第一篇：試論變頻技術在煤礦機電設備中的應用

試論變頻技術在煤礦機電設備中的應用

摘 要：隨著煤礦企業機械化生產改造日益完善，煤礦開發中的機電設備用量越來越多，由此對于煤礦機械化操作效能提出了更高的要求。在煤礦生產所使用的機電設備，越來越多地采用了變頻技術，因為變頻技術不僅能耗低，而且操作更加靈活。因此，本文對變頻技術在煤礦機電設備中的應用進行探討，分析變頻技術的基本原理，闡述其在煤礦機電設備中的重要作用，對變頻技術在煤礦機電設備采煤機、提升機、皮帶機、通風機等設備中的應用。

關鍵詞：變頻技術；煤礦機電設備；煤礦生產；技術應用

中圖分類號：X752 文獻標識碼：A

隨著我國煤礦生產從粗獷型開采向精細化生產轉變，煤炭生產機械化操作越來越普遍，而為了構建節約型煤礦生產，將變頻技術引入到煤礦機電設備中，通過對機械設備的合理規劃與控制，提高煤礦生產水平，降低能耗，構建環保型生產體系是現代化煤礦企業重要的發展方向。

1.變頻技術應用的基本原理

變頻技術是一種可以靈活調節生產設備進行科學生產的一種技術，其改變了傳統機電設備固態生產模式，使機電設備更加具有可操作性，在現代化生產中具有非常重要的實用價值。目前，變頻技術已經融入到各類生產中，并結合信息技術、網絡技術、自動化技術等，使生產更加人性化。變頻技術的工作原理是通過半導體元件對交流電的控制使機電設備生產可根據需求進行調速，其中逆變器是變頻技術的主要核心元件，通過逆變器可以機電設備的通電電流和電壓發生改變，進而使電機設備具有無極變速的能力，讓機電設備能夠具有快速操作、中速操作、慢速操作等諸多的操作方法。變頻技術的主要特點是能夠使機電設備的電機根據需求進行加速和減速，在此過程中，轉變電機設備原有固定轉數的方式，使機電設備運轉可根據需求進行轉數的調整，這種方式大大降低了機電設備的損耗和能源的消耗，不僅利于生產，而且可以節約生產成本。變頻技術具有很好的可控制和可操作性，隨著自動化控制技術的發展，目前很多機電設備已經采用了人工神經網絡、模糊自動化等智能變頻，讓勞動生產更加規范化、專業化，降低人工勞動強度，提高生產產能。

2.變頻技術對于煤礦機電設備的重要作用

煤礦生產是國家重要的能源供給來源之一，改革開放以來，我國工業化發展進程越來越快，煤炭產量逐年提高，煤炭資源的儲備量大幅度減少。而由于原有的開采技術落后，造成了大量的能源浪費，并且給環境帶來了巨大的污染。隨著能源結構的改革和先進機電設備的出現，現代化、科技化能源生產，成為了煤炭企業調結構、促發展的重要支撐。由此，大批的機電設備應用于煤礦生產中，煤炭企業得到了技術上的大幅度升級改造。目前，煤炭企業機械化生產已經成為一種常態，而大量的機電設備給企業帶來的能源消耗也非常的巨大，用電量、用水量費用都是企業主要的財務支出，同時在節能減排的政策引導下，企業生產效率與降低能耗和減少污染相平衡，這就必須要采取科學的技術手段滿足各方面的需求。將變頻技術引入煤礦機電設備生產中，一方面能夠人性化生產，另一方面可節能減排，減少煤炭企業成本開銷，對于煤炭企業可持續發展具有非常重要的意義。

3.頻技術在煤礦機電設備中的具體應用

隨著機電設備的升級換代，變頻技術在煤礦機電設備中的應用范圍越來越廣，并且融入了計算機控制技術、自動化技術、智能控制技術等，使變頻技術在煤礦機電設備中的運用越來越靈活。其中在煤礦生產主要的機電設備中的應用尤為突入，如：在采煤機、提升機、皮帶機、通風機中的應用等。

3.1 變頻技術在采煤機電設備中的應用

采煤機是煤礦開采中不可或缺的機電設備，在開采過程中采煤機開采過程較為復雜，并且啟動與停止頻率較為頻繁，強行受阻會影響采煤機的使用壽命。因此將變頻技術引入到采煤機工作中，使采煤機能夠以一種勻速的方式進行工作，控制采煤機下滑和溜車的現象，實現采煤機調節精準控制。

3.2 變頻技術在提升機電設備中的應用

提升機在煤礦開采中的作用是將設備、物料、人員從地面輸送到地下，或者把設備、人員等提升到地面，起到地上與地下的運輸作用。在煤礦開采過程中，提升機每天都需要上下頻繁使用，不同物資的運輸對于速度的要求不同，例如設備的運輸的速度要比人員運輸的速度慢，如果都以運輸設備的速度運輸人員會降低煤礦生產的效率。并且頻繁地上下操作提升機所消耗的電能非常大。所以引入變頻技術，控制提升機上下運輸的速度，可以滿足不同運輸的需求，同時還可以降低電能的消耗。此外，傳統提升機在控制上下速度時會選擇通過增減電機的電阻來完成速度的變化，這種方式一方面調節速度的范圍較小，另一方面調速的穩定性難以保障，極易造成電阻的損壞。而引入變頻技術，通過電路程式來調節提升機的速度，提高了變速的范圍，并能夠提升變速的穩定性，這樣還可以延長提升機電機的使用壽命。

