第一篇：變頻器在油田磕頭機(jī)上的節(jié)能與能量

變頻調(diào)速技術(shù)得益于其優(yōu)異的節(jié)能特性和調(diào)速特性，在我國(guó)油田中得到廣泛應(yīng)用，中國(guó)產(chǎn)值能耗是世界上最高的國(guó)家之一。要解決產(chǎn)品能耗問(wèn)題，除其它相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題需要改進(jìn)外，變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。

油田作為一個(gè)特殊行業(yè)，有其獨(dú)特的背景，油田中變頻器的應(yīng)用主要集中在游梁式抽油機(jī)控制、電潛泵控制、注水井控制和油氣集輸控制等幾個(gè)場(chǎng)合。游梁式抽油機(jī)俗稱(chēng)“磕頭機(jī)”，是目前各個(gè)油田所普遍采用的抽油機(jī)，但是目前的抽油機(jī) 系統(tǒng)普遍存在著效率低、能耗大、沖程和沖次調(diào)節(jié)不方便等明顯的缺點(diǎn)。具體怎么樣應(yīng)用可以參照SAJ變頻器在游梁式抽油機(jī)上的應(yīng)用。1.磕頭機(jī)工作原理

當(dāng)磕頭機(jī)工作時(shí)，驢頭懸點(diǎn)上作用的載荷是變化的。上沖程時(shí)，驢頭懸點(diǎn)需提起抽油桿柱和液柱，在抽油機(jī)未進(jìn)行平衡的條件 下，電動(dòng)機(jī)就要付出很大的能量。在下沖程時(shí)，抽油機(jī)桿柱轉(zhuǎn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)做功，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。抽油機(jī)未進(jìn)行平衡時(shí)，上、下沖程的載荷極度不均 勻，這樣將嚴(yán)重地影響抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和電動(dòng)機(jī)的效率和壽命，惡化抽油桿的工作條件，增加它的斷裂次數(shù)。為了消除這些缺點(diǎn)，一般在抽油機(jī)的游梁 尾部或曲柄上或兩處都加上了平衡重，如圖1所示。這樣一來(lái)，在懸點(diǎn)下沖程時(shí)，要把平衡重從低處抬到高處，增加平衡重的位能。為了抬高平衡配重，除了依靠抽 油桿柱下落所釋放的位能外，還要電動(dòng)機(jī)付出部分能量。在上沖程時(shí)，平衡重由高處下落，把下沖程時(shí)儲(chǔ)存的位能釋放出來(lái)，幫助電動(dòng)機(jī)提升抽油桿和液柱，減少了 電動(dòng)機(jī)在上沖程時(shí)所需給出的能量。目前使用較多的游梁式抽油機(jī)，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和兩 個(gè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)平衡配重調(diào)節(jié)較好時(shí)，其發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量都較小。

2.變頻器在抽油機(jī)的控制問(wèn)題主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面

一方面是再生能量的處理問(wèn)題,游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)為反復(fù)上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來(lái)自電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊 提升時(shí)，類(lèi)似杠桿作用，將采油機(jī)桿送入井中；滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定，滑塊下降過(guò)程中，負(fù)荷減輕，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無(wú)法被負(fù)載吸引，勢(shì)必會(huì)尋找能量消耗的渠道，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng)，引起主回路母線電壓升高，勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致 電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，功率因數(shù)降低的危險(xiǎn)；頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，造成生產(chǎn)效率降低、維護(hù)量加大，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

另一方面是沖擊電流問(wèn)題，如圖二所示游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿機(jī)構(gòu)，其整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對(duì)于支架來(lái)說(shuō)，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動(dòng)力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地工作。也就是說(shuō)抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞。在平衡率為100％時(shí)電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力越大。因?yàn)椋橛洼d荷是每時(shí)每刻都在變 化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。因此，可以說(shuō)游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)就是平衡技術(shù)。對(duì)長(zhǎng)慶油田幾十口油井的調(diào)查顯示，只有1～2口井的配重平衡較好，絕大部分抽油機(jī)的配重嚴(yán)重不平衡，其中有一半以上口井的配重偏小，另有幾口井配重又偏 大，從而造成過(guò)大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過(guò)5倍，甚至超過(guò)額定電流的3倍。不僅無(wú)謂浪費(fèi)掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。同時(shí)也給采用變頻器調(diào)速控制造成很大的困難：一般變頻器的容量是按電動(dòng)機(jī)的額定功率來(lái)選配的，過(guò)大的沖擊電流會(huì)引起變頻器的過(guò)載保護(hù)動(dòng)作而不能正常工作。除上述兩方面問(wèn)題外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設(shè)備有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)：在油井開(kāi)采前期儲(chǔ)油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運(yùn)行，保證較高產(chǎn)油量；在中后期，由于石油儲(chǔ)量減少，易造成供液不足，電動(dòng)機(jī)若仍工頻運(yùn)行，勢(shì)必浪費(fèi)電能，造成不必要損耗，這時(shí)須考慮實(shí)際工作情況，適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少?zèng)_程，有效提高充盈率。3.磕頭機(jī)專(zhuān)用型變頻器的特點(diǎn)

1)、配合井下?tīng)顟B(tài)，改變沖次，從而改變抽油的效率；

2)、柔性啟動(dòng)，把電機(jī)啟動(dòng)電流降低3-4倍，保護(hù)了電機(jī)和機(jī)械設(shè)備；

3)、可實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、過(guò)載、短路等保護(hù)功能，確保電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；

4)、最大力矩得到限制，斷托的可能性大大減小；

5)、可以遙控抽油速度，不必更換機(jī)械設(shè)備；

6)、可方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，便于檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況；

