第一篇：能量回饋單元在離心機上的應用

能量回饋單元在離心機上的應用

離心機是一種大慣量恒轉矩設備，正是這種機械特性使得制動單元成為離心機運行控制主要部件之一，對于離心機的工藝控制和機械效率的提高都有非常重要的意義。離心機降速時，如果采用自由停車，離心機的實際停車時間將超過2小時，這對于離心機使用及工藝控制都有很大的制約，采用機械制動方式，對于較大容量的離心機來說，不但時間太長，控制和安全方面則存在較大的隱患；所以只能利用變頻調速制動方式。在利用變頻調速制動時，變頻器的設定制動時間較短，由于離心機的轉動慣量很大，離心機的轉鼓帶動電動機轉動，此時電動機的轉速比變頻器的輸出同步轉速高，電動機處于發電狀態使得變頻器直流母線電壓升高，如果不能把這部分能量消耗掉，使得直流母線電壓保持在正常范圍內，變頻器將出現直流過電壓報警故障而不能正常工作；為了消耗掉這部分再生能量，使用制動單元及制動電阻互相配合，在制動單元檢測到直流母線電壓超過正常工作范圍值時，打開直流母線和制動電阻之間的電路通道，將電動機產生的再生電能消耗在制動電阻上，從而限制直流母線電壓，使得降速過程正常進行。

受到技術及成本上的限制，以前的離心機設備生產廠家都采用上述能耗制動方式，電動機產生的再生電能直接消耗在制動電阻上，大量的再生制動電能得不到利用，更由于制動單元及制動電阻在配備上受到配電室環境限制，從功率上不能做的太大，否則大量的發熱將會導致制動單元及變頻器過熱保護，影響的生產的順利進行。隨著電子技術的不斷發展，能量回饋式制動單元逐漸得到開發和利用，進口回饋制動單元由于價格高，回收期長，維護費用大，維護水平要求較高，因此在使用上受到限制。今年來深圳合興加能開發出多系列的能量回饋產品，技術達到世界領先水平，這使得回饋產品的大量應用成為現實。

由眾多國內外的回饋饋制動單元中，深圳加能生產的PSG系列能量回饋更為廣大用戶所接受，其特點如下：

1、高效，低噪，綠色環保。

2、適用于所有品牌的變頻器。

3、PSG能量回饋會自動測量再生電能的大小，自動計算最佳制動力矩，用戶不必設定任何參數。

4、較高的性價比，THD<5%,綜合節能率達25%~60%。

5、接線簡便易行，制動效果較好。節能分析 由于采用了PSG能量回饋，將離心機帶料的轉鼓運轉勢能在降速時轉化為再生電能直接回饋到電網，因此將節約大量的電能，減少相應的電費支出。此外，采用PSG能量回饋以后，節約了配電室的空調使用，改善了電氣設備的運行環境，在另一方面獲得了節能效果。因此，此項投資對公司是非常有益的。

第二篇：能量回饋單元原理及應用

能量回饋單元基本原理及應用

收藏此信息打印該信息 添加：單升華來源：未知

單升華

北京時代新紀元技術有限公司，北京100085 摘要 TEFU系列能量回饋單元是與通用變頻器配套使用的設備，采用正弦波電流跟蹤技術，它主要應用于往復運動、頻繁正反轉和快速停車的場合，如油田抽油機、電梯、卷繞設備、大型龍門刨床、機床主軸等。與通常采用制動單元和制動電阻的方式相比，能量回饋單元可以顯著節能，并且制動轉矩響應動作迅速，是一款綠色、環保、節能的產品。介紹了它的基本原理、試驗波形及應用。

關鍵字 正弦波電流跟蹤；制動轉矩；響應時間；節能

The Basic Theory and Application of TEFU Series Energy Feedback Unit

SHAN Shenghua Beijing New Century Technologies Co.Ltd.，Beijing 100085 China Abstract TEFU series energy feedback unit is a device that is used with general inverter, the sine wave current tracking technology is adopted.The fields of application include reciprocation,often changing direction and rapid brake,such as take out oil machine,elevator,winding device,large planer,principal axis etc.It can save more energy compared with brake unit and brake resistor,and the brake torque is bigger.It is a green, safeguard inviroment and save energy product.It's basic theory,test waves and applications is introduced.Keywords sine wave current tracking technology；brake torque；response time；save enengy

0 引言

在變頻器電氣傳動系統中，當電機的負載是位能式負載，如油田抽油機、礦用提升機等，或大慣量負載，如風機、水泥制管、動平衡機等，以及軋鋼機、大型龍門刨床、機床主軸等需要快速制動類負載時，電機都不可避免地存在發電過程，即電機轉子在外力的拖動或負載自身轉動慣量的維持下，使得電機的實際轉速大于變頻器輸出的同步轉速，電機所發出的電能，將會通過變頻器逆變橋的續流二極管組成的三相整流電路，儲存在變頻器的直流母線的濾波電容中。如果不把這部分能量消耗掉，直流母線電壓就會迅速升高，影響變頻器的正常工作。通常處理這部分能量的方法是增加制動單元和制動電阻，將這部分電能消耗在電阻上變成熱能浪費掉，而采用TEFU系列產品完全可以替代制動單元和制動電阻，并且可以將這部分能量回饋給電網，供其他設備使用，實現綠色、環保、節能的目的。本文介紹的TEFU系列能量回饋單元提出了一種正弦波電流跟蹤技術，使得回饋電網的電流波形畸變率<5%。1 電機再生能量的幾種常用處理辦法

