jì)效益有重要意義，有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
3.3變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用
礦井通風(fēng)機(jī)是地下礦山生產(chǎn)的主要用電設(shè)備之一，其節(jié)能運(yùn)行在礦山節(jié)電中占有重要的地位。礦井通風(fēng)機(jī)一般采用異步電機(jī)或同步電機(jī)拖動(dòng)，恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，一般容量大，電機(jī)供電電壓高(6kV或10kV)。
礦山建設(shè)的特點(diǎn)是:巷道逐年加深，產(chǎn)量逐年增加，所需的通風(fēng)量逐年上升。但礦井通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型時(shí)，往往是按最大開采量時(shí)所需的風(fēng)量為依據(jù)的，一般都留有余量，因此礦井在投產(chǎn)后幾年甚至十幾年內(nèi)，礦井通風(fēng)機(jī)都是處在低負(fù)載下運(yùn)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(fēng)量也小，在節(jié)假日時(shí)，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(fēng)，礦井通風(fēng)機(jī)一般不調(diào)節(jié)風(fēng)量，若要調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，傳統(tǒng)的方法是調(diào)節(jié)檔板。這種辦法雖然簡單，但從節(jié)能的觀點(diǎn)看，是很不經(jīng)濟(jì)的。圖2所示為幾種調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法節(jié)電比較。
圖2中:1—擋板法;2—前導(dǎo)器法;3—液力耦合器;4—繞線電動(dòng)機(jī)切換轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速法;5—變頻調(diào)速法。
由圖2可見，變頻調(diào)速法在各種風(fēng)量調(diào)節(jié)方法中是最理想、最有效、最節(jié)能的調(diào)節(jié)方法。有關(guān)變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用，仍以凡口鉛鋅礦為例說明。
該礦的礦井通風(fēng)機(jī)都采用高壓電機(jī)傳動(dòng)，有高壓同步電機(jī)和高壓異步電機(jī)兩大類。由于礦井通風(fēng)機(jī)是礦山的耗電大戶，節(jié)電潛力很大，但它又是高壓電機(jī)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)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(dòng)化研究院等單位合作，以老南風(fēng)井的6kV，800kW同步電機(jī)傳動(dòng)的礦井通風(fēng)機(jī)為對象，研制開發(fā)了同步電機(jī)直接高壓變頻器。1997年8月投入運(yùn)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(shù)鑒定，獲得了部級科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。這是國內(nèi)第一臺(tái)同步電機(jī)直接高壓變頻器，節(jié)電效果十分顯著。新南風(fēng)井的礦井通風(fēng)機(jī)采用6kV,880KW高壓異步電機(jī)傳動(dòng)，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(yùn)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(jī)直接高壓變頻器
同步電機(jī)高壓變頻器主要有兩類，即他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)和自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)所用的變頻裝置是獨(dú)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(diào)速系統(tǒng)可以使同步電機(jī)不存在失步和振蕩等問題，所以一般都采用自控式運(yùn)行。
我們與有關(guān)單位合作研制開發(fā)的這種同步電機(jī)直接高壓變頻調(diào)速裝置是采用交-直-交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)，屬自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)，它由變頻器、同步電機(jī)、轉(zhuǎn)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(jī)的反電勢來關(guān)斷逆變器的晶閘管，它沒有強(qiáng)迫換流電路，因而主電路結(jié)構(gòu)簡單。變頻器的框圖如圖3所示。
圖3中，硬件全套設(shè)備由高壓開關(guān)切換柜(圖中未表示出)、整流柜、逆變柜、勵(lì)磁柜、控制柜、操作臺(tái)及交流進(jìn)線電抗器、直流平波電抗器、轉(zhuǎn)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(chǎn)的情況需要，本高壓變頻器按周期性的固定頻率運(yùn)行，早班(7:00~16:00)變頻裝置運(yùn)行在40Hz，中班(16:00~19:00)運(yùn)行在35Hz，在19:00~20:00期間為放炮時(shí)間，變頻器運(yùn)行于40Hz，20:00~23:00運(yùn)行在35Hz，23:00~24:00期間為放炮時(shí)間，變頻器運(yùn)行于40Hz，0:00~3:00井下作業(yè)人員很少運(yùn)行于28Hz，3:00~4:00期間為放炮時(shí)間，變頻器運(yùn)行于40Hz，4:00~7:00運(yùn)行于28Hz。