3.3 變頻技術在皮帶機電設備中的應用

皮帶機是運輸礦車的主要工具，由于礦料的重量大，所以皮帶機運轉需要大功率的電機，這樣在皮帶機啟動和停止過程中，都會給皮帶機造成強大的阻力，容易導致皮帶機的損壞，而且會加劇皮帶機皮帶的老化和斷裂。皮帶機如果采用勻速運輸，礦料進入皮帶機傳送和從皮帶機卸下時，太快不利于人工的操作，太慢又影響生產效率。引入變頻技術則可以通過數控使皮帶機根據需求進行調速，啟動和停止過程都予以緩沖，降低皮帶機機械的磨損，同時根據礦料上皮帶機和下皮帶機的及時操作自動變頻，使皮帶機運輸更加科學和人性化。

3.4 變頻技術在通風機電設備中的應用

通風機是煤礦井下作業必備的氣流交換設備，他可以保證井下工作人員的有氧呼吸。由于煤礦開采在隨著深度的不斷加大，換氣壓力也越來越大，通風機的功率要求就不斷的增加，所以需要通風機具有隨井深加深而不斷提高通風的能力，如果采用同一風速，可能造成在一定深度一下供氧不足，或者在較淺深度通風過大，造成能源的浪費。這就需要變頻技術對通風機進行控制，以保證在不同深度環境下作業的人員能夠擁有充足的氧氣。此外，通過變頻技術對通風機風量的調節，可以在一定程度上減少能源的消耗，為煤礦企業節約生產成本。

結語

變頻技術在煤礦機電設備的應用具有非常重要的作用，通過變頻技術可以有效地控制煤礦機電設備的啟動與停止，并通過調節變速器設備，控制煤礦的生產節奏，由此可以做到提高生產效率，降低能源消耗，實現節能環保目標。隨著煤礦機電設備智能化的發展，變頻技術的應用將更加廣泛和頻繁，并且隨著機電一體化、人工智能技術、網絡技術等的加入，變頻技術與各項技術相結合，再由變頻技術對煤礦機電設備進行控制，實現煤礦開采科技化、智能化。由此可見，變頻技術作為未來各項技術對機電設備操作的關鍵環節，在任何技術上都具有不可或缺的作用。

參考文獻

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第二篇：煤礦機電設備中變頻技術的應用研究（模版）

煤礦機電設備中變頻技術的應用研究

【摘要】從我國進行改革開放之后，我國逐漸走上了一條可持續發展之路，各個領域都以綠色、環保作為發展的前提，而變頻技術在有著良好的節省能源、降低消耗的作用的同時，還具有高性能矢量控制以及強大的抗干擾能力，因此，這項技術如果能夠在煤礦機電設備中運用得當，不僅能為企業創造更好的經濟效益，還能夠提高該行業的社會效益。本文就變頻技術的特點以及如何將變頻技術運用在煤礦機電設備當中做出了分析。【關鍵詞】煤礦機電設備；變頻技術；工作原理；實際應用

現階段，我國正處于一個經濟飛速發展的階段，各個行業都力圖在這個社會環境下取得更好的發展，而煤礦企業如果想要在如此激烈的市場競爭環境中脫穎而出，取得更好的發展前景，就必須要將節能效果更好的變頻技術運用到實際的煤礦開采工作當中。與此同時，經濟的飛速發展帶來的是我國居民的生活水平大幅度提高，在這個前提之下，人們開始更加的關注環保，希望能夠更進一步的改善生活環境，因此，煤礦企業就更應該將變頻技術應用到煤礦機電設備當中，從而在提升煤炭開采效率的同時還能夠保證節能環保。1 變頻技術的工作原理

在過去，各大煤礦企業都沒用能夠將變頻技術實際應用到煤礦機電設備當中，都是使用交流電發動煤礦機電設備來進行工作，這就造成了資源的大量浪費。在經過調查研究以及實際接觸之后發現，將變頻技術應用到煤礦機電設備當中能夠使交流電的速度發生一定的變化，因此，能夠在很大程度上的降低對于電能的消耗。就目前而言，變頻技術不管是在實踐上還是在理論上都已經取得了很大程度的進步，主要是包括以下幾點：功率器件變得更加智能化；逐漸實現了模糊自由化控制；變頻技術當中的控制理論變得更加成熟，主要表現在變頻速度的提升；我國許許多多的煤礦企業已經開始大量使用變頻技術來完成轉矩以及對矢量的控制工作。對于煤礦機電設備來說，使用變頻技術能夠使得交流電按照工作環境的變化而發生變化，通過將大功率晶體管（即GTR）轉換成為絕緣柵雙極晶體管（即IGBT）來提高功率器件的智能化程度，這就是變頻技術的實際工作原理。現階段，調速系統的集成度在日益提升，這就使得變頻器也開始日益綜合化，不單單是基本調速功能可以被有效實現，還出現了許許多多的新功能，例如通信功能、編程功能以及參數的辨識功能等。將變頻技術應用到煤礦機電設備中的優勢

近些年來，我國的煤礦行業發展飛速，而為了能夠確保經濟的持續性增長，我國各個煤礦企業都在大力開采中國越來越少的煤礦資源，這使得我國的煤炭資源儲藏量變得更加稀少，也導致煤炭行業的競爭變得更加激烈。在這些前提的制約之下，我國的煤炭行業如果想要獲得更好、更長遠的發展前景，就應當開始思考如何利用先進的技術來降低煤炭企業在日常的生產過程中所消耗的電力，通過盡量減少企業的工作成本來提高企業的經濟收益。因此，煤炭企業應當嘗試將變頻技術應用到煤礦機電設備當中，通過新興技術來實現企業生產過程中的節能減排，以此來提高企業的經濟效益，與此同時，將變頻技術應用到煤礦機電設備當中還能夠減少設備向外界排放出的廢物，大大的降低了煤炭開采活動對于生態環境產生的污染以及破壞。對于煤炭行業來說，在煤炭的開采過程中，各種機械設備每天消耗的電能非常多，只有合理的將變頻技術應用到煤礦機電設備當中，大量增加具體的變頻技術的應用案例，并以這些案例作為研究資料，才能夠實現對變頻技術的創新，從而更大程度上的提升對于煤礦機電設備的控制能力以及提升節能性。由此可見，將變頻技術應用到煤礦機電設備當中是極為必要的。如何在實際工作中將變頻技術應用到煤礦機電設備當中 3.1 將變頻技術應用到提升機當中