在電機傳動領域中，當電機快速制動或被其他力量拖動而工作在再生發電狀態時，為避免變頻器出現過流或過壓故障跳閘，需要采取一些措施來處理電機的再生發電能量。

1）采用制動單元和制動電阻，制動單元的工作原理是通過檢測變頻器的直流母線電壓來實現對再生能量的處理。當直流母線電壓超過某一設定數值（如680 V）時，打開制動單元的開關將大功率制動電阻連接到直流母線上，釋放儲存在變頻器內濾波電容上的電能，此時電阻將電能轉變成熱能消耗掉，制動能量被白白浪費，效率很低。采用這種方式時，投資較少，性能上的缺點是制動響應時間慢，制動轉矩不足。2）在變頻器的直流母線上并聯超級大電容，這種方式的原理如圖1所示。其原理是將電機制動時的再生能量儲存在足夠大的超級電容器中，當電機工作在電動機狀況時，又將儲存在超級大電容中的電能利用，因此，這樣的方式效率最高，基本沒有損耗，轉換效率可達99%以上（不考慮電機的發電效率）。但是這種策略存在的致命缺點是電容的容量一般在法拉級，受制造工藝和材料的限制，超級大電容體積非常龐大，價格昂貴。

3）采用共用直流母線的策略，這種方式的原理如圖2所示，但僅適合于多電機傳動系統。當系統中某臺電機處在再生發電狀態時，它所發出的電能可以被處于電動狀態的其他電機所利用。但是這種方案僅適用于多電機傳動系統，而且要求處于發電狀態的電機容量要遠小于工作在電動狀態的電動機容量，應用有一定的局限性。

由以上分析可見，不管采用上述何種方法處理電機的再生發電能量，都會或多或少地存在一些問題，不是耗能就是價格昂貴或者應用范圍受限。針對以上問題，很多學者都在研究能量回饋問題。TEFU系列能量回饋單元基本原理

TEFU系列能量回饋單元，通過自動檢測變頻器的直流母線電壓，采用正弦波電流跟蹤技術，將變頻器直流環節的直流電壓逆變成與電網電壓同頻同相的三相交流電壓，經多重噪聲濾波后連接到交流電網。從而達到能量回饋的目的，并且實現單位功率因數回饋，回饋到電網的電能達到電機發電能量的97%以上，有效節省電能，其原理框圖如圖3所示。

具體的原理拓撲結構如圖4 所示。這樣的拓撲結構可以很容易做到控制交流側和直流側之間有功功率和無功功率的交換。所謂正弦波電流跟蹤技術是指圖4 中將電網電壓的正弦波信號作為回饋電流的指令信號，通過閉環控制使得回饋電流波形跟蹤電網電壓信號的波形，從而實現回饋電流的正弦特性，減小回饋電流的畸變率。3 實驗波形

從下面的實驗波形中，可以看到該能量回饋單元可以很好地處理電機再生發電的能量，同時完成單位功率因數回饋，而且回饋電流畸變率< 5%。

圖5是能量回饋單元回饋時某一相的相電壓和回饋的相電流，圖中光滑的波形是電網相電壓，另一波形是回饋電流，從中可以看到回饋的功率因數約等于1，回饋電流逼近正弦波。

圖6是能量回饋單元工作時回饋電流和變頻器直流母線電壓的波形（100 V/div），從圖中可以看到，制動時變頻器直流母線電壓迅速上升，達到690 V 時，回饋單元立即工作，很好地將直流母線電壓穩定在700 V以內，變頻器的停車時間約在0.6 s，回饋單元響應迅速（2 ms以內），制動力矩大。應用

TEFU 系列能量回饋單元和變頻器一起可以應用在位能式負載或大慣量負載和其他需要快速制動類負載的場合。下面是TEFU 系列能量該回饋單元與時代TVF 8000 系列變頻器在河北某單位B2016A型龍門刨床上的應用情況。

B2016A 型龍門刨床是機械加工初用的大型機床，是制造重型設備不可缺少的工作母機，主要用來加工大型工件的各種平面、斜面和槽，在機加行業應用非常廣泛。由于技術的限制，五六十年代的龍門刨床工作臺的拖動采用了電機擴大機—直流發電機—直流電動機方式，造成故障率高，體積大、電耗大、控制精度差、效率低等諸多缺陷。基于以上種種弊端，我們對河北某加工廠的B2016A 型龍門刨床進行了變頻改造，改造方案是采用時代TVF8000系列變頻器配套TEFU 系列能量回饋單元方案+TVF8000 系列變頻器配套制動單元和制動電阻方案。將這兩種方案進行對比，采用回饋單元的方案比采用制動單元和制動電阻的方案多節能20%，節能效果顯著。而且系統改造以后，運行穩定，可靠性高，系統維護簡 單方便，回饋電能質量高，刨床的加工精度高，提高了加工質量與效率，延長了刀具的使用壽命。5 結語