經(jīng)廣州金粵節(jié)能服務(wù)站的節(jié)能測試及能量平衡測試，以及凡口礦老南風(fēng)井的實(shí)際記錄，在正常生產(chǎn)期間，節(jié)電率達(dá)42%;節(jié)假日時(shí)變頻器運(yùn)行于28Hz，節(jié)電率達(dá)73%。年節(jié)電為192.3萬kWh，在不到一年的時(shí)間內(nèi)，就由節(jié)電費(fèi)用收回到了高壓變頻器的全部投資，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
(2)異步電機(jī)三電平高壓變頻器
在成功研制開發(fā)了老南風(fēng)井同步電機(jī)直接高壓變頻器的基礎(chǔ)上，根據(jù)深部開采的需要，對新南風(fēng)井的礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，我院和有關(guān)單位合作，經(jīng)過論證，最終決定采用引進(jìn)WOODS軸流式風(fēng)機(jī)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。
但SIEMENS公司實(shí)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(jīng)三繞組降壓變壓器降壓，2組二次側(cè)繞組(接法、Y)，電壓各為1.2kV，經(jīng)各自的6脈沖整流橋整流成直流，直流電壓為3240V(正負(fù)電壓各為1620V)經(jīng)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(jīng)濾波器濾波后，再經(jīng)升壓變壓器升壓至6kV，供給6kV高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速。
新南風(fēng)井高壓變頻器原訂為直接高壓變頻器，但由圖5可見，這實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)高低高式高壓變頻器，因?yàn)樗粌H有降壓變壓器，而且也有升壓變壓器。不過經(jīng)我們對其進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，其結(jié)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(chǎn)中的應(yīng)用。
根據(jù)凡口礦目前的生產(chǎn)情況，高壓變頻器的運(yùn)行情況是:白班和中班，高壓變頻器運(yùn)行于40Hz，在晚班，由于井作業(yè)人員很少，高壓變頻器則運(yùn)行于30Hz，在節(jié)假日，則運(yùn)行于更低的頻率。據(jù)此，計(jì)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(dá)到了原計(jì)劃的節(jié)電目標(biāo)。
3.4關(guān)于球磨機(jī)、井下排水泵等是否可用變頻調(diào)速的問題
球磨機(jī)、井下排水泵等設(shè)備容量大，都是礦山的高耗能設(shè)備。對于這些設(shè)備是否可以采用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行呢？我認(rèn)為，在這些設(shè)備上采用變頻調(diào)速是達(dá)不到節(jié)能目的的。
我們應(yīng)某金礦的委托，采用變頻器對球磨機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能試驗(yàn)。當(dāng)變頻器的輸出頻率調(diào)整到48Hz和45Hz時(shí)，球磨機(jī)的電能消耗雖有所降低，但磨礦質(zhì)量有很大降低，此時(shí)球磨機(jī)的出礦粒度由原來不調(diào)速時(shí)的300目粒度占99%，分別下降到90%和58%。可見這種工藝、設(shè)備條件下，不宜采用變頻調(diào)速節(jié)能運(yùn)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(rèn)為，這是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)槿魏蔚V山為排出井下的涌水，都在井底設(shè)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(tái)水泵，因此它不需進(jìn)行流量的調(diào)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(diào)節(jié)供水量，在這種情況下，采用變頻調(diào)速以調(diào)節(jié)流量，可達(dá)到節(jié)能的目的。
在礦山中，還有一些小型設(shè)備可以采用變頻調(diào)速節(jié)能，如螺旋給料機(jī)、沙泵等，在此就不一一介紹了。
4選擇變頻器應(yīng)注意的事項(xiàng)
變頻器，特別是高壓變頻器價(jià)格昂貴，如選擇不當(dāng)，達(dá)不到節(jié)電和提高生產(chǎn)效率的目的，以致造成浪費(fèi)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(jī)調(diào)速雖是風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能的有效途徑，但并非凡是風(fēng)機(jī)、水泵都能采用調(diào)速節(jié)電。對于工藝參數(shù)基本穩(wěn)定，不需要調(diào)速的風(fēng)機(jī)、水泵可以采用高效節(jié)能電機(jī)和高效節(jié)能風(fēng)機(jī)，以提高系統(tǒng)效率。對于已建成而配置不合理的風(fēng)機(jī)可以通過采用更換電機(jī)，調(diào)節(jié)葉片角度等方法達(dá)到節(jié)電的目的。選擇調(diào)速節(jié)能時(shí)應(yīng)注意:風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速變化范圍不宜太大，通常最低轉(zhuǎn)速不少于額定轉(zhuǎn)速的50%，一般調(diào)速范圍在100%~70%之間為宜，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40%~50%時(shí)，風(fēng)機(jī)、水泵本身的效率明顯下降，是不經(jīng)濟(jì)的;調(diào)速范圍確定時(shí)，應(yīng)注意避開機(jī)組的機(jī)械臨界共振轉(zhuǎn)速，否則調(diào)速至該諧振頻率時(shí)，將可能損壞機(jī)組。
(2)進(jìn)行可行性分析