在煤炭開采人員進行煤炭開采工作的工程當中，需要頻繁的使用提升機來到達各個工作地點，并且需要使用提升機來完成對開采工具、材料以及煤炭材料的運用工作，因此，提升機對于每一個煤炭企業來說都是必不可少的設備之一。一般來說，提升機擁有以下兩個特點：提升機的運動速度情況比較復雜；提升機的啟動以及停止行為比較頻繁。提升機在工作的時候，主要是利用安裝在機械設備內部的金屬電阻來完成對于提升機的調速工作，而電機的轉速主要是取決于這個金屬電阻的電阻大小，因此，提升機在工作時就會消耗大量的電能。這種傳統的調速方法過于依賴額外動力來制動電源從而完成提升機的工作，安全性能就沒有過多的保障。為了提高提升機在運行中的安全性并降低工作時對于電能的消耗，相關的技術人員可以利用計算機來講變頻技術應用到煤礦機電設備當中，從而實現機電設備當中各個電路元件之間的連貫性，并加強各個元件之間的邏輯關系，從而最終實現對于提升機的優化。

3.2 將變頻技術應用到皮帶機當中

除了提升機之外，煤炭企業在進行煤礦的開采時，還需要運用到大功率的皮帶機來完成對于開采出的礦物的運輸工作，而這種皮帶機在工作的時候，非常依賴電機來帶動皮帶的轉動，因此，就需要使用非常大的電流量來啟動電機，從而帶動皮帶的轉動。傳統的液力耦合器能夠實現對于皮帶機的功能，但也會使電路電壓發生較大的變化，可能會降低皮帶的使用壽命，而且由于液力耦合器在工作時會產生大量的熱能，這也會加速皮帶的老化。因此，為了能夠降低皮帶的損耗，延長皮帶的使用年限，相關的技術人員可以將變頻技術運用到皮帶機當中，以此來實現皮帶機軟啟動，從而確保皮帶機的平穩運行，降低電能的消耗。將變頻技術應用到皮帶機當中，能夠大大的提升耦合器的能量以及能源的利用效率，而且設備的維修費用也會大大的降低，從而增加煤炭企業的經濟效益。3.3 將變頻技術應用到通風機當中

在進行煤炭資源的開采時，還需要使用通風機來為煤炭開采人員提供一個更加安全的工作環境。通常情況下，在煤炭開采人員深入井下進行開采的時候，必須要一直保持通風機處于工作狀態，因此，這也需要耗費巨大的電能，而且伴隨著煤炭開采數量的不斷增加，煤炭開采人員需要下到礦坑更加深入的地方來進行煤炭的開采，這對于礦井內的通風機也是一個巨大的挑戰，這主要體現在以下幾個方面：通風機的起動電流需要變得更大；通風機的設備損耗變得更大；通風機的功率隨著礦井開采的深度增加而變得更大。而將變頻技術應用到通風機當中，就可以使得通風機可以實現軟啟動，還可以減少對于電能的消耗從而解決礦井井下通風的問題，除此之外，還能夠延長通風機的使用壽命。3.4 將變頻技術應用到采煤機當中

煤炭企業在進行煤炭資源的開采時，必須要使用采煤機，因此，煤炭企業必須要做好四象限工作，并將變頻技術應用到四象限工作當中，只有這樣才能夠在較大范圍內完成對于采煤機的調節工作，從而確保采煤機能夠時刻保持平穩的運行，很大程度上的減少了下滑以及溜車等情況的發生。除此之外，將變頻技術應用到采煤機當中還能夠極大的簡化采煤機的操作工程，降低了煤礦開采的工作難度。4 總結

變頻技術一經問世，就引發了人們的廣泛關注，很多企業都逐漸意識到變頻技術對于企業發展的重要性。因此，會有越來越多的企業將變頻技術應用到實際工作當中，尤其是煤礦開采行業，變頻技術對于煤礦開采行業的提升非常巨大，而在經過一段時間的應用過后可能還會變得更加巨大，因此，煤礦開采行業應當將變頻技術應用到更多的煤礦機電設備當中，讓煤炭企業在激烈的市場競爭中更具競爭力。【參考文獻】

[1] 王恩標.煤礦機電設備變頻技術的應用現狀分析[J].城市建設理論研究（電子版）,2014,(17):745-745.[2] 朱峰波.煤礦機電設備變頻技術的應用現狀分析[J].城市建設理論研究（電子版）,2013,(3).[3] 張建榮.變頻技術在煤礦機電設備節能改造中的應用研究[J].低碳世界,2013,(20):245-246.