采用正弦波電流跟蹤技術研制的TEFU 系列能量回饋單元，具有自動識別電網相序，有過流、過熱、短路等全面保護功能，是一款綠色環保的節能產品。

從控制性能指標上看本產品還有改進之處，如可以采用空間電壓矢量控制SVPWM 調制技術產生純凈的正弦波回饋電流等。作者簡介：

單升華（1967-），男，畢業于浙江大學電氣學院，研究 方向為電力電子與電氣傳動。

第三篇：通用變頻器共直流母線在離心機上的應用

通用變頻器共直流母線在離心機上的應用 變頻器/共直流母線/離心機/能量回饋/節能

1引言

在化工企業電氣傳動中，離心機的變頻傳動應用非常普遍，由于工藝和驅動設備的各種原因，再生能量的現象經常發生，在通用變頻器中，對再生能量最常用的處理方式有兩種：耗散到直流回路中人為設置的與電容器并聯的“制動電阻”中，稱之為動力制動狀態；使之回饋到電網，則稱之為回饋制動狀態（又稱再生制動狀態）。直流共母線的原理是基于通用變頻裝置均采用交－直－交變頻方式，當電機處于制動狀態時，其制動能量反饋到直流側，為了更好的處理反饋制動能量，人們采用了把各變頻裝置的直流側連接起來的方式。譬如當一臺變頻器處于制動而另一臺變頻器處于加速狀態，這樣能量可以互補。本文提出了一種通用變頻器在化工企業離心機中共直流母線的方案，并闡述了其在離心機上回饋單元的進一步應用。

目前直流共母線有多種方式：

（1）公用一個獨立的整流器

該整流單元可以是不能逆變，也可以是可逆變的。前者能量通過外接制動電阻消耗掉，后者可以充分地將直流母線上的多余能量直接反饋到電網中來，具有更好的節能、環保意義，缺點是價格比前者要高。

（2）大變頻單元接入電網

小變頻器公用大變頻器的直流母線，小變頻器不需接入電網，故也不需要整流模塊，大變頻器外接制動電阻。

（3）每個變頻單元各自接入電網

每個變頻單元均帶有整流、逆變回路并外接制動電阻，直流母線相互連接起來。這種情形多用于各變頻單元功率接近的情況。解體后還可以獨立使用，互不影響。本文介紹的直流共母線為第三種方式，相比前兩種有很大優勢：

● 共用直流母線可以大大減少制動單元的重復配置，結構簡單合理，經濟可靠。

● 共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯儲能容量大，能減少電網的波動。

● 各電動機工作在不同狀態下，能量回饋互補，優化了系統的動態特性。

● 各個變頻器在電網中產生的不同次諧波干擾可以互相抵消，減少電網的諧波畸變率。

2改造前變頻調速系統方案

2.1 離心機控制系統介紹

改造的離心機共12臺、每臺控制系統都是一樣。變頻器為艾默生EV2000系列22kW，恒轉矩型，回饋單元皆為加能的IPC-PF-1S回饋制動單元，所有控制系統集中在一個配電室中。兩臺離心機共用一個GGD控制柜，限于篇幅只畫出其中四臺，其余八臺與此類似。系統圖如圖1所示。

圖1 改造前變頻器及制動單元系統原理圖

由圖1可知，每一臺變頻器需要一臺回饋制動單元，各自的控制系統完全獨立。2.2 剎車時制動工作分析

當離心機剎車時，電動機將處于再生發電制動狀態，系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的六個續流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間回路的儲能電容器的電壓上升，此時電容的直流母線電壓抬升，當升至680V時，制動單元開始工作，即回饋多余的電能到電網側，此時單臺變頻器直流母線電壓維持在680V(有的690V)以下，變頻器不至于報過電壓故障。單臺時變頻器制動單元剎車時的電流曲線如圖2，剎車時間為3分鐘，測試儀器為FLUKE 43B 單相電能質量分析儀，分析軟件為《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。