在選擇要進(jìn)行的變頻調(diào)速的設(shè)備對象以后，應(yīng)從提高效率或提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要情況，從節(jié)約電能的情況進(jìn)行分析、計(jì)算，并與變頻器的投資進(jìn)行比較，計(jì)算出變頻器的投資回收期。一般來說，如能從節(jié)約的電費(fèi)或從提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率等方面所得的收益中，在兩年內(nèi)償還變頻器的投資，都應(yīng)認(rèn)為是可行的。同時(shí)還應(yīng)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(yīng)用于生產(chǎn)。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(shù)力量不強(qiáng)，變頻器出了故障，只好仃下，甚至棄用。造成損失，同時(shí)也為變頻器的繼續(xù)推廣應(yīng)用帶來負(fù)面影響。
(4)根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)規(guī)格和技術(shù)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(gè)廠家的哪種高壓變頻器。在選擇變頻器時(shí)可以根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料及報(bào)價(jià)表來選擇。
變頻器的制造廠家和經(jīng)銷商都會(huì)向準(zhǔn)備購買變頻器的用戶提供樣本及報(bào)價(jià)。在樣本中，廠家公開說明其產(chǎn)品種類、特性、技術(shù)指標(biāo)和特點(diǎn)，用戶在訂貨前通過對產(chǎn)品樣本資料可以對其產(chǎn)品有大概了解。因此對產(chǎn)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(yīng)考慮的技術(shù)規(guī)格和技術(shù)參數(shù)
(1)型號
各廠家生產(chǎn)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(rèn)該廠家生產(chǎn)的品種，對用戶來說，不一定會(huì)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(shù)等方面判斷廠家的實(shí)力和生產(chǎn)態(tài)勢，甚至可以從一個(gè)方面判斷其產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品品種齊全，容量覆蓋范圍大，功率元件及控制技術(shù)先進(jìn)的廠家，一般來說其實(shí)力強(qiáng)，生產(chǎn)態(tài)勢好，產(chǎn)品質(zhì)量一般來說也會(huì)有較好的保障。
(2)效率
變頻器效率的高低，直接關(guān)系到變頻器調(diào)速節(jié)能的多少，因?yàn)樵谧冾l器運(yùn)行時(shí)，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(dá)到0.97~0.98,而高-低-高式高壓變頻器由于多一個(gè)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(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，功率因數(shù)的變化是一項(xiàng)重要指標(biāo)。最好是在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)都保持在0.95以上，以使其符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB3485-83的標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàng)規(guī)定。而電流型變頻器較難滿足這項(xiàng)要求。
(4)諧波
國家對電網(wǎng)諧波有嚴(yán)格要求。限制用戶非線性諧波設(shè)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(guān)鍵。所用的高壓變頻器的諧波(即裝置對電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波)必須符合國標(biāo)GB/T14549-93“電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波”的規(guī)定，在國際上要符合IEEE-519標(biāo)準(zhǔn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采用12脈沖整流或附加諧波補(bǔ)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(dòng)機(jī)的輸出功率。用kW表示時(shí)，一般以四極標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)為基礎(chǔ)考慮;用kVA表示，需進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)選擇了變頻器以后，還應(yīng)對額定輸出電流進(jìn)行核算，以使電動(dòng)機(jī)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(diào)速范圍。最低使用頻率的意思與起動(dòng)頻率不同。起動(dòng)頻率很小時(shí)，并不一定能使電機(jī)從該頻率起動(dòng)。變頻器要對最高頻率設(shè)定，對風(fēng)機(jī)、水泵的最高頻率應(yīng)設(shè)定(即箝位)在50Hz，所有的變頻器都可滿足這個(gè)要求，在選擇變頻器時(shí)可不作考慮，但使用中需注意此點(diǎn)。
(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(yīng)足夠大，電源電壓變化范圍應(yīng)在變頻器允許的范圍。用戶在選擇變頻器時(shí)應(yīng)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(jìn)行選擇。曾有一個(gè)礦山因電壓波動(dòng)范圍超過了變頻器的允許范圍，而使變頻器不能正常應(yīng)用。
(8)保護(hù)功能
變頻器樣本中一般表明其保護(hù)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(nèi)部異常對變頻器造成損害，保護(hù)變頻器正常運(yùn)行和變頻器安全可靠。因此保護(hù)種類是否齊全、完善，從一個(gè)方面反映變頻器質(zhì)量和運(yùn)行的安全可靠性。