第三篇：智能變頻調速裝置在煤礦中的應用

智能變頻調速裝置在煤礦中的應用

沈占彬

張曉軍

(平頂山工業職業技術學院，河南

平頂山

467001)

礦用交流提升機在減速和爬行段的速度控制困難，不能實現恒減速控制，轉子串電阻調速能耗十分大，控制電路復雜，經常產生故障和損壞等問題。在斜井提升機系統中應用變頻器，節能效果顯著，應用前景廣闊。目前礦用提升機普遍使用交流繞線式電機轉子串電阻調速控制系統，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負載變動時很難實現恒減速控制，經常會造成過放和過卷事故。提升機頻繁的啟動和制動工作過程會使轉子串電阻調速產生相當嚴重的能耗，轉子串電阻調速控制電路復雜，這種轉子串電阻調速屬于有級調速，低速轉矩小，轉差功率大，啟動電流和換檔電流沖擊大，中高速運行振動大，制動不安全不可靠，對再生能量處理不力，斜井提升機運行中調速不連續，容易掉道，接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞，故障率高，影響生產效益。特別是在煤礦生產中不能實現防爆要求。針對串電阻調速系統的這些問題，本文介紹變頻器在提升機調速系統中的應用。變頻器的調速控制可以實現提升機的恒加速和恒減速控制，能很好的防止提升機過卷和過放事故發生。變頻器的調速還可以實現電動機的軟啟動，去除了轉子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節能效果。變頻器調速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞的缺點，降低了故障和事故發生。交頻器靈活的調速控制便于實現提升機的多段速控制，能防止叉道和彎道脫軌事故。因此，變頻器在提升機調速系統中的應用有十分廣闊的前景。

鑒于變頻調速提升絞車的優越性，我礦采用唐山開誠電器有限責任公司生產的ZJT-30型隔爆兼本安智能變頻調速裝置。該變頻調速裝置主要整流及逆變元件和PLC及輔助元件均采用進口產品，具有可靠性高、使用壽命長等特點。它能有效地保護電機，延長電機的使用壽命。由于變頻調速裝置采用了隔爆兼本質安全型設計，符合《煤礦安全規程》的要求，可應用于煤礦井下含有煤塵、瓦斯爆炸危險的環境中，作為局部風機、水泵、空壓機、提升絞車、皮帶運輸機及其它設備電機的變頻調速和起停及保護控制，從而實現節能降耗、安全生產、延長電機使用壽命等多重目的。

系統的優點

本系統設有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開時，另二條也同時斷開。安全電路斷開后，系統會立即解除運行控制指令，封鎖變頻器，分制動油泵，斷開安全閥和KT線圈,進行緊急制動。

(1)實現了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩可靠。

(2)起動及加速換擋時沖擊電流很小，減輕了對電網的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強度。

(3)運行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。

(4)安全保護功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護外，還設有過卷、等速超速、定點超速、PLC編碼器斷線、錯向、傳動系統故障、自動限速等保護功能。

(5)設有回饋制動、抱閘制動制動方式，更加安全可靠。

(6)該系統四象限運行，可實現絞車的調速、換向、能量回饋制動等功能，且不受回饋能量大小的限制，適應范圍廣，節能效果更加明顯。

(7)采用雙PLC控制回路，能夠實現雙回路保護，一回路出現故障，另一回還可以繼續運行。提升機變頻調速的系統結構

圖1：絞車電控系統圖

圖1所示，提升機ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能變頻調速其主要配置為變頻調速系統、PLC控制系統及軸編碼器監測系統組成，其中變頻調速系統（圖2所示）又分為輸入電抗器、可控整流系統、電容平波系統、輸出逆變系統。變頻器主要對提升機的升降實現變頻調速等，可控整流系統是一種可回饋電能的逆變器，它可單獨作為高質量的無功補償器使用，也可與其他系統相結合組成新的系統，以實現能量在交流側和直流側的雙向傳輸，同時，系統可將交流側的功率因數調整到任何希望的數值，且交流側的電流為近乎完美的正弦波。電容平波系統主要對電網脈動整流濾波使其達到輸出的波形平穩。PLC控制系統主要對提升機的變速、停車和精確制動、提升啟動、下降啟動、故障復位及緊急制動等操作控制。抱閘制動主要實現提升機停車控制。軸編碼器監測系統是把運行的速度及方向和位置信號進行轉換傳輸到PLC控制系統中。

3-AC660V1L11L21L3電抗器箱變頻器箱+HA-Q01BUS++L1L2L3185KW,660V+UVWPE+M~BUS-圖2 變頻調速系統提升機變頻調速系統按工作方式又分為變頻器、行程控制、操作控制和抱閘控制。1.變頻器

在提升機系統中的應用中，變頻器主要進行恒加速變頻調速啟動、恒減速變頻調速停車及行程變頻調速運行等變頻調速。變頻調速是通過改變電機輸入電源的頻率來調節電機轉速的，因此調速范圍很寬，一般變頻器基本上都可以達到0～400Hz，頻率調節精度一般為0.01Hz，可以很好地滿足提升機的恒加速和恒減速無級調速的要求。采用變頻器后，電機可以實現真正意義上的軟啟動和平滑調速。變頻器調速有別于轉子串電阻調速，降低了轉差率，提高了電路的功率因數，可以恒轉矩輸出，輸出功率隨轉速變化，因此具有很好的節電效果。另一方面，變頻器還可通過軟件，很方便地改變輸出轉矩（即調整轉矩補償曲線）和加減速時間、目標頻率、上下限頻率等。變頻器還具有強大的兼容功能，并根據使用要求進行功能組合，參數設置（修改）和動態調通。變頻器也可通過端子排控制，對行程進行多段速度控制。圖3為變頻器恒加速和恒減速調速過程示意圖，加速和減速過程可以靈活的調節，這種調速方式對防止提升機的過卷、過放、脫軌等都是十分有利的。

2.行程控制（PLC控制）

圖3是提升機提升和下降過程示意圖，行程控制分為2個過程，一個為正向提升行程，另—個為反向下降行程。行程控制主要將提升機的升降過程劃分成不同的行程區間，根據每一行程區間的實際情況，可以用不同的變頻調速控制提升機的升降速度。行程控制不僅控制提升機整個升降行程過程的變頻調速，而且控制提升機的停車和制動過程。行程控制可以很好的防止提升機過卷、過放、脫軌和翻車等事故發生，特別適合具有彎道和叉道的特殊斜井。