7)、理想的節(jié)能效果。4.磕頭機(jī)專(zhuān)用型變頻器節(jié)能

磕頭機(jī)專(zhuān)用型變頻器是磕頭機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)。磕頭機(jī)專(zhuān)用型變頻器一般采用了PWM結(jié)構(gòu)，除原有逆變器外，另外加上一個(gè)逆變器，取代以前的磕頭機(jī)變頻改造方案中所采用的通用變頻器外加能耗制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元的方法，把電機(jī)發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的再生能量回饋電網(wǎng)，不但大大降低了變頻器的故障率，而且獲得了理想的節(jié)能效果。

5.抽油機(jī)的變頻改造主要有3個(gè)方面好處

(1)大大提高了功率因數(shù)（可由原來(lái)的0.25～0.5提高到0.9以上），大大減小了供電（視在電流，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損，可省去大量的“增容”開(kāi)支.這主要集中在供電企業(yè)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，為避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的影響。

(2)以節(jié)能為第一目標(biāo)的變頻改造。這點(diǎn)較普遍，一方面，油田抽油機(jī)為克服大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用的電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需功率，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)利用率一般為 20%～30%，最高不會(huì)超過(guò)50%，電動(dòng)機(jī)常處于輕載狀態(tài)，造成資源浪費(fèi)。另一方面，抽油機(jī)工作情況的連續(xù)變化，取決于地底下的狀態(tài)，若始終處于工頻運(yùn)行，也會(huì)造成電能浪費(fèi)。為了節(jié)能，提高電動(dòng)機(jī)工作效率，需進(jìn)行變頻改造。

(3)由于實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動(dòng)”，對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)都避免了過(guò)大的機(jī)械沖擊，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。以提高電網(wǎng)質(zhì)量和節(jié)能為目的的變頻改造。這種情況綜合了上面兩種改造的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用中的一個(gè)重要發(fā)展方向。

6.變頻器加回饋單元控制，解決能量回饋問(wèn)題

由于在變頻器的直流上加制動(dòng)電阻解決不了實(shí)際問(wèn)題，因?yàn)橹苿?dòng)電阻的散熱解決不了，變頻控制柜殼的散熱都要解決何況發(fā)熱的電阻，變頻器發(fā)熱。接通制動(dòng)電阻的開(kāi)關(guān)管的壽命會(huì)在頻繁的長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)起過(guò)程中損壞。針對(duì)上述情況，為了回饋再生能量，提高效率，可以采用能量回饋裝置，將再生能量回饋電網(wǎng)，當(dāng)然這樣一來(lái)，系統(tǒng)就更復(fù)雜，投資也就更高了。所謂能量回饋裝置，其實(shí)就是一臺(tái)有源逆變器。按采用的功率開(kāi)關(guān)器件的不同又可以分為晶閘管（SCR）有源逆變器及絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）逆變器兩種，它們的共同特點(diǎn)是可以將變頻器直流回路的電壓反饋到電網(wǎng)，如下圖4所示。加裝能量回饋單元的變頻器適用于交流50HZ，額定電壓380V的異步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，軟停車(chē)和調(diào)速運(yùn)行過(guò)程控制。具有起動(dòng)電流小、速度平穩(wěn)、性能可靠、對(duì)電網(wǎng)沖擊小等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)上下速度任意調(diào)節(jié)和閉環(huán)控制運(yùn)行；用戶可根據(jù)油井的液位、壓力確定抽油機(jī)的沖機(jī)、速度和產(chǎn)液 量，降耗節(jié)能，是高泵效；使設(shè)備減少磨損，延長(zhǎng)使用壽命，高效節(jié)能低成本，實(shí)現(xiàn)在最大節(jié)能狀態(tài)下的自動(dòng)化運(yùn)行。

四象限變頻器技術(shù)控制 對(duì)于第一種情況和第二種情況，必須妥善的處理電動(dòng)機(jī)發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電能，必須將其反饋到電網(wǎng)，否則通過(guò)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程節(jié)省的電能可能不能抵消變頻器制動(dòng)單元消耗的電能，造成變頻運(yùn)行時(shí)反而耗能，與節(jié)能的目標(biāo)背道而馳。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有必要對(duì)普通變頻器進(jìn)行改造，在結(jié)構(gòu)上引入雙PWM結(jié)構(gòu)的變頻器如下 圖5所示，保證發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng);在控制方法引入自適應(yīng)控制以適應(yīng)游梁式抽油機(jī)多變的工作環(huán)境。圖5 四象限運(yùn)行變頻器主電路 4.3.1 四象限變頻器工作原理 當(dāng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，整流控制單元的DSP產(chǎn)生6路高頻的PWM脈沖控制整流側(cè)的6個(gè)IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷。IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷與輸入電抗器共 同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的正弦電流波形，這樣就消除了二極管整流橋產(chǎn)生的6K±1諧波。功率因數(shù)高達(dá)99%。消除了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。此時(shí)能量從 電網(wǎng)經(jīng)由整流回路和逆變回路流向電機(jī)，變頻器工作在第

一、第三象限。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)的時(shí)候，電機(jī)產(chǎn)生的能量通過(guò)逆變側(cè)的二極管回饋到直流母線，當(dāng)直流母線電壓超過(guò)一定的值，整流側(cè)能量回饋控制部分啟動(dòng)，將直流逆變成交流，通過(guò)控制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果。采用帶有PWM控制整流器變頻器具有四象限運(yùn)行的功能，能滿足各種位勢(shì)負(fù)載的調(diào)速要求，可就電機(jī)的再生能量轉(zhuǎn)化為電能送回電網(wǎng)，達(dá)到最大限度的節(jié)能的目 的。不僅如此，它還可減少電源的諧波污染，功率因數(shù)可接近于1，是一種真正的“綠色”變頻器。