(9)價(jià)格
變頻器價(jià)格是用戶最關(guān)心的問題之一，用戶應(yīng)了解廠家或經(jīng)銷商所報(bào)出的價(jià)格的具體含義和具體內(nèi)容，及服務(wù)內(nèi)容，以及任選件價(jià)格等。還應(yīng)與其它廠家的變頻器進(jìn)行綜合比較。
5結(jié)束語
《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條，已將變頻調(diào)速技術(shù)列為通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。在礦山推廣應(yīng)用變頻器節(jié)能是重要目的之一，如風(fēng)機(jī)、水泵;同時(shí)也有提高生產(chǎn)效率、降低維修工作量、提高產(chǎn)品質(zhì)量等目的，如電鏟、牙輪鉆機(jī)、礦井提升機(jī)等。在礦山應(yīng)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(jī)、礦井提升機(jī)等設(shè)備應(yīng)用變頻器有一豺特殊要求，所用的變頻器還有一些技術(shù)開發(fā)工作要做。建議有關(guān)科研院所、變頻器生產(chǎn)廠家和礦山用戶共同合作，開發(fā)我國礦山設(shè)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(jīng)驗(yàn)不足，所述內(nèi)容錯(cuò)誤之處在所難免，所論觀點(diǎn)也屬一孔之見，歡迎讀者和朋友們批評指正。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：西門子變頻器，保養(yǎng)維護(hù)，電容充電
1.外觀檢查
對長期存放的變頻器，檢查時(shí)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(dòng)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(fēng)機(jī)的靈活性
用細(xì)的木棍或其他較軟的物體撥動(dòng)風(fēng)葉，手感應(yīng)該流暢，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)靈活，不能有卡澀的現(xiàn)象，觀察風(fēng)機(jī)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(jìn)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(dòng)應(yīng)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(dòng)，如出現(xiàn)擺動(dòng)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(dòng)應(yīng)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(dòng)，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?yàn)槟孀兊腎GBT的源極和漏極之間在關(guān)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(jìn)行高壓絕緣檢測，使用500v搖表的黑表端接變頻器的接地標(biāo)識(shí)。紅端分別接“R”“S”“T”“U”“V”“W”，均速搖動(dòng)搖表，測量絕緣電阻應(yīng)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(nèi)部溫度所決定。在主回路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)根據(jù)電源電壓選定了電容器的型號，所以內(nèi)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?yàn)殡娊怆娙萜鲀?nèi)部的化學(xué)反應(yīng)隨著溫度的升高導(dǎo)致劣化速度加快。劣化速度與材料溫度的關(guān)系遵循阿列里烏斯理論(電解液理論)。電解電容器的內(nèi)部溫度實(shí)際上是電容器周圍環(huán)境溫度與脈動(dòng)電流造成的溫度之和。因此，我們應(yīng)該在安裝時(shí)考慮適合的環(huán)境溫度，在電容器劣化過程中，會(huì)出現(xiàn)靜電容量減小，漏電流增大，等價(jià)電阻值增大，tgδ值增大等現(xiàn)象。維護(hù)保養(yǎng)時(shí)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(dāng)靜電容量低于初期值的80%，絕緣阻抗在5MΩ以下時(shí)應(yīng)考慮更換電解電容器。對于儲(chǔ)存不超過5年的電容器我們應(yīng)該定期充電以進(jìn)行維護(hù)，每隔半年到一年充電一次，方法具體如下:
首先準(zhǔn)備功率不小于5KW的三相調(diào)壓器將調(diào)壓器的輸人端接人有短路過流保護(hù)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(diào)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(diào)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(shí)觀察電流的變化，當(dāng)電壓超過200伏時(shí)，振風(fēng)機(jī)等開始工作。這時(shí)可將電壓緩緩升到350伏，觀察有無電流波動(dòng)，維持1小時(shí)后，將電壓升到額定電壓，再維持2小時(shí)，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(guān)，否則應(yīng)引起重視。電源斷開后應(yīng)等到充電燈完全熄滅方可拆除電源線，待機(jī)器完全冷卻后裝機(jī)。
除日常的檢查外，推薦檢查周期為半年。在眾多的檢查項(xiàng)目中，重點(diǎn)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(qū)動(dòng)保護(hù)回路中的電解電容器、冷卻系統(tǒng)中的風(fēng)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(yùn)行時(shí)間為判斷的基準(zhǔn)。