圖2 制動單元工作時的電流曲線

由此可見每次剎車時，制動單元必然工作，最大電流達27A。而制動單元的額定電流為45A。顯然制動單元處于半載狀態。3 改造后變頻調速系統方案

3.1 共直流母線的處置方法

采用共用直流母線很重要的一點就是上電時必需充分考慮到變頻器的控制、傳動故障、負載特性和輸入主回路維護等。該方案包括三相進線（堅持同一相位）、直流母線、通用變頻器組、公共制動單元或能量回饋裝置和一些附屬元件。對于通用變頻器而言，圖3所示為在其中一種應用比較廣泛的方案。選用第三種改造方案后的主電路系統圖如圖3，圖3中空氣開關Q1至Q4是每個變頻器的進線保護裝置，KM1至KM4為每臺變頻器的上電接觸器。KMZ1至KMZ3為直流母線的并聯接觸器。1#、2#離心機共用一個制動單元，組成一組，3#、4#離心機共用一個制動單元，組成一組，當兩組都正常時可以并接在一起。同時也是基于現場操作工人的工作時序，1#、2#離心機不同時剎車，3#、4#離心機不同時剎車。正常工作時一般為兩臺離心機1#、3#為一組，2#、4#為一組，四臺離心機一般不會同時剎車。由于實際工作現場的復雜環境往往會導致電網的動搖并發生高次諧波。也可用于增加電源阻抗并協助吸收附近設備投入工作時產生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰，從而最終維護變頻器的整流單元。每臺變頻器也可以使用進線電抗器來有效地防止這些因素對變頻器的影響。本項目改造中由于原設備沒有裝進線電抗器，故并沒有畫出進線電抗器及其他諧波治理裝置。

圖3 改造后變頻器及制動單元系統原理圖

3.2 控制系統的方案

控制線路如圖4，四臺變頻器上電后，每臺變頻器運行準備好后，設置變頻器故障繼電器輸出端子的輸出選項為“變頻器運行準備好”，只有變頻器上電，并且正常以后，才可以并接在一起，如任意一臺有故障，直流母線接觸器就不吸合。變頻器故障繼電器輸出端子TA、TC為常開觸點，上電后變頻器“變頻器運行準備好”，各變頻器的TA、TC吸合，直流母線并聯接觸器依次吸合。否則接觸器就斷開。

圖4 改造后的制動單元并聯控制原理圖

圖5 改造后的制動單元工作電流監視圖

3.3 該方案特點

（1）使用一個完整的變頻器，而不是單純的整流橋加多個逆變器方案。

（2)不需要有分離的整流橋、充電單元、電容組和逆變器。

（3）每一個變頻器都可以單獨從直流母線中分離進去而不影響其他系統。

（4）通過連鎖接觸器來控制變頻器的DC共用母線的聯絡。

（5）連鎖控制來保護掛在直流母線上的變頻器的電容單元。

（6）所有掛在母線上的變頻器必需使用同一個三相電源。

（7）變頻器故障后快速地與DC母線斷開以進一步縮小變頻器故障范圍。3.4 變頻器主要參數設置

運行命令通道選擇 F0.03=1 最高操作頻率設定 F0.05=50 加速時間1設定 F0.10=300 減速時間1設定 F0.11=300 故障繼電器輸出選擇 F7.12=15 AO1輸出功能 F7.26=2 3.5 改造后的測試數據

停車時進線電壓： 3PH 380VAC 母線電壓： 530VDC 直流母線電壓： 650V 當一臺升速時，母線電壓降低，此時另一臺降速，直流母線電壓在540~670V波動，制動單元在此時沒有開啟，制動單元一般工作的DC電壓為680V如圖5測試分析。

4節能分析

回饋制動單元相比電阻能耗制動本身就是一種節能的應用，可是要求每臺變頻器需要剎車時配用一臺制動單元。必然要求有幾臺變頻器就得配幾臺制動單元，而制動單元的價格和變頻器價格相差不大，工作持續率卻不是很高。共用直流母線變頻器驅動在離心機上的廣泛應用，較好的解決了當一個變頻器升速，另一個變頻器剎車時，均衡了“一個吃不飽、一個吃的吐”，的問題，該方案減少了制動單元的重復設置，降低了工作次數的，也減少了對電網的干擾次數，提高了電網的電能質量。在減少設備投入，增加設備使用率，節約設備、節能方面有特別重要的意義。

5結束語

通用變頻器共用直流母線的廣泛應用，較好的解決了電能消耗與電能回饋時間段不同步這個問題，對減少設備投入、降低電網干擾和提高設備利用率有特別重要的意義。

白獻剛

夏乃學

貢俊鵬

熊彥梅

更多請訪問：中國自動化網(http://www.tmdps.cn)

第四篇：變頻器在提升機上的應用

河南遠航工控設備有限公司 竭誠為您服務 礦井提升機的變頻調速改造

一、概況

礦井提升機是煤礦，有色金屬礦生產過程中的重要設備。提升機的安全、可靠運行，直接關系到企業的生產狀況和經濟效益。某煤礦井下采煤，采好的煤通過斜井用提升機將煤車拖到地面上來。煤車廂與火車的運貨車廂類似，只不過高度和體積小一些。在井口有一絞車提升機，由電機經減速器帶動卷筒旋轉，鋼絲繩在卷筒上纏繞數周，其兩端分別掛上一列煤車車廂，在電機的驅動下將裝滿煤的一列車從斜井拖上來，同時把一列空車從斜井放下去，空車起著平衡負載的作用，任何時候總有一列重車上行，不會出現空行程，電機總是處于電動狀態。這種拖動系統要求電機頻繁的正、反轉起動，減速制動，而且電機的轉速一定規律變化。斜井提升機的機械結構示意如圖1所示。斜井提升機的動力由繞線式電機提供，采用轉子串電阻調速。提升機的基本參數是：電機功率55kW，卷筒直徑1200mm，減速器減速比24︰1，最高運行速度2.5m/s，鋼絲繩長度為120m。