行程控制是根據提升機的升降位置（行程區間）實施控制，PLC將行程位置轉換成開關信號 3（如圖1所示），發出指令控制信號傳輸到變頻器進行多段速變頻控制，停車控制和制動控制等。

3.制動控制

提升機的安全使用必須要有良好的制動和制動控制系統。制動一般采取回饋制動和抱閘制動相結合，回饋制動主要利用提升機的慣性在減速和下降行程所產生的再生能量進行制動。變頻器使用回饋單元實現回饋制動，這是一種軟制動形式，能很好的防止機械沖擊和快速下滑。為了防止滑車等事故，使用抱閘對提升機實施抱死制動，抱閘制動—般在停車時使用，當運行到停車位置時，PLC對變頻器發出停車信號。同時，對抱閘制動器發出抱閘控制信號，實施抱閘制動。當發生脫軌等事故時，操作控制實行緊急抱閘制動。

4.操作控制

操作控制主要執行提升啟動、下降啟動各緊急抱閘制動等控制。“提升啟動”操作控制變頻器正轉運行，提升過程由行程控制器的提升行程控制完成。“下降啟動”操作控制變頻器反轉，下降過程由行程控制器的下降行程控制完成。“緊急制動”操作主要控制異常時的變頻器停止和抱閘制動。

工作原理

ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能變頻調速系統的工作原理是：操作臺發出操作指令信號，傳輸到PLC-A1和PLC-A2，PLC-A1和PLC-A2根據軸編碼系統、保護系統傳回的信號進行內部比較，然后根據程序控制變頻器執行起動、停車、制動、保護等功能。在PLC-A1故障或與其有關的編碼器故障時，將“應急方式”轉換開關打在“應急1”位置,利用PLC-A2可實現應急手動開車；同樣在PLC-A2故障或與其有關的編碼器故障時，將“應急方式”轉換開關打在“應急2”位置,這時在PLC-A1內可把與PLC-A2相關的信號旁路掉，利用PLC-A1可手動開車。

變頻器是通過改變電機定子供電頻率來改變電機的轉速，以實現絞車的調速。交流異步電動機的轉速公式為

n=60f1(1－S)／p 其中n—電機轉速 f1—定子供電頻率

p—極對數 s—轉差率

其中變頻調速系統的工作原理如圖2所示，系統內部采用矢量控制思想，“交—直—交”變頻理論最終產生PWM電壓。AC660V電源由隔爆接線腔 R、S、T 三個接線柱接入隔爆主腔內，經整流平波電路輸入 IGBT 逆變橋，由逆變電路輸出 U、V、W 來驅動電機的運行，對電機頻率的調整控制，可根據現場的工況需要，由外部速度鈕，以無級調速的方式設定好實際需要的參數值（即頻率／速度值），以達到精確地適應所需頻率 ／速度 ／功率的輸出的要求。當工作現場的工況要求發生變化時，可隨時用本質安全型參數程序控制器（鍵盤或 CCS 操作臺）來修改參數，應用方便、靈活、可靠。

現場應用情況及運行效果

從2004年10月份到目前，平煤集團四礦使用該ZJT-30-MSC型智能變頻調速裝置以來，經過測算和試用相比較，節電率達到30%以上。同時變頻絞車改造后絞車運行的穩定性和安全性大大增加。因此大大減少了運行故障和維修時間，節約了大量人力和物力，在很大程度上提高了四礦的運輸能力。

第四篇：變頻技術在游梁式抽油機中的應用

變頻技術在游梁式抽油機中的應用

作者： 劉衛豐

摘要：在保留游梁式抽油機優點的基礎上，將游梁式抽油機固定運動特性改變為隨油井工況可調節的可變運動特性。根據油井工況，通過調整電機頻率來控制抽油機沖次，從而滿足開采工況復雜多變的油井和復雜油藏的需求，最終使油井供排液系統達到動態協調，泵充滿度明顯提高，并具有明顯的增產、節能效果。關鍵詞：變頻；游梁式抽油機；可變運動特性

一、變頻調速技術改造的必要性

（一）游梁抽油機無法滿足復雜油藏的要求

目前熱河臺油田已進入開發生產后期，但是由于受構造影響，部分小斷塊尚未實現注水開發，地層虧空嚴重，油井供液不足。需要降低抽油機參數生產。低沖次的開采工藝即可保證產液量穩定，又可以延長設備使用期限。但是，長期的低沖次生產，又使油井的動液面得到恢復，有時動液面監測，發現動液面上升，為了提高單井產量，又需要加快沖次。生產過程中，經常需要根據動液面變化情況，適當調整沖次。而目前的游梁式抽油機因無法調節其運動規律很難滿足要求。

（二）游梁抽油機調節費時、費力

目前的游梁式抽油機只能靠更換皮帶輪來調節沖次，這樣的維修費用高，工人的勞動時間長，強度高，原油的生產成本高，且浪費了大量的生產時間。因此，生產中急需能夠隨時調節抽油機沖次的技術，來滿足生產需要。

二、變頻技術的選擇

在保留游梁式抽油機優點的基礎上，將游梁式抽油機固定運動特性改變為隨油井工況可調節的可變運動特性，最簡單的方法是應用電動機調速技術。目前異步電動機調速方法有改變電動機的磁極對數、改變轉差率和改變電源頻率等3種。其中改變電源頻率調速即變頻調速是近年來廣泛應用的成熟技術，變頻調速所達到的指標堪與直流電動機的調速性能相媲美。變頻調速技術在我國石油工業的原油集輸、供水系統和采暖供熱系統上已廣泛應用。采用變頻調速技術將游梁式抽油機改造成為可調頻抽油機，可根據油井工況調節運動特性，從而滿足開采工況復雜多變的油井和復雜油藏的需求。實踐證明，在油田設備上應用變頻調速技術不僅節能效果明顯，而且降低了工人的勞動強度，減少了工作量，綜合效益明顯提高。因此，可采用變頻調速技術作為改造游梁式抽油機的主要技術。