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關(guān)鍵詞：中央空調(diào)，節(jié)能，變頻
0.引言
能源的利用情況標(biāo)志著一個(gè)國家科技進(jìn)步的水平。在我國大力推廣節(jié)能產(chǎn)品,禁止使用耗能過大的設(shè)備,提高能源的利用率,以縮短與世界先進(jìn)國家的差距,為中國的現(xiàn)代建設(shè)提供能源的保證。在中央空調(diào)使用中,它的耗能量是很大的,約占整個(gè)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(diào)系統(tǒng)有800 kW冷卻主機(jī)3臺(tái),冷凍水泵機(jī)組有93 kW電機(jī)4臺(tái),冷卻水泵機(jī)組有93 kW電機(jī)4臺(tái),通過對冷凍水泵機(jī)組和冷卻水泵機(jī)組的變頻節(jié)能的改造使用11個(gè)月,節(jié)約電費(fèi)41.5萬元,為中央空調(diào)的節(jié)能,創(chuàng)造了有益的經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)將其系統(tǒng)組成、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法作一介紹。論文格式。
1.中央空調(diào)變頻節(jié)能的原理系統(tǒng)組成
中央空調(diào)進(jìn)行變頻節(jié)能系統(tǒng),需要硬件及軟件技術(shù)的組合,利用矢量控制手段將動(dòng)態(tài)過程相應(yīng)補(bǔ)償,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)壓、瞬流干擾負(fù)向抑制技術(shù)綜合使用。變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)生的新產(chǎn)品,通過同步跟蹤,調(diào)壓、調(diào)相、調(diào)節(jié)頻率、瞬流抑制于一體,具有:
(1)恒轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)節(jié)控制電壓,限制電流,使電機(jī)負(fù)載處于最適當(dāng)、最小、最省電力的電壓和電流運(yùn)行狀態(tài);
(2)矢量控制和模糊邏輯控制的優(yōu)化調(diào)頻技術(shù),具有最先進(jìn)通用變頻器的全部功能;
(3)由微機(jī)采樣跟蹤,實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償;
(4)瞬流干擾抑制技術(shù),過濾瞬流波動(dòng)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(diào)變頻節(jié)能有實(shí)施的理論依據(jù)和進(jìn)行控制的可行性。其主要應(yīng)考慮的因素有:
1)在中央空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)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(fù)荷設(shè)計(jì)并有15%左右的富裕量,而平時(shí)使用時(shí)并不能達(dá)到滿負(fù)荷,所以存在較大的裕度,其中主機(jī)常?？梢愿鶕?jù)負(fù)載變化自動(dòng)加載,卸載,而水泵的流量卻不能隨主機(jī)匹配調(diào)節(jié),存在很大浪費(fèi);
2)系統(tǒng)的流量壓力必須靠截流閥和旁路閥調(diào)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(jī),以及低流量小溫差的現(xiàn)象。論文格式。不僅大量浪費(fèi)電能,而且還可能造成空調(diào)冷暖不適的情形,同時(shí)對系統(tǒng)設(shè)備帶來不利的影響;
3)電機(jī)起動(dòng)電流為額定值的5倍左右。電機(jī)在如此大的電流沖擊下,進(jìn)行頻繁的起停,對電機(jī)、接觸器觸點(diǎn)、空氣形狀觸點(diǎn)帶來電弧沖擊,同時(shí)也會(huì)給電網(wǎng)帶來一定的有害沖擊。同時(shí)起動(dòng)時(shí)帶來的機(jī)械沖擊和停止時(shí)的承重現(xiàn)象也會(huì)給機(jī)械傳動(dòng)、軸承、閥門等帶來疲勞損傷。
4)變頻技術(shù)在現(xiàn)代空調(diào)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(diào)系統(tǒng)的工藝不足,還能大幅降低能耗節(jié)省運(yùn)行成本。因此,在中央空調(diào)系統(tǒng)中安裝變頻控制系統(tǒng)并設(shè)置閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié),使節(jié)能效果更好。
2.中央空調(diào)變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)
在我國的南方地區(qū)周圍,每年空調(diào)開的時(shí)間大約8個(gè)月左右。這樣一年之中,中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻泵機(jī)組和冷凍水泵機(jī)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(fù)荷的變化,實(shí)際上空調(diào)負(fù)載在絕大部分時(shí)間內(nèi)比設(shè)計(jì)負(fù)載低很多可由建筑物的實(shí)測得到熱負(fù)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(shè)計(jì)負(fù)載,這樣相比,一年中負(fù)載率在50%以下的時(shí)間占全部運(yùn)行時(shí)間的50%以上,一般冷凍水設(shè)計(jì)溫差為5 ~7℃,冷卻水的設(shè)計(jì)溫差為4~6℃,在系統(tǒng)流量固定的情況下,全年絕大部分運(yùn)行時(shí)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(fèi)了水泵運(yùn)行的輸送能量。一般空調(diào)水泵的耗電量占空調(diào)系統(tǒng)耗電的20~30%。因此,節(jié)約水泵在低負(fù)載時(shí)系統(tǒng)供水輸出能量具有很重要的意義,所以隨負(fù)荷而改變水流量的空調(diào)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(yīng)用。采用變頻器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速可以很方便地調(diào)節(jié)水的流量,其節(jié)能率通?？蛇_(dá)35% ~ 50%左右