第二篇：變頻器在油田抽油機(jī)磕頭機(jī)上的應(yīng)用

變頻器在油田抽油機(jī)磕頭機(jī)上的應(yīng)用

一．抽油機(jī)的工作原理及組成當(dāng)抽油機(jī)工作時(shí)，驢頭懸點(diǎn)上作用的負(fù)載是變化的。工作分為兩個(gè)沖程，抽油機(jī)上沖程時(shí)，驢頭懸點(diǎn)需提起抽油桿柱和液柱，在抽油機(jī)未進(jìn)行平衡的條件下，電動(dòng)機(jī)就要付出很大的能量，這時(shí)電動(dòng)處于電動(dòng)狀態(tài)。在下沖程時(shí)，抽油機(jī)桿柱轉(zhuǎn)拉動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)做功，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。抽油機(jī)未進(jìn)行平衡時(shí)，上、下沖程的負(fù)載極度不均勻，這樣將嚴(yán)重地影響抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和電動(dòng)機(jī)的效率和壽命，惡化抽油桿的工作條件，增加它的斷裂次數(shù)。為了消除這些缺點(diǎn)，一般在抽油機(jī)的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上了平衡重，如圖一所示。這樣一來(lái)，在懸點(diǎn)下沖程時(shí)，要把平衡重從低處抬到高處，增加平衡重的位能。為了抬高平衡配重，除了依靠抽油桿柱下落所釋放的位能外，還要電動(dòng)機(jī)付出部分能量。在上沖程時(shí)，平衡重由高處下落，把下沖程時(shí)儲(chǔ)存的位能釋放出來(lái)，幫助電動(dòng)機(jī)提升抽油桿和液柱，減少了電動(dòng)機(jī)在上沖程時(shí)所需給出的能量。目前使用較多的游梁式抽油機(jī)，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，有一個(gè)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)和一個(gè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)平衡配重調(diào)節(jié)較好時(shí)，其發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量都較小。

1—底座；2—支架；3—懸繩器；4—驢頭；5—游梁； 6—橫梁軸承座；7—橫梁；8—連桿；9—曲柄銷(xiāo)裝置； 10—曲柄裝置；11—減速器；12—?jiǎng)x車(chē)保險(xiǎn)裝置； 13—?jiǎng)x車(chē)裝置；14—電動(dòng)機(jī)；15—配電箱

二．抽油控制器的系統(tǒng)圖及控制特點(diǎn)

系統(tǒng)組成由人機(jī)界面，三菱PLC，KV2000系列變頻器，制動(dòng)單元，制動(dòng)電阻。在整個(gè)系統(tǒng)中PLC和變頻器，觸摸屏均通過(guò)RS-485進(jìn)行串行通訊。

整個(gè)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：

1． 可實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)的多種控制：空抽控制，定時(shí)啟停控制，負(fù)荷超限停機(jī)控制,連噴帶抽控制，啟停的遠(yuǎn)程控制。

2． 自動(dòng)記錄抽油機(jī)工作過(guò)程,保存工作狀態(tài)信息。自動(dòng)判斷抽油機(jī)工作是否正常,給出報(bào)警信息。

3． KV2000系列變頻器對(duì)電機(jī)參數(shù)有自動(dòng)調(diào)諧功能，可自動(dòng)測(cè)出電機(jī)特性并自動(dòng)設(shè)定其相關(guān)的參數(shù)。

4． 變頻器提供多組信號(hào)輸入方式，包括溫度檢測(cè)信號(hào)，模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸入，以及脈沖信號(hào)的輸入，包括故障繼電器報(bào)警輸出。

5． 通過(guò)人機(jī)界面可實(shí)對(duì)變頻器的監(jiān)控功能：頻率設(shè)定，頻率改寫(xiě)，輸出電壓，電流等。對(duì)變頻器的控制功能：運(yùn)行，停機(jī)，故障復(fù)位等。

6． 高效節(jié)能，增產(chǎn)。變頻器的控制程序是根據(jù)油田實(shí)際情況，它能自主判斷抽油機(jī)運(yùn)行的上下沖程，根據(jù)油井的實(shí)際情況，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)上下沖程的速度，達(dá)到實(shí)際抽油時(shí)，不更改每分鐘的抽油次數(shù)，但增加每次抽油時(shí)的采油量，提高抽油機(jī)的產(chǎn)量。（作者：科姆龍電氣）

第三篇：變頻器在提升機(jī)上的應(yīng)用

河南遠(yuǎn)航工控設(shè)備有限公司 竭誠(chéng)為您服務(wù) 礦井提升機(jī)的變頻調(diào)速改造

一、概況

礦井提升機(jī)是煤礦，有色金屬礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備。提升機(jī)的安全、可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。某煤礦井下采煤，采好的煤通過(guò)斜井用提升機(jī)將煤車(chē)拖到地面上來(lái)。煤車(chē)廂與火車(chē)的運(yùn)貨車(chē)廂類(lèi)似，只不過(guò)高度和體積小一些。在井口有一絞車(chē)提升機(jī)，由電機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩在卷筒上纏繞數(shù)周，其兩端分別掛上一列煤車(chē)車(chē)廂，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下將裝滿煤的一列車(chē)從斜井拖上來(lái)，同時(shí)把一列空車(chē)從斜井放下去，空車(chē)起著平衡負(fù)載的作用，任何時(shí)候總有一列重車(chē)上行，不會(huì)出現(xiàn)空行程，電機(jī)總是處于電動(dòng)狀態(tài)。這種拖動(dòng)系統(tǒng)要求電機(jī)頻繁的正、反轉(zhuǎn)起動(dòng)，減速制動(dòng)，而且電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定規(guī)律變化。斜井提升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。斜井提升機(jī)的動(dòng)力由繞線式電機(jī)提供，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。提升機(jī)的基本參數(shù)是：電機(jī)功率55kW，卷筒直徑1200mm，減速器減速比24︰1，最高運(yùn)行速度2.5m/s，鋼絲繩長(zhǎng)度為120m。