三、變頻技術的原理

游梁式抽油機電動機電源頻率為50Hz，電壓為380V，油田普遍使用低轉速的普通異步電動機，具有較硬的外特性，其轉速隨載荷變化很小，因而驢頭懸點的運動規律基本不變。而變頻技術是隨著電子技術的發展而逐漸成熟，并廣泛應用于抽油機電動機的一種新技術，在降低電機功耗，改善其運行狀況中取得了顯著效果。但在現場使用中，由于各油井的工況不同，對電動機頻率通常是以經驗來調節的。電機的輸出功率為P=M1ω，式中，M1電動機輸出扭矩，ω為電動機輸出軸角速度。可見，降低電動機轉速就可以實現降低電動機輸出動率的目的。變頻技術的機理就是通過改變電源頻率，來達到改變電動機轉速的目的。

四、現場應用效果

熱河臺油田目前有抽油機井20口，產油量較高的井有7口，含水較高的井有7口，低產井6口。其中安裝變頻柜的抽油機有7口，今年新安裝變頻柜的有5口。通過使用變頻柜，熱河臺油田產液量、產油量較去年相比，均有所增長。圖為2012年、2013年熱河臺油田日均產液量、產油量對比（不含新井）： 年份 2012年 2013年 對比 日均產液量 85.8 111 +25.2

日均產油量 32.3 34 +1.7

我們根據各井測試結果，通過變頻適當調節沖次，來滿足生產需要，對比效果如下： 熱18-6通過地質測試，動液面較高，我們適當提高沖次，產量對比變化如下：

井號 熱18-6 對比

下： 沖次/分 6 9 +3

日均產液量 14.1 17.2 +3.1

日均產油量 8.1 9.4 +1.3

熱熱11-

5、熱7-07井，由于測試結果顯示含水較多，我們適當降低沖次，來滿足生產需要，對比效果如井號 調整前 對比 調整后 對比

沖次/分

熱11-5 熱11-5 熱7-07 熱7-07 7 4-3 6 2-4.5

日均產液量 日均產油量 5.9 5-0.9 7.8 5-2.8

0.3 0.3 0 0 0 0

熱河臺仍有部分井建議安裝變頻柜，如熱

21、熱27，以滿足復雜多變的生產需要。

實踐證明，變頻調速應用到目前的游梁式抽油機，其投資少、見效快、實用性強，不僅能夠節約成本，提高產量，還能延長抽油機的使用壽命，符合我國提倡的用高新技術改造傳統產業的方針。

第五篇：變頻調速技術在暖通空調中的應用

變頻調速技術在暖通空調中的應用引言

近十幾年來，隨著電力電子技術、微電子技術及現代控制理論的發展，變頻器已廣泛地用于交流電動機的速度控制。因為其具有高效率的驅動性能及良好的控制特性，在各行各業得到很好的應用。在暖通空調領域應用變頻調速技術，一方面可以極大地節省水泵或風機的電能，實現系統的節能運行；另一方面可以提高系統的運行品質，實現高精度控制，滿足對環境的舒適度和生產工藝過程對環境的溫、濕度精度要求，從而有效地提高經濟效益和產品質量。變頻器不僅在大型的通風、空調、供熱等系統中得到了有效地利用，而且也已進入家電產品中，如家用空調器，電冰箱等家電設備中都用到了變頻調速技術。可以說在暖通空調領域，凡是有需要速度控制的場合，變頻器都以其操作方便、體積小、控制性能好而獲得了廣泛應用。

本文僅就變頻器用在泵與風機中的節能運行機理、變頻調速控制系統的一般組成，以及變頻調速技術在暖通空調領域中的幾個具體應用方向做一簡單的介紹。泵與風機應用交流變頻器節能的運行機理2、1 泵與風機的特性

泵與風機的軸功率N與其流量Q、揚程H(壓力)之間的關系為：

N∝Q×H

當流量由Q1變化到Q2時，電動機的轉速由n1變為n2，此時Q、H、N相對于轉速的關系如下：

可以看出，泵或風機的軸功率與轉速的3次方成正比。揚程與轉速的2次方成正比，流量與轉速的1次方成正比。圖1示出泵和風機的揚程與流量的關系曲線。

2、2 系統特性

流體在管路系統中的特性可以表達成如下的關系式：

其中H為管路系統的壓差阻力；P2、P1為流體高、低壓面的壓強，Hz為流體高、低壓面的高差。S為管路系統的阻力系數，與管路系統的沿程阻力和局部阻力以及幾何形狀有關。

2、3 泵與風機的工作點

根據管路系統特性所提出的流量及其相應的壓頭必須由泵或風機來滿足。將泵或風機的性能曲線和管路系統的性能曲線同繪在一張坐標圖上，如圖3所示，兩條曲線相交的點O就是泵或風機的工作點。其中O～O′為系統的流動阻力。

在設計工況下,泵或風機可以在流量為Q0的條件下向管路系統提供H0的揚程。

2、4 當需要的流量減少時傳統的調節方法

通常泵或風機的容量是按照系統需要的最大要求而設計的，然而在實際應用中，系統大多數時間里在遠小于設計容量下工作。傳統的調節方法是在泵或風機的出口處加裝閥門，用關小閥門加大系統局部阻力即改變管路系統特性曲線的方法來進行調節。如圖4工作點從0變到1。這種方法簡單有效，但嚴重影響了系統的效率。雖然流量減少了，但消耗在閥門上的損耗增加了，實踐證明，這種調節方法在流量減少的情況下，泵或風機的軸功率基本沒有改變。