3.中央空調(diào)變頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
變頻系統(tǒng)只涉及冷凍水機(jī)組和冷卻水機(jī)組的變頻調(diào)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(shè)定值,回水溫度取決于蒸發(fā)器接收的熱量,中央空調(diào)冷凍水出的溫度與冷凍水的回水溫度設(shè)計(jì)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(diào)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(jī)組的轉(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化,當(dāng)?shù)谝慌_(tái)電機(jī)已達(dá)到工頻時(shí),還達(dá)不到要求時(shí)就可起動(dòng)第二臺(tái)電機(jī),工頻運(yùn)行,然后調(diào)控第一臺(tái)電機(jī)。這樣不斷調(diào)整控制,使其達(dá)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(diào)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(zhuǎn)速相應(yīng)于熱負(fù)載的變化而變化。同樣,當(dāng)?shù)谝慌_(tái)電機(jī)已達(dá)到工頻時(shí),還達(dá)不到要求時(shí),就可起動(dòng)第二臺(tái)電機(jī)實(shí)行工頻運(yùn)行,然后調(diào)控第一臺(tái)電機(jī),使之達(dá)最佳的狀態(tài)。
4.系統(tǒng)的特點(diǎn)及效果
變頻節(jié)能系統(tǒng)由于采用閉環(huán)控制,電機(jī)按需要設(shè)定溫度,使設(shè)備容量隨時(shí)間季節(jié)變化,熱負(fù)荷通過轉(zhuǎn)速調(diào)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(hù)措施,使安全可靠性大大提高。
本系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造后,一直穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行,累計(jì)運(yùn)行了11個(gè)月以電機(jī)容量90 kW為例,計(jì)算其變頻節(jié)能效益。
(1)冷凍水泵變頻節(jié)能效益
實(shí)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(fèi)用(90×5839- 211920)×0.78 =244660元;
(2)冷卻水泵變頻節(jié)能效益
實(shí)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(fèi)用(90×3968 - 138080)×0.78 =170 851元，兩項(xiàng)節(jié)約費(fèi)用共計(jì)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(huì)收益。
5.結(jié)論
本文分析了所設(shè)計(jì)的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的原理,設(shè)計(jì)方法和經(jīng)濟(jì)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(diào)的物業(yè)管理部門都十分關(guān)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(huì)產(chǎn)生較大的影響,為節(jié)能做出貢獻(xiàn)。
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論文關(guān)鍵詞：變頻電源,變壓整流器,變壓器設(shè)計(jì)
0引言
變頻發(fā)電系統(tǒng)具有簡單可靠的特點(diǎn)，在新一代飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，如B787，A380，C919飛機(jī)均采用了變頻發(fā)電系統(tǒng)。
飛機(jī)變壓整流器將主交流電源轉(zhuǎn)換成28V直流電源給直流用電設(shè)備供電。
1變壓整流器工作原理
本方案設(shè)計(jì)的12脈沖變壓整流器由一個(gè)變壓器，兩組三相整流橋等組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。它利用一個(gè)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(gè)整流橋，兩組橋輸出端經(jīng)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(fù)端直接相聯(lián)后作為輸出負(fù)端接至直流負(fù)載。
4.3仿真結(jié)論
經(jīng)過仿真可知，設(shè)計(jì)的變壓整流器可滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，本設(shè)計(jì)方案可行。
5結(jié)論
本文以變頻交流發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一款變壓整流器，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的變壓整流器性能良好。驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，為對飛機(jī)變壓整流器的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞：不落輪鏇床,NCU,閉環(huán)控制
1 概述