目前，大多數(shù)中、小型礦井采用斜井絞車(chē)提升，傳統(tǒng)斜井提升機(jī)普遍采用交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)，電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過(guò)程中交流接觸器動(dòng)作頻繁，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，交流接觸器主觸頭易氧化，引發(fā)設(shè)備故障。另外，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經(jīng)常會(huì)造成停車(chē)位置不準(zhǔn)確。提升機(jī)頻繁的起動(dòng)﹑調(diào)速和制動(dòng)，在轉(zhuǎn)子外電路所串電阻的上產(chǎn)生相當(dāng)大的功耗。這種交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)屬于有級(jí)調(diào)速，調(diào)速的平滑性差；低速時(shí)機(jī)械特性較軟，靜差率較大；電阻上消耗的轉(zhuǎn)差功率大，節(jié)能較差；起動(dòng)過(guò)程和調(diào)速換擋過(guò)程中電流沖擊大；中高速運(yùn)行震動(dòng)大，安全性較差。

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二、改造方案

為克服傳統(tǒng)交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，采用變頻調(diào)速技術(shù)改造提升機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)全頻率（0~50Hz）范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制。對(duì)再生能量的處理，可采用價(jià)格低廉的能耗制動(dòng)方案或節(jié)能更加顯著的回饋制動(dòng)方案。為安全性考慮，液壓機(jī)械制動(dòng)需要保留，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)液壓機(jī)械制動(dòng)和變頻器的制動(dòng)加以整合。礦井提升機(jī)變頻調(diào)速方案如圖2所示：

圖2 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速方案

攜手遠(yuǎn)航 共創(chuàng)輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：*** 河南遠(yuǎn)航工控設(shè)備有限公司 竭誠(chéng)為您服務(wù) 考慮到繞線式電動(dòng)機(jī)比鼠籠式電動(dòng)機(jī)的力矩大，且過(guò)載能力強(qiáng)，所以仍用原來(lái)的4極160kW繞線式電機(jī)，在用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)需將轉(zhuǎn)子三根引出線短接。提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，井下和井口必須用信號(hào)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，信號(hào)未經(jīng)確認(rèn)，提升機(jī)不能運(yùn)行。為顯示運(yùn)行時(shí)車(chē)廂的位置，使用E6C3-CS5C 40P旋轉(zhuǎn)編碼器，即電機(jī)旋轉(zhuǎn)1圈旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生40個(gè)脈沖，這樣每?jī)蓚€(gè)脈沖對(duì)應(yīng)車(chē)廂走過(guò)的距離為1200。則與實(shí)際距離的誤差值為4-3.9=0.027mm，卷筒運(yùn)行一圈誤差為0.027，已知鋼絲繩長(zhǎng)度為120m，如果兩個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)車(chē)廂走過(guò)的距離用近似值3.9mm計(jì)算，120m全程誤差為120000。再考慮到實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中有一個(gè)脈沖的誤差，則最大的誤差在821mm~829mm之間，對(duì)于數(shù)十米長(zhǎng)的車(chē)廂來(lái)說(shuō)誤差范圍不到1米，精度足夠。因此，用計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)，則可計(jì)算出車(chē)廂的位置并用顯示器顯示。另外一個(gè)問(wèn)題是計(jì)數(shù)過(guò)程中有無(wú)累計(jì)誤差存在？實(shí)際檢測(cè)時(shí)，在一個(gè)提升過(guò)程開(kāi)始前，首先將計(jì)數(shù)器復(fù)位，第一個(gè)重車(chē)廂經(jīng)過(guò)某個(gè)位置時(shí)，打開(kāi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，車(chē)廂在斜井中的位置以此點(diǎn)為基準(zhǔn)計(jì)算，沒(méi)有累計(jì)誤差。在操作臺(tái)上，用SWP-AC系列智能型交流電壓/電流數(shù)字儀表顯示交流電壓和電機(jī)工作電流，用智能型數(shù)字儀表顯示提升次數(shù)和車(chē)廂的位置。

三、方案實(shí)施

斜井提升負(fù)載是典型的摩檫性負(fù)載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。重車(chē)上行時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定的靜摩檫力矩，電機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限。在重車(chē)減速時(shí)，雖然重車(chē)在斜井面上有一向下的分力，但重車(chē)的減速時(shí)間較短，電機(jī)仍會(huì)處于再生狀態(tài)，工作于第二象限。當(dāng)另一列重車(chē)上行時(shí)，電機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限。另外，有占總運(yùn)行時(shí)間10%的時(shí)候單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下時(shí)，電機(jī)純粹處于第二或第四象限，此時(shí)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的制動(dòng)。用能耗制動(dòng)方式必將消耗大量的電能；用回饋制動(dòng)方式，可節(jié)省這部分電能。但是，回饋制動(dòng)單元的價(jià)格較高，考慮到單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下僅占總運(yùn)行時(shí)間的10%，為此選用價(jià)格低廉的能耗制動(dòng)單元加能耗電阻的制動(dòng)方案。

攜手遠(yuǎn)航 共創(chuàng)輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：*** 河南遠(yuǎn)航工控設(shè)備有限公司 竭誠(chéng)為您服務(wù) 提升機(jī)的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，起動(dòng)力矩較大，選用變頻器時(shí)適當(dāng)?shù)亓粲杏嗔浚虼耍瑢毭桌誐C200G1850T4 185KW變頻器。由于提升機(jī)電機(jī)絕大部分時(shí)間都處于電動(dòng)狀態(tài)，僅在少數(shù)時(shí)間有再生能量產(chǎn)生，變頻器接入一制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，就可以滿足重車(chē)下行時(shí)的再生制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的下行。井口還有一個(gè)液壓機(jī)械制動(dòng)器，類(lèi)似電磁抱閘，此制動(dòng)器用于重車(chē)靜止時(shí)的制動(dòng)，特別是重車(chē)停在斜井的斜坡上，必須有液壓機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)。液壓機(jī)械制動(dòng)器受PLC和變頻器共同控制，機(jī)械制動(dòng)是否制動(dòng)受變頻器頻率到達(dá)端口的控制，起動(dòng)時(shí)當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定值，例如0.2Hz，變頻器KB、KA端口輸出信號(hào)，表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩已足夠大，打開(kāi)液壓機(jī)械制動(dòng)器，重車(chē)可上行；減速過(guò)程中，當(dāng)變頻器的頻率下降到0.2Hz時(shí)，表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩已較小，液壓機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)停車(chē)。緊急情況時(shí)，按下緊急停車(chē)按鈕，變頻器能耗制動(dòng)和液壓機(jī)械制動(dòng)器同時(shí)起作用，使提升機(jī)在盡量短的時(shí)間內(nèi)停車(chē)。