目前，大多數中、小型礦井采用斜井絞車提升，傳統斜井提升機普遍采用交流繞線式電機串電阻調速系統，電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統由于調速過程中交流接觸器動作頻繁，設備運行的時間較長，交流接觸器主觸頭易氧化，引發設備故障。另外，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經常會造成停車位置不準確。提升機頻繁的起動﹑調速和制動，在轉子外電路所串電阻的上產生相當大的功耗。這種交流繞線式電機串電阻調速系統屬于有級調速，調速的平滑性差；低速時機械特性較軟，靜差率較大；電阻上消耗的轉差功率大，節能較差；起動過程和調速換擋過程中電流沖擊大；中高速運行震動大，安全性較差。

攜手遠航 共創輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：*** 河南遠航工控設備有限公司 竭誠為您服務

二、改造方案

為克服傳統交流繞線式電機串電阻調速系統的缺點，采用變頻調速技術改造提升機，可以實現全頻率（0~50Hz）范圍內的恒轉矩控制。對再生能量的處理，可采用價格低廉的能耗制動方案或節能更加顯著的回饋制動方案。為安全性考慮，液壓機械制動需要保留，并在設計過程中對液壓機械制動和變頻器的制動加以整合。礦井提升機變頻調速方案如圖2所示：

圖2 礦井提升機變頻調速方案

攜手遠航 共創輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：*** 河南遠航工控設備有限公司 竭誠為您服務 考慮到繞線式電動機比鼠籠式電動機的力矩大，且過載能力強，所以仍用原來的4極160kW繞線式電機，在用變頻器驅動時需將轉子三根引出線短接。提升機在運行過程中，井下和井口必須用信號進行聯絡，信號未經確認，提升機不能運行。為顯示運行時車廂的位置，使用E6C3-CS5C 40P旋轉編碼器，即電機旋轉1圈旋轉編碼器產生40個脈沖，這樣每兩個脈沖對應車廂走過的距離為1200。則與實際距離的誤差值為4-3.9=0.027mm，卷筒運行一圈誤差為0.027，已知鋼絲繩長度為120m，如果兩個脈沖對應車廂走過的距離用近似值3.9mm計算，120m全程誤差為120000。再考慮到實際檢測過程中有一個脈沖的誤差，則最大的誤差在821mm~829mm之間，對于數十米長的車廂來說誤差范圍不到1米，精度足夠。因此，用計數器實時統計旋轉編碼器發出的脈沖個數，則可計算出車廂的位置并用顯示器顯示。另外一個問題是計數過程中有無累計誤差存在？實際檢測時，在一個提升過程開始前，首先將計數器復位，第一個重車廂經過某個位置時，打開計數器計數，車廂在斜井中的位置以此點為基準計算，沒有累計誤差。在操作臺上，用SWP-AC系列智能型交流電壓/電流數字儀表顯示交流電壓和電機工作電流，用智能型數字儀表顯示提升次數和車廂的位置。

三、方案實施

斜井提升負載是典型的摩檫性負載，即恒轉矩特性負載。重車上行時，電機的電磁轉矩必須克服負載阻轉矩，起動時還要克服一定的靜摩檫力矩，電機處于電動工作狀態，且工作于第一象限。在重車減速時，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時間較短，電機仍會處于再生狀態，工作于第二象限。當另一列重車上行時，電機處于反向電動狀態，工作在第三象限和第四象限。另外，有占總運行時間10%的時候單獨運送工具或器材到井下時，電機純粹處于第二或第四象限，此時電機長時間處于再生發電狀態，需要進行有效的制動。用能耗制動方式必將消耗大量的電能；用回饋制動方式，可節省這部分電能。但是，回饋制動單元的價格較高，考慮到單獨運送工具或器材到井下僅占總運行時間的10%，為此選用價格低廉的能耗制動單元加能耗電阻的制動方案。

攜手遠航 共創輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：*** 河南遠航工控設備有限公司 竭誠為您服務 提升機的負載特性為恒轉矩位能負載，起動力矩較大，選用變頻器時適當地留有余量，因此，寶米勒MC200G1850T4 185KW變頻器。由于提升機電機絕大部分時間都處于電動狀態，僅在少數時間有再生能量產生，變頻器接入一制動單元和制動電阻，就可以滿足重車下行時的再生制動，實現平穩的下行。井口還有一個液壓機械制動器，類似電磁抱閘，此制動器用于重車靜止時的制動，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機械制動器制動。液壓機械制動器受PLC和變頻器共同控制，機械制動是否制動受變頻器頻率到達端口的控制，起動時當變頻器的輸出頻率達到設定值，例如0.2Hz，變頻器KB、KA端口輸出信號，表示電機轉矩已足夠大，打開液壓機械制動器，重車可上行；減速過程中，當變頻器的頻率下降到0.2Hz時，表示電機轉矩已較小，液壓機械制動器制動停車。緊急情況時，按下緊急停車按鈕，變頻器能耗制動和液壓機械制動器同時起作用，使提升機在盡量短的時間內停車。