2、5 變頻調速的方法

如果系統安裝有變頻調速控制裝置，當需要的流量減少時，不總采用關小閥門出口的方法，而是利用變頻調速控制裝置改變泵或風機電動機的轉速。在減少系統流量的同時降低了系統阻力，就可以達到既減少流量，又可以極大地減少電動機的軸功率，達到節能的效果。泵或風機的軸功率與轉速的3次方成正比，而流量與轉速的1次方成正比，故泵或風機的軸功率與流量的3次方成正比。它們之間的關系如圖6所示。從圖上可以看出，當流量減小為原流量的80％時，軸功率減少為原軸功率的51％；當流量減少為原流量的60％時，軸功率減少為原軸功率的22％左右。如果和改變泵或風機出口閥門開度的方法相比，變頻調速方法的節能效果是非常明顯的。變頻調速控制系統的組成暖通空調中用到的變頻調速控制系統一般由傳感器、變送器、調節器、控制器、變頻器、電動機及被控制設備幾部分組成。傳感器用來感測被控設備中的被控參量，它可以是流量、壓力、溫度、濕度、氣體含量等，一般是利用傳感器把被控參數轉換成電信號。變送器的作用是把傳感器得到的電信號進行放大、整形等處理，然后統一調整為規則化的電壓，如0V～5V或電流信號4mA～20mA等作為調節器的輸入。調節器或控制器，它們其實就是一個由單片機組成的微型控制系統。本身具有計算、判斷、邏輯分析功能。它有數字和模擬輸入端、數字和模擬輸出端，可以在軟件的控制下實現PID或模糊控制等控制規律，還可以利用數字輸出口，指揮數臺電動機的調頻與工頻之間的切換、被控設備相關部件的開啟或關閉等多種操作。變頻器是利用電子器件的智能控制技術把電壓頻率固定的交流電變成了電壓頻率可變的交流電的一種控制設備。用變頻器輸出的頻率、電壓可變的交流電去驅動電動機就可以達到電動機的調速。變頻器一般由供電部分、輸出部分、控制部分、保護部分、顯示部分和給定部分組成。容量從幾十瓦到幾百千瓦，既有三相的也有單項的。十多年以來，變頻器的可靠性越來越強，價格越來越低，應用的領域越來越廣泛。電動機和被控設備一起構成了生產過程的動力源和執行機構，用以保證生產或系統工作的正常。以上說明的控制系統是一種閉環控制系統，有時對于一些簡單的控制系統也采用開環式的控制系統，這時傳感器、變送器和調節器由人的五官和大腦來擔任。當觀測到或感覺到系統的被控參數發生偏差以后，用人工的方法去調整變頻器的給定值，使電動機的速度改變，從而達到控制被控參數的目的。變頻調速技術在暖通空調中的應用4、1 變風量控制系統

空調系統的設計一般都是按室內負荷和室外溫濕度最不利的情況來設計的。但一年中這

種設計工況的維持時間只有數天或數十小時，絕大多數情況下都是在非滿負荷下工作。我國目前大部分空調系統都是采用的定風量系統，在這種系統中，當空調冷負荷變小以后，常采用機器露點不變，再對冷卻的空氣進行不同程度的“再熱”的方法來解決。這種方法雖然可以滿足空調負荷變化的需要，但都增加了不必要的“再熱”能量，是一種不經濟的運行方式。變風量系統在室內冷負荷變小的時候，不是增加“再熱”而是用減少風量的方法來適應負荷的變化，即去掉了“再熱”又減少了風機的軸功率，如系統全年均在70％風量下工作，風機耗電約可減少一半，因此是一種節能的空調運行方式。在變頻器技術不成熟以前，改變交流電動機轉速的工作非常困難，限制了變風量空調系統的發展。隨著變頻器技術的成熟和價格的降低，變風量空調系統將得到廣泛的應用。

4、2 變冷水量系統

在非設計負荷條件下，空調區域的需冷量減少，一般是采用二通閥來調節末端設備冷水的流量來適應需冷量的變化，在一級泵系統中，流過末端設備的冷水和流過冷機蒸發器的冷水是串聯的。通過冷機蒸發器的水流量是不能低于所需水量額定值的，否則將導致結冰的危險。一般冷機廠家要求通過蒸發器的水流量恒定，即定流量工作。為了解決負荷側變流與冷源側定流量之間的矛盾，一般采用在供回水管路上設旁通管，在旁通管上裝壓差調節器，控制旁通管上的二通閥，即改變旁通水量的方法來解決。這樣雖然可以解決上面的矛盾。但是這種系統水泵的能耗沒有因為需冷量的減少而降低，因此是不經濟的。為了達到既變水量又節能的目的，可以采用二級泵系統，在這種系統中冷源側采用定流量控制的一次泵，負荷側增加了采用變流量控制的二次泵。當系統的需冷量減少，二通閥關小，用戶側供回水管壓差增大時，降低二次泵的轉速以維持用戶側供回水管壓差的恒定，這樣就達到了節能的目的。實踐證明采用具有變頻調速功能的二級泵變流量冷水系統具有顯著的減少輸送能的節能效果。

4、3 鍋爐鼓引風機的節能運行

設計人員在確定鍋爐鼓引風機的電動機功率時，由于有些系數的具體數值難以準確確定，往往會造成裝機容量超過鍋爐最大負荷時所需功率的情況，同時鍋爐不可能總在滿負荷下運行，隨著室外溫度的提高，供暖負荷會有相應的減少，為了適應負荷的變化就要減少燃料的供應量，同時減少鼓引風機的通風量。采用關小風閥的辦法可以達到減少通風量的目的，但會增加系統的阻力和噪聲，是不經濟的調節方法。采用變頻調速技術，根據鍋爐的實際燃燒情況，通過控制器直接去調節鼓引風機的轉速就可以達到調節風量又節能的要求。據有關鍋爐鼓引風機改造工程的實際數據，一臺14MW的熱水采暖鍋爐的鼓引風機年節電可達18萬kWh。