提升機(jī)傳統(tǒng)的操作方式為，操作工人坐在煤礦井口操作臺(tái)前，手握操縱桿控制電機(jī)正﹑反轉(zhuǎn)個(gè)三擋速度。為適應(yīng)操作工人這種操作方式，變頻器采用多段速度設(shè)置，X1、X2設(shè)為正反轉(zhuǎn)，X3、X4、X5可設(shè)擋速度。變頻調(diào)速原理圖如圖3所示：

變頻器的設(shè)置詳請(qǐng)參見(jiàn)MC200T系列變頻器用戶手冊(cè)。

四、提升機(jī)工作過(guò)程

提升機(jī)經(jīng)過(guò)變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作過(guò)程阿盛大的變化。操縱桿控制電機(jī)無(wú)極調(diào)速。不管電機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都是從礦井中將煤拖到地面上來(lái)，電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，只有在滿載拖車(chē)快接近井口時(shí)，需要減速并制動(dòng)，提升機(jī)工作時(shí)序圖如圖4所示：

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圖4 提升機(jī)工作時(shí)序圖

圖4中，提升機(jī)無(wú)論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)其工作過(guò)程是相同的，都有起動(dòng)、加速、中速運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、低速運(yùn)行、制動(dòng)停車(chē)等七個(gè)階段。每提升一次運(yùn)行的時(shí)間，與系統(tǒng)的運(yùn)行速度，加速度及斜井的深度有關(guān)，各段加速度的大小，根據(jù)工藝情況確定，運(yùn)行的時(shí)間由操作工人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的狀況自定。圖中各個(gè)階段的工作情況說(shuō)明如下：

（1）第一階段0～ｔ1：串車(chē)車(chē)廂在井底工作面裝滿煤后，發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)給井口提升機(jī)操作工人，操作工人在回復(fù)一個(gè)信號(hào)到井底，然后開(kāi)機(jī)提升。重車(chē)從井底開(kāi)始上行，空車(chē)同時(shí)在井口車(chē)場(chǎng)位置開(kāi)始下行。

（2）第二階段 t1～t2：重車(chē)起動(dòng)后，加速到變頻器的頻率為f2速度運(yùn)行，中速運(yùn)行的時(shí)間較短，只是一過(guò)渡段，加速時(shí)間內(nèi)設(shè)備如果沒(méi)有問(wèn)題，立即再加速到正常運(yùn)行速度。

（3）第三階段 t2～t3：再加速段。

（4）第四階段 t3～t4：重車(chē)以變頻器頻率為f3的最大速度穩(wěn)定運(yùn)行，一般，這段過(guò)程最長(zhǎng)。（5）第五階段 t4～t5：操作工人看到重車(chē)快到井口時(shí)立即減速，如減速時(shí)間設(shè)置較短時(shí)，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻起作用，不致因減速過(guò)快跳閘。

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

攜手遠(yuǎn)航 共創(chuàng)輝煌 電話：0371-67250191/192/193 傳真：0371-67250102熱線：*** 河南遠(yuǎn)航工控設(shè)備有限公司 竭誠(chéng)為您服務(wù)（7）第七階段 t6～t7：快到停車(chē)位置時(shí)，變頻器立即停車(chē)，重車(chē)減速到零，操作工人發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)到井下，整個(gè)提升過(guò)程結(jié)束。

以上為人工操作程序，也可按PLC自動(dòng)操作程序工作。圖中加速和減速段的時(shí)間均在變頻器上設(shè)置。

五、結(jié)語(yǔ)

繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，電阻上消耗大量的轉(zhuǎn)差功率，速度越低，消耗的轉(zhuǎn)差功率越大。使用變頻調(diào)速，是一種不耗能的高效的調(diào)速方式。提升機(jī)絕大部分時(shí)間都處在電動(dòng)狀態(tài)，節(jié)能十分顯著，經(jīng)測(cè)算節(jié)能30%以上、取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，提升機(jī)變頻調(diào)速后，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性得到大大的提高，減少了運(yùn)行故障和停工工時(shí)，節(jié)省了人力和物力，提高了運(yùn)煤能力，間接的經(jīng)濟(jì)效益也很可觀。

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第四篇：通用變頻器共直流母線在離心機(jī)上的應(yīng)用

通用變頻器共直流母線在離心機(jī)上的應(yīng)用 變頻器/共直流母線/離心機(jī)/能量回饋/節(jié)能

1引言

在化工企業(yè)電氣傳動(dòng)中，離心機(jī)的變頻傳動(dòng)應(yīng)用非常普遍，由于工藝和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種原因，再生能量的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，在通用變頻器中，對(duì)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(shè)置的與電容器并聯(lián)的“制動(dòng)電阻”中，稱(chēng)之為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)；使之回饋到電網(wǎng)，則稱(chēng)之為回饋制動(dòng)狀態(tài)（又稱(chēng)再生制動(dòng)狀態(tài)）。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(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其制動(dòng)能量反饋到直流側(cè)，為了更好的處理反饋制動(dòng)能量，人們采用了把各變頻裝置的直流側(cè)連接起來(lái)的方式。譬如當(dāng)一臺(tái)變頻器處于制動(dòng)而另一臺(tái)變頻器處于加速狀態(tài)，這樣能量可以互補(bǔ)。本文提出了一種通用變頻器在化工企業(yè)離心機(jī)中共直流母線的方案，并闡述了其在離心機(jī)上回饋單元的進(jìn)一步應(yīng)用。