提升機傳統的操作方式為，操作工人坐在煤礦井口操作臺前，手握操縱桿控制電機正﹑反轉個三擋速度。為適應操作工人這種操作方式，變頻器采用多段速度設置，X1、X2設為正反轉，X3、X4、X5可設擋速度。變頻調速原理圖如圖3所示：

變頻器的設置詳請參見MC200T系列變頻器用戶手冊。

四、提升機工作過程

提升機經過變頻調速改造后，系統的工作過程阿盛大的變化。操縱桿控制電機無極調速。不管電機正轉還是反轉，都是從礦井中將煤拖到地面上來，電機工作在正轉和反轉電動狀態，只有在滿載拖車快接近井口時，需要減速并制動，提升機工作時序圖如圖4所示：

攜手遠航 共創輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：*** 河南遠航工控設備有限公司 竭誠為您服務

圖4 提升機工作時序圖

圖4中，提升機無論正轉、反轉其工作過程是相同的，都有起動、加速、中速運行、穩定運行、減速、低速運行、制動停車等七個階段。每提升一次運行的時間，與系統的運行速度，加速度及斜井的深度有關，各段加速度的大小，根據工藝情況確定，運行的時間由操作工人根據現場的狀況自定。圖中各個階段的工作情況說明如下：

（1）第一階段0～ｔ1：串車車廂在井底工作面裝滿煤后，發一個聯絡信號給井口提升機操作工人，操作工人在回復一個信號到井底，然后開機提升。重車從井底開始上行，空車同時在井口車場位置開始下行。

（2）第二階段 t1～t2：重車起動后，加速到變頻器的頻率為f2速度運行，中速運行的時間較短，只是一過渡段，加速時間內設備如果沒有問題，立即再加速到正常運行速度。

（3）第三階段 t2～t3：再加速段。

（4）第四階段 t3～t4：重車以變頻器頻率為f3的最大速度穩定運行，一般，這段過程最長。（5）第五階段 t4～t5：操作工人看到重車快到井口時立即減速，如減速時間設置較短時，變頻器制動單元和制動電阻起作用，不致因減速過快跳閘。

（6）第六階段 t5～t6：重車減速到低速以變頻器頻率為f1速度低速爬行，便于在規定的位置停車。

攜手遠航 共創輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：*** 河南遠航工控設備有限公司 竭誠為您服務（7）第七階段 t6～t7：快到停車位置時，變頻器立即停車，重車減速到零，操作工人發一個聯絡信號到井下，整個提升過程結束。

以上為人工操作程序，也可按PLC自動操作程序工作。圖中加速和減速段的時間均在變頻器上設置。

五、結語

繞線式電機轉子串電阻調速，電阻上消耗大量的轉差功率，速度越低，消耗的轉差功率越大。使用變頻調速，是一種不耗能的高效的調速方式。提升機絕大部分時間都處在電動狀態，節能十分顯著，經測算節能30%以上、取得了很好的經濟效益。另外，提升機變頻調速后，系統運行的穩定性和安全性得到大大的提高，減少了運行故障和停工工時，節省了人力和物力，提高了運煤能力，間接的經濟效益也很可觀。

攜手遠航 共創輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：***

第五篇：復合材料在飛機上的應用（本站推薦）

復合材料在飛機航空中的應用與發展

學校：

專業：

學號：

姓名：西安航空職業技術學院 金屬材料與熱處理技術 12806216 郭遠

摘要

復合材料在飛機上的用量和應用部位已成為衡量飛機結構先進性的重要指標之一；復合材料構件的整體成型、共固化技術不斷進展，復雜曲面構件不斷擴大應用；復合材料的數字化設計，設計、制造一體化，以及基于三維模型鋪層展開的專用設計／制造軟件等技術的開發是先進復合材料發展的基本技術保障.復合材料在飛機航空中的應用與發展

復合材料大量用于航空航天工業和汽車工業，特別是先進碳纖維復合材料用于飛機尤為值得注意。不久前，碳纖維復合材料只能在軍用飛機用作主結構，但是，由于技術發展的進步，先進復合材料已開始在民航客機止也應用作主結構，如機身、機翼等。