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，近年來，國家大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，數(shù)控技術(shù)在機(jī)床上得到廣泛應(yīng)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(jī)車車輛輪對的情況下進(jìn)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(shí)間。
2 不落輪鏇床數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1 硬件結(jié)構(gòu)：
不落輪鏇床數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由數(shù)控單元NCU561.4及SIMODRIVE611D驅(qū)動(dòng)模塊； OP010C(MMC103和PCU50服務(wù)器)和MCP操作控制單元；S7-300PLC 模塊；4個(gè)1FK7三相數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)，micromaster440變頻器，三相異步驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)等部件組成，系統(tǒng)的各個(gè)部件通過現(xiàn)場總線PROFIBUS聯(lián)接。連接結(jié)構(gòu)如圖1：
圖1：鏇床硬件結(jié)構(gòu)聯(lián)系圖
2.2 軟件結(jié)構(gòu)
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(shí)際相當(dāng)于單獨(dú)的計(jì)算機(jī)，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(jì)算機(jī)WindowsXP 操作系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)運(yùn)行。從而使得操作PCU即可實(shí)時(shí)控制NCU程序，實(shí)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(jī)床各部件靈活協(xié)調(diào)工作
監(jiān)測群組模式下各通道的狀態(tài)
x,z坐標(biāo)方向動(dòng)態(tài)控制
可編寫快速響應(yīng)程序
可編寫各部件同步動(dòng)作程序
選擇優(yōu)化地址和時(shí)間
各種曲線插補(bǔ)方法
電子齒能
刀具，螺紋間隙，象限補(bǔ)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(jìn)行操作，他是運(yùn)行在Windows NT系統(tǒng)下的應(yīng)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(dòng)后界面
通過操作HMI advanced軟件，可以實(shí)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(dòng)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(shè)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(jìn)行監(jiān)控和操作，也可以使用專門的程序編程器來進(jìn)行編程，PLC程序主要用于控制鏇床驅(qū)動(dòng)輪，軸箱支撐，液壓系統(tǒng)等部件動(dòng)作的自動(dòng)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(jìn)行切削加工，車輛輪對通過軸箱定位，利用4個(gè)驅(qū)動(dòng)輪對驅(qū)動(dòng)輪對主軸旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸線方向刀具走向，加工出符合國家TB的標(biāo)準(zhǔn)廓型。鏇床主驅(qū)動(dòng)輪采用PLC控制變頻器，實(shí)現(xiàn)4個(gè)主驅(qū)動(dòng)輪的調(diào)節(jié)?？刂七^程如圖1：NCU是機(jī)床控制中心，包括PLC和NC兩部分，通過PROFIBUS 與PLC ET200擴(kuò)展模塊和變頻器進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)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(jìn)給控制和驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)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(fù)電動(dòng)機(jī)上，用來檢測伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)的實(shí)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(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制，如圖所示：此系統(tǒng)控制精度可以達(dá)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(jī)絲桿每轉(zhuǎn)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(diào)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(shí)間，取樣時(shí)間越短，精度越高。論文格式。
4 結(jié)束語
機(jī)床數(shù)字控制技術(shù)是國際先進(jìn)機(jī)床生產(chǎn)技術(shù)，也是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基石。近年來，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床工業(yè)與世界數(shù)控機(jī)床工廠不斷深入合作，研制出各種高精度，高技術(shù)含量的數(shù)控機(jī)床設(shè)備，數(shù)控機(jī)床制造業(yè)得到蓬勃發(fā)展。
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