目前直流共母線有多種方式：

（1）公用一個(gè)獨(dú)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(guò)外接制動(dòng)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(wǎng)中來(lái)，具有更好的節(jié)能、環(huán)保意義，缺點(diǎn)是價(jià)格比前者要高。

（2）大變頻單元接入電網(wǎng)

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(wǎng)，故也不需要整流模塊，大變頻器外接制動(dòng)電阻。

（3）每個(gè)變頻單元各自接入電網(wǎng)

每個(gè)變頻單元均帶有整流、逆變回路并外接制動(dòng)電阻，直流母線相互連接起來(lái)。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(dú)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(yōu)勢(shì)：

● 共用直流母線可以大大減少制動(dòng)單元的重復(fù)配置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，經(jīng)濟(jì)可靠。

● 共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯(lián)儲(chǔ)能容量大，能減少電網(wǎng)的波動(dòng)。

● 各電動(dòng)機(jī)工作在不同狀態(tài)下，能量回饋互補(bǔ)，優(yōu)化了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

● 各個(gè)變頻器在電網(wǎng)中產(chǎn)生的不同次諧波干擾可以互相抵消，減少電網(wǎng)的諧波畸變率。

2改造前變頻調(diào)速系統(tǒng)方案

2.1 離心機(jī)控制系統(tǒng)介紹

改造的離心機(jī)共12臺(tái)、每臺(tái)控制系統(tǒng)都是一樣。變頻器為艾默生EV2000系列22kW，恒轉(zhuǎn)矩型，回饋單元皆為加能的IPC-PF-1S回饋制動(dòng)單元，所有控制系統(tǒng)集中在一個(gè)配電室中。兩臺(tái)離心機(jī)共用一個(gè)GGD控制柜，限于篇幅只畫(huà)出其中四臺(tái)，其余八臺(tái)與此類(lèi)似。系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 改造前變頻器及制動(dòng)單元系統(tǒng)原理圖

由圖1可知，每一臺(tái)變頻器需要一臺(tái)回饋制動(dòng)單元，各自的控制系統(tǒng)完全獨(dú)立。2.2 剎車(chē)時(shí)制動(dòng)工作分析

當(dāng)離心機(jī)剎車(chē)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)逆變器的六個(gè)續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)。這時(shí)，如果變頻器中沒(méi)采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升，此時(shí)電容的直流母線電壓抬升，當(dāng)升至680V時(shí)，制動(dòng)單元開(kāi)始工作，即回饋多余的電能到電網(wǎng)側(cè)，此時(shí)單臺(tái)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(bào)過(guò)電壓故障。單臺(tái)時(shí)變頻器制動(dòng)單元?jiǎng)x車(chē)時(shí)的電流曲線如圖2，剎車(chē)時(shí)間為3分鐘，測(cè)試儀器為FLUKE 43B 單相電能質(zhì)量分析儀，分析軟件為《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。

圖2 制動(dòng)單元工作時(shí)的電流曲線

由此可見(jiàn)每次剎車(chē)時(shí)，制動(dòng)單元必然工作，最大電流達(dá)27A。而制動(dòng)單元的額定電流為45A。顯然制動(dòng)單元處于半載狀態(tài)。3 改造后變頻調(diào)速系統(tǒng)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(diǎn)就是上電時(shí)必需充分考慮到變頻器的控制、傳動(dòng)故障、負(fù)載特性和輸入主回路維護(hù)等。該方案包括三相進(jìn)線（堅(jiān)持同一相位）、直流母線、通用變頻器組、公共制動(dòng)單元或能量回饋裝置和一些附屬元件。對(duì)于通用變頻器而言，圖3所示為在其中一種應(yīng)用比較廣泛的方案。選用第三種改造方案后的主電路系統(tǒng)圖如圖3，圖3中空氣開(kāi)關(guān)Q1至Q4是每個(gè)變頻器的進(jìn)線保護(hù)裝置，KM1至KM4為每臺(tái)變頻器的上電接觸器。KMZ1至KMZ3為直流母線的并聯(lián)接觸器。1#、2#離心機(jī)共用一個(gè)制動(dòng)單元，組成一組，3#、4#離心機(jī)共用一個(gè)制動(dòng)單元，組成一組，當(dāng)兩組都正常時(shí)可以并接在一起。同時(shí)也是基于現(xiàn)場(chǎng)操作工人的工作時(shí)序，1#、2#離心機(jī)不同時(shí)剎車(chē)，3#、4#離心機(jī)不同時(shí)剎車(chē)。正常工作時(shí)一般為兩臺(tái)離心機(jī)1#、3#為一組，2#、4#為一組，四臺(tái)離心機(jī)一般不會(huì)同時(shí)剎車(chē)。由于實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境往往會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的動(dòng)搖并發(fā)生高次諧波。也可用于增加電源阻抗并協(xié)助吸收附近設(shè)備投入工作時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓和主電源的電壓尖峰，從而最終維護(hù)變頻器的整流單元。每臺(tái)變頻器也可以使用進(jìn)線電抗器來(lái)有效地防止這些因素對(duì)變頻器的影響。本項(xiàng)目改造中由于原設(shè)備沒(méi)有裝進(jìn)線電抗器，故并沒(méi)有畫(huà)出進(jìn)線電抗器及其他諧波治理裝置。

圖3 改造后變頻器及制動(dòng)單元系統(tǒng)原理圖

3.2 控制系統(tǒng)的方案

控制線路如圖4，四臺(tái)變頻器上電后，每臺(tái)變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好后，設(shè)置變頻器故障繼電器輸出端子的輸出選項(xiàng)為“變頻器運(yùn)行準(zhǔn)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(tái)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(kāi)觸點(diǎn)，上電后變頻器“變頻器運(yùn)行準(zhǔn)備好”，各變頻器的TA、TC吸合，直流母線并聯(lián)接觸器依次吸合。否則接觸器就斷開(kāi)。