一．飛機結構用復合材料的優勢

現今新一代飛機的發展目標是“輕質化、長壽命、高可靠、高效能、高隱身、低成本”。而復合材料正具備了上面的幾個條件，成為實現新一代飛機發展目標的重要途徑。

復合材料具有質輕、高強、可設計、抗疲勞、易于實現結構/功能一體化等優點，因此，繼鋁、鈦、鋼之后迅速發展成為四大飛機結構材料之一。

復合材料在飛機結構上的應用首先帶來的是顯著的減重效益，復合材料尤其是碳纖維復合材料其密度僅為1.6g/cm3左右，如等量代替鋁合金，理論上可有42%的減重效果。

近年來隨著復合材料技術的深入研究和應用實踐的積累，人們清楚地認識到：復合材料在飛機結構上應用效益絕不僅僅是減重，而且給設計帶來創新舞臺，通過合理設計，還可提供諸如抗疲勞、抗振、耐腐蝕、耐久性和吸透波等其它傳統材料無法實現的優異功能特性，可極大地提高其使用效能，降低維護成本，增加未來發展的潛力和空間。尤其與鋁合金等傳統材料相比，可明顯減少使用維護要求，降低壽命周期成本，特別是當飛機進入老齡化階段后效果更明顯，據說B787較之B767機體維修成本會降低30％，這在很大程度上應歸功于復合材料的大量應用。同時，大部分復合材料飛機構件可以整體成型，大幅度減少零件數目，減少緊固件數目，減輕結構質量，降低連接和裝配成本，從而有效地降低了總成本，如F/A-18E/F零件數減少42%，減重158kg。復合材料整體成型技術還可消除縫隙、臺階和緊固件，無疑對提高軍機的隱身性能也具有非常重要的貢獻。

二．飛機結構用復合材料的發展過程 先進復合材料于上世紀60年代中期一問世，即首先用于飛行器結構上。30多年來先進復合材料在飛機結構上應用走過了一條由小到大、由次到主、由局部到整體、由結構到功能、由軍機應用擴展到民機應用的發展道路。

1.復合材料在軍用飛機上的發展過程

縱觀國外軍機結構用復合材料所走過的道路，大致可分為三個階段： 第一階段復合材料主要用于受力較小或非承力件，如艙門、口蓋、整流罩以及襟副翼、方向舵等，大約于上世紀70年代初完成。

第二階段復合材料主要用于垂尾、平尾等尾翼一級的次承力部件，以F-14硼/環氧復合材料平尾于1971年研制成功作為標志，基本于上世紀80年代初完成。此后F-

15、F-

16、F-

18、幻影2000和幻影4000等均采用了復合材料尾翼，此時復合材料用量大約只占全機結構重量的5%。

第三階段復合材料開始應用于機翼、機身等主要的承力結構，受力很大，規模也很大。主要以1976年美國原麥道公司研制成功FA-18復合材料機翼作為里程碑，此時復合材料用量已提高到了13%，軍機結構的復合材料化進程進一步得到推進。此后世界各國所研制的軍機機翼一級的部件幾乎無一例外地都采用了復合材料，其復合材料用量不斷增加，如美國的AV-8B、B-

2、F/A-

22、F/A-18E/F、F-

35、法國的“陣風”（Rafale）、瑞典的JAS-

39、歐洲英、德、意、西四國聯合研制的“臺風”（EF2000）、俄羅斯的C-37等，具體如表1所示。

應該指出繼機翼、機身采用復合材料之后，飛機的最后一個重要部件——起落架也開始了應用復合材料，向著全機結構的復合材料化又邁進了一步。復合材料用在起落架上是代鋼而不是代鋁，可有更大的減重空間，一般可達40%左右。

2.復合材料在民用航空上的發展

繼軍機之后，國外大型民機也大量采用復合材料，以波音飛機為例，其進程大致走過了四個階段：第一階段：采用復合材料制造受力很小的前緣、口蓋、整流罩、擾流板等構件，該階段于上世紀70年代中期實現。第二階段：制造升降舵、方向舵、襟副翼等受力較小的部件，該階段約于80年代中期結束。第三階段：制造垂尾、平尾受力較大的部件，突破了尾翼級部件在大型客機上的試用，隨后B777設計應用了復合材料垂尾、平尾，共用復合材料9.9噸，占結構總重的11%。第四階段：在飛機最主要受力部件機翼、機身上正式使用復合材料，如波音公司正在研制的B787“夢想”飛機，其復合材料用量達50％。下圖為B787“夢想”中復合材料的使用情況。

圖中深藍色部分為飛機的碳層合板，用于機身主體的機構，淺藍色為碳夾芯板，用于飛機的尾翼部分和側翼的少部分部件，綠色部分是玻璃纖維，紅色部分為鋁，黃色部分為鋁/鋼/鈦吊架。

空客也于70年代中期開始了先進復合材料在其A300系列飛機上的應用研究，經過7年時間于1985年完成了A320全復合材料垂尾的研制，此后A300系列飛機的尾翼一級的部件均采用復合材料，將復合材料的用量迅速推進到了15%左右。已于2005年初下線并首飛的A380超大型客機，其復合材料用量達25%，主要應用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、機身地板梁和后承壓框等，開創了先進復合材料在大型客機上大規模應用的先河。

上面的圖為空客大型民機結構用復合材料的進程。

3.復合材料在我國飛機制造的應用

我國于上世紀 70 年代已開展軍機用先進復合材料的研究。“六五”期間作為預研項目研制了兩個機型的復合材料垂尾，1985 年開始研制某型機帶整體油箱的復合材料機翼，90 年代初研制了某型機復合材料垂尾和前機身，此后多種機型均正式采用了復合材料，其復合材料用量接近10％。