4、4 采暖與空調水系統的恒壓點控制

采暖與空調水系統的定壓常采用高架開口水箱(膨脹水箱)的方法。但有時會遇到沒有適當的架設位置的困難，這時常采用氣壓罐定壓和補給水泵等方式，氣壓罐定壓占地面積比較大，在鍋爐房面積比較小的地方難以采用。補給水泵定壓又可分為間歇補水定壓和連續補水定壓。間歇補水定壓的定壓點在上、下限壓力之間波動，通常波動范圍為0.05MPa左右，波動范圍過小，則接觸開關頻繁動作易于損壞。連續補水定壓的工作原理如圖12所示。它有兩種工作方式，第一種利用自力式補水調節閥，當定壓點6的壓力過低時補水調節閥開大，增加進入網路的補水量，使壓力上升到要求的壓力，如壓力過高，補水調節閥關小，減少進入網路的補水量，使壓力下降到規定值。在這種工作方式下，水系統定壓點的壓力穩定，但補給水泵始終以50Hz的頻率工作，是不經濟的。第二種方式是把補給水泵改成變頻調速控制，利用遠傳壓力表測量到的定壓點的實際壓力值與預先設定的控制壓力值在控制器中進行比較，根據其差別的大小調整控制器的輸出，進而改變補給水泵運轉的速度，達到恒定定壓點的要求。因為補給水泵可以根據壓力的不同情況在不同的頻率下工作，所以可以節省補給水泵電動機的能耗。實際工作表明這種定壓方式，控制精度高，定壓點的壓力值可以精確地控制在0.01MPa的范圍內。

4、5 冷卻塔風機的變速控制

冷卻塔風機的作用是驅動空氣與在冷凝器吸收了熱量的冷卻水強行進行熱濕交換，以使冷卻水降溫后再返回冷凝器進行吸熱。為使制冷設備在一定的負荷范圍內穩定運行，必須使進入冷凝器的冷卻水溫度保持穩定。對于吸收式制冷機，冷卻水溫度過低將出現溶液結晶事故。對于大型封閉式離心機組，冷凝壓力過低會引起電機冷卻液流動不暢，可能造成電機局部過熱甚至燒毀。冷卻水溫度過高則會降低制冷機效率。穩定冷卻水溫度可以采用調節運行臺數或調節風機轉速的方法，也可以采用利用三通閥調節通過冷卻塔的水量與通過旁通水量比例的方法。利用三通閥調節旁通水量的方法，冷卻水泵的輸送能量并沒有減少，如果把冷卻水泵改成變頻泵，因為流過冷凝器的水量一般情況下不能變化很大，所以變頻的范圍也受到了限制。較好的方法是采用變頻調速技術去調節冷卻塔風機轉速，可以把冷卻水溫度控制在一個比較高的精度范圍內，又可以節省風機的電耗。

4、6 變頻空調器

一般的窗式空調器或分體式空調器，采用ON/OFF控制方式，這種控制方式室內溫度和濕度會發生波動，影響人的舒適感。壓縮機在啟動時有很大的沖擊電流，需要配置比連續運行時更大的電源容量，為了克服以上缺點，近幾年出現了所謂的變頻空調器，這種空調器中的控制器根據傳感器得到的被控房間的溫度值與預先給定的溫度設定值比較，根據二者的偏差去控制變頻器的頻率輸出，進而改變制冷壓縮機的轉速，達到調節被控房間溫度的目的。使用變頻空調可以達到以下效果：

(1)在輕負載時，壓縮機在較低轉速下工作，相對壓縮機容量，蒸發器和冷凝器在相對比率較高的情況下工作，整體效率有所提高，因而可以節能。

(2)由于使用了變頻技術，壓縮機的開停次數減少，制冷系統的壓力變化損耗減少。

(3)室內溫度不再是一個波動值而是在設定值上下一個極小范圍內變化。人的舒適度得到了改善。

(4)減少了電動機的啟動電流，可以增加壓縮機的使用壽命。日本大金公司生產一種所謂的VRV的變頻控制空調系統，它分成室內機和室外機兩部分。室內機中由蒸發器、風機組成。室外機由可變頻的壓縮機、冷凝器、冷凝風機和節流元件組成。兩邊通過制冷劑管路聯接。一臺室外機可以根據需要帶數臺至十幾臺室內機，它強大的自動控制系統可以根據系統配置的實際情況和被控點的溫度情況及時地調整室外機中壓縮機的轉速及制冷劑的流量，使整個

系統協調一致高效地工作。該產品還有單冷型、熱泵型和帶熱回收型幾種型式。

變頻調速技術在大型制冷機特別是離心式制冷機中也得到了很好的應用。如美國約克公司生產的離心式制冷機，使用了變頻調速技術大大改善了制冷機的調節特性。結論

變頻調速技術是隨著電力電子技術、微電子技術和計算機技術發展起來的一門新興的應用技術，具有控制性能好，運行效率高，體積小，操作方便的特點，特別是在泵與風機的控制方面有很好的節能效果。暖通空調系統耗能在整個建筑物耗能中所占的比例日益增大，其中泵與風機的流體輸送能耗又占了很大比例，把變頻調速技術應用于暖通空調系統，對減少建筑物的整體能耗，提高系統運行效率有很大的意義。同時，應用變頻調速技術還可以改進自動控制系統的控制效果，可以提高被控環境的質量和生產工藝過程對溫濕度的精度要求，從而提高產品質量，有很好的經濟效益和社會效益。