圖4 改造后的制動(dòng)單元并聯(lián)控制原理圖

圖5 改造后的制動(dòng)單元工作電流監(jiān)視圖

3.3 該方案特點(diǎn)

（1）使用一個(gè)完整的變頻器，而不是單純的整流橋加多個(gè)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(gè)變頻器都可以單獨(dú)從直流母線中分離進(jìn)去而不影響其他系統(tǒng)。

（4）通過(guò)連鎖接觸器來(lái)控制變頻器的DC共用母線的聯(lián)絡(luò)。

（5）連鎖控制來(lái)保護(hù)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(gè)三相電源。

（7）變頻器故障后快速地與DC母線斷開(kāi)以進(jìn)一步縮小變頻器故障范圍。3.4 變頻器主要參數(shù)設(shè)置

運(yùn)行命令通道選擇 F0.03=1 最高操作頻率設(shè)定 F0.05=50 加速時(shí)間1設(shè)定 F0.10=300 減速時(shí)間1設(shè)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(cè)試數(shù)據(jù)

停車(chē)時(shí)進(jìn)線電壓： 3PH 380VAC 母線電壓： 530VDC 直流母線電壓： 650V 當(dāng)一臺(tái)升速時(shí)，母線電壓降低，此時(shí)另一臺(tái)降速，直流母線電壓在540~670V波動(dòng)，制動(dòng)單元在此時(shí)沒(méi)有開(kāi)啟，制動(dòng)單元一般工作的DC電壓為680V如圖5測(cè)試分析。

4節(jié)能分析

回饋制動(dòng)單元相比電阻能耗制動(dòng)本身就是一種節(jié)能的應(yīng)用，可是要求每臺(tái)變頻器需要?jiǎng)x車(chē)時(shí)配用一臺(tái)制動(dòng)單元。必然要求有幾臺(tái)變頻器就得配幾臺(tái)制動(dòng)單元，而制動(dòng)單元的價(jià)格和變頻器價(jià)格相差不大，工作持續(xù)率卻不是很高。共用直流母線變頻器驅(qū)動(dòng)在離心機(jī)上的廣泛應(yīng)用，較好的解決了當(dāng)一個(gè)變頻器升速，另一個(gè)變頻器剎車(chē)時(shí)，均衡了“一個(gè)吃不飽、一個(gè)吃的吐”，的問(wèn)題，該方案減少了制動(dòng)單元的重復(fù)設(shè)置，降低了工作次數(shù)的，也減少了對(duì)電網(wǎng)的干擾次數(shù)，提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在減少設(shè)備投入，增加設(shè)備使用率，節(jié)約設(shè)備、節(jié)能方面有特別重要的意義。

5結(jié)束語(yǔ)

通用變頻器共用直流母線的廣泛應(yīng)用，較好的解決了電能消耗與電能回饋時(shí)間段不同步這個(gè)問(wèn)題，對(duì)減少設(shè)備投入、降低電網(wǎng)干擾和提高設(shè)備利用率有特別重要的意義。

白獻(xiàn)剛

夏乃學(xué)

貢俊鵬

熊彥梅

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第五篇：ABB變頻器在煤氣加壓機(jī)上的應(yīng)用

ABB變頻器在煤氣加壓機(jī)上的應(yīng)用

摘要：在煤氣加壓機(jī)控制系統(tǒng)中運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，從而實(shí)現(xiàn)煤氣加壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制煤氣流量，年節(jié)電效益12.91萬(wàn)元.關(guān)鍵詞：煤氣加壓機(jī)

變頻器節(jié)能 一 概述

煉鐵廠豎爐車(chē)間煤氣加壓系統(tǒng)有220kW加壓風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，一用一備，煤氣的恒壓供給是保證豎爐系統(tǒng)正常工作的重要條件，一般情況下要求出口壓力為20KPa，原系統(tǒng)采用液力耦合器調(diào)速，電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

液力耦合器是通過(guò)控制工作腔內(nèi)工作油液的動(dòng)量矩變化，來(lái)傳遞電機(jī)能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的，電動(dòng)機(jī)通過(guò)液力耦合器的輸入軸拖動(dòng)其主動(dòng)工作輪，對(duì)工作油進(jìn)行加速，被加速的工作油再帶動(dòng)液力耦合器的從動(dòng)工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載，這樣，可以通過(guò)控制工作腔內(nèi)的油壓來(lái)控制輸出軸的力矩，達(dá)到控制負(fù)載的轉(zhuǎn)速的目地。二 原系統(tǒng)工況及存在的問(wèn)題

豎爐從投產(chǎn)以來(lái)，煤氣加壓機(jī)采用液力耦合器調(diào)速，存在諸多的問(wèn)題如下:

1、電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，沖擊電流加大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2、電機(jī)的效率低，損耗大，尤其低速運(yùn)行時(shí)，效率極低。

3、采用液力耦合器時(shí)，在低速向高速運(yùn)行過(guò)程中，延遲性較明顯，不能快速響應(yīng)，同時(shí)這時(shí)候的電流較大。

4、液力耦合器的附件——水冷卻系統(tǒng)，長(zhǎng)期運(yùn)行，維護(hù)跟不上，冷卻管內(nèi)的水垢越積越多，易堵塞，導(dǎo)致冷卻效果差，最終油溫過(guò)高。

5、特別是進(jìn)口壓力過(guò)低，通過(guò)液力耦合器調(diào)速后，出口壓力要求在20KPa左右，那么就會(huì)出現(xiàn)油溫過(guò)高，結(jié)果轉(zhuǎn)速?zèng)]法調(diào)節(jié)到指定范圍內(nèi)，出口壓力還是低，造成常常減料，球團(tuán)產(chǎn)量相應(yīng)降低。