雖然我國在航空和汽車領域中，對于復合材料已經有了一定的了解和應用，但是復合材料的開發和投用在我國仍是一個重大的難點，我國航天事業起步慢，也沒有核心技術的支持，但是我相信，在長期的努力之下，我們國家一定會擁有自己的復合材料的技術，并用于飛機，汽車等的制造中。

三．飛機結構復合材料在將來的發展及前景

人們以前一直擔心樹脂基復合材料結構的使用壽命問題，30多年來的應用發展歷史證明了先進復合材料具有優異的使用性能，使用壽命不成問題，這也是目前飛機結構復合材料用量大幅提高的基礎和前提。自20世紀70年代先進復合材料進入飛機結構以來，各種飛機從未因大量使用復合材料引發飛行事故，這無疑為復合材料的應用增加了信心和安全置信度。最早的裝機件歷經30余年的使用，已到設計的使用壽命，最近的檢測結果表明，空中使用和地面驗證情況相符，疲勞和使用環境未造成剩余強度下降，仍可承受既定的設計載荷，絕大多數制件至今仍處于良好狀態。曾以為樹脂基復合材料的老化可能是影響使用的嚴重問題，國外的大量使用經驗證明，老化不成問題，性能衰退未超過使用要求。同時使用經驗還表明，復合材料隨飛機結構成功地經受了疲勞與溫度、吸濕及腐蝕等環境的考驗，有些問題并不像當初預計的那樣嚴重。實踐還使人們認識到復合材料越是用于主結構問題越少，使用性能可能更好。如復合材料薄板，特別是薄的蜂窩結構面板常出現沖擊損傷容限等問題，但主結構板厚增加，如A380中央翼盒處板厚可達45mm，損傷阻抗能力提高，損傷容限已不成問題。當板厚超過8mm損傷容限問題會急劇下降，厚板的吸濕、溫度傳導等問題均會下降，機體結構內部的框、梁、肋用復合材料沖擊、吸濕、耐溫等敏感問題也會相應下降，因此材料許用值和結構設計值可適當放寬。國內20余年的飛機結構用復合材料結果也表明復合材料確是一種使用性能優異的新材料。

如今復合材料在四大機種上的大量應用，已形成目前世界航空領域再度起飛的發展新態勢，事實雄辯地證明復合材料是實現飛機現代化的必由之路，飛機結構復合材料化也是大勢所趨。未來飛機特別是軍機為了進一步達到結構減重與降低綜合成本，復合材料將不斷取代其他材料，用量繼續增長。美國一報告中指出：到2020年，只有復合材料才有潛力使飛機獲得20%～25%的性能提升，復合材料將成為飛機的基本材料，用量將達到65％。

2000年統計，鋁，鋼，鈦，復合材料各占飛機部件材料的65%,15%,5%,15%。鋁占的比重仍然是最大的，而預計將來，復合材料降占主導位置。下圖為現在與將來預計飛機用材料比例圖。

飛機結構用復合材料的發展趨勢概括起來可歸納為以下幾個方向：（1）高性能化。高性能化趨勢從材料角度主要體現在三個方面，一是提高力學性能，二是提高耐熱性能，三是提高耐服役環境性能。

（2）多功能化。同一結構實現多種功能是復合材料的優勢之一，如承力/吸波，承力/吸波/減振、降噪一體化是飛機結構用復合材料的一個重要發展方向。要實現多功能化，設計是首位，材料是根本，工藝是保證。

（3）智能化。智能化對提高結構效率和可靠性具有重要作用，是飛機結構設計越來越重視的方向。開發飛機結構用復合材料自感知、自診斷、自適應智能化技術，可以實現復合材料飛機結構噪聲抑制、振動控制、主動變形、健康監測。

（4）低成本化。這是一個永恒的主題。成本過高仍是制約飛機結構大量應用復合材料的主要障礙，因此低成本化仍為復合材料發展中急需解決的關鍵技術。低成本化重點考慮制造技術低成本化、設計方法低成本化、全壽命低成本化。

（5）制造過程數字化。有利于減少試驗量，縮短研制周期，降低廢品率及提高生產效率。應發展復合材料制造過程模擬與工藝參數優化技術，實現復合材料制造過程數字化與飛機結構設計數字化趨向相適應。

（6）設計制造一體化。在設計階段就考慮制造與裝配中的問題，可加快產品研制進度, 提高質量，有效降低成本。采用全新的設計理念和手段，將設計和制造融為一體，是復合材料發展的又一個重要趨勢。

飛機的絕大部分結構將采用復合材料的這一預言已經實現，人們期待著復合材料在飛機上更廣闊的應用前景，甚至全復合材料飛機的出現。隨著材料方面的新進展，比如智能復合材料的出現，以及復合材料設計／制造技術朝著數字化、集成化、知識化等方向的不斷發展，將會大大加速這一進程。

近年來，我國的復合材料技術得 到了迅速發展，開始朝著實現復合材料構件設計、制造、檢測一體化方向發展。借鑒國外的先進技術和經驗，對加速我國的復合材料技術的發展、擴大復合材料的應用具有重要意義。