6、液力耦合器運(yùn)行時(shí)間稍長(zhǎng)，就會(huì)嚴(yán)重漏油，對(duì)環(huán)境污染大，地面也被油嚴(yán)重污蝕。

從以上運(yùn)行情況分析：要提高電動(dòng)機(jī)的工作效率、節(jié)約電能，為滿足生產(chǎn)工藝的要求，需要對(duì)其進(jìn)行改造。在風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)上裝設(shè)變頻調(diào)速裝置，取代液力偶合器調(diào)速，要求變頻器有高可靠性，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。三 變頻改造方案

電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù)載直接相連，但電動(dòng)機(jī)不再由電網(wǎng)直接供電，而是由變頻器供電，變頻器通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，而且在全范圍內(nèi)具有優(yōu)異的效率和功率因素特性。

采用變頻調(diào)速后，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/p，其中f 為變頻器輸出頻率，s 為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，p 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式可見(jiàn)，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，所以改變電源頻率就能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。

可以根據(jù)工藝狀況需要而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以滿足工藝要求。當(dāng)工藝狀況需要時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行以達(dá)到工藝要求；當(dāng)工藝

狀況允許時(shí)，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)約電能。

另外，用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造不必對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行大的改動(dòng)。取消液力耦合器，以及液力耦合器的水冷卻系統(tǒng)，電機(jī)前移。

1、實(shí)際應(yīng)用設(shè)備參數(shù)

加壓風(fēng)機(jī)型號(hào)為JLM—250D，其性能如表1所示

表1 風(fēng)機(jī)參數(shù)

2、電機(jī)型號(hào)為YB315M1-2，其性能如表2所示

表2 電機(jī)參數(shù)

3、根據(jù)風(fēng)機(jī)和電機(jī)的配置選擇變頻器的容量 型號(hào)：ACS800-04P-0320-3＋P901 250KW 輸入項(xiàng)目 U：3～380－415V I：501A f：48～ 63Hz

輸出項(xiàng)目 U：3～uinput I：521A f：0～ 300Hz

4、變頻改造方案：

在風(fēng)機(jī)上裝設(shè)變頻系統(tǒng)，拆除液力耦合器（如圖一）；保留原工頻系統(tǒng)。

圖1

風(fēng)機(jī)變頻改造示意圖

5、變頻器調(diào)試：

首先將電機(jī)的額定功率、電壓、電流及工作頻率輸入變頻器，并確認(rèn)它們與變頻器的額定數(shù)據(jù)相匹配，其次是選擇控制方式，命令源，最后設(shè)置速度設(shè)定值，斜坡上升/下降時(shí)間等一些必要的參數(shù)。

6、變頻調(diào)速與液力耦合器調(diào)速的其他性能比較

變頻調(diào)速與液力耦合器調(diào)速除了節(jié)能方面的差別外，還在功率因素、起動(dòng)性能、運(yùn)行可靠性、運(yùn)行維護(hù)、調(diào)節(jié)及控制特性、投資及回報(bào)等方面有較大差異。6、1功率因素

變頻調(diào)速可以在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高功率因素運(yùn)行（例如20%以上轉(zhuǎn)速時(shí)功率因素大于0.95%），而液力耦合器低速運(yùn)行時(shí)功率

因素低于電動(dòng)機(jī)額定功率因素，如果在70%以下轉(zhuǎn)速時(shí)，功率因素將低于0.7。采用液力耦合器如果需要提高功率因素，則需另加功率因素補(bǔ)償裝置。6、2 起動(dòng)性能

采用變頻調(diào)速時(shí)，如電動(dòng)機(jī)保持額定轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，電網(wǎng)輸入起動(dòng)電流小于電動(dòng)機(jī)額定電流的10%，對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載，其起動(dòng)電流更小。而且起動(dòng)的全過(guò)程可控，起動(dòng)點(diǎn)和爬坡時(shí)間可設(shè)置。而液力偶合器不能直接改善起動(dòng)性能，起動(dòng)電流達(dá)到額定電流的5-7倍，即使是繞線型轉(zhuǎn)子，采取轉(zhuǎn)子串電阻方法需改善起動(dòng)性能，需增加起動(dòng)裝置，但起動(dòng)電流仍將是額定電流的2倍以上，是變頻起動(dòng)的20倍以上。起動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊相當(dāng)大，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，造成轉(zhuǎn)子鼠籠斷條和定子繞組開(kāi)焊，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約15%的電動(dòng)機(jī)故障由直接起動(dòng)引起。對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，直接起動(dòng)造成電網(wǎng)電壓短時(shí)下降，干擾其它設(shè)備運(yùn)行。6、3 運(yùn)行可靠性、運(yùn)行維護(hù)

液力耦合器機(jī)械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)復(fù)雜，要長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，系統(tǒng)維護(hù)工作量增大，如果出現(xiàn)故障，無(wú)法直接定速運(yùn)行，必須停機(jī)檢修。低壓變頻裝置電子線路比較復(fù)雜，但目前技術(shù)已趨成熟，尤其是單元串聯(lián)多電平方式的低壓變頻裝置具有單元自動(dòng)切換和冗余運(yùn)行特性，在單元故障時(shí)可不停機(jī)連續(xù)運(yùn)行，可靠性得以保證，而且檢修維護(hù)相當(dāng)容易，只需定期更換進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)即可。6.4 調(diào)節(jié)及控制特性

液力耦合器依靠調(diào)節(jié)工作腔油量大小改變輸出轉(zhuǎn)速，因此響應(yīng)

慢，可能跟不上控制的需要，而變頻調(diào)速的頻率改變速度相當(dāng)快，完全可以以系統(tǒng)允許的最高速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。液力耦合器的速度調(diào)節(jié)精度較低，而變頻調(diào)速屬于數(shù)字式控制，其穩(wěn)頻精度達(dá)到0.1%以上，因此可以實(shí)現(xiàn)精確控制。四 節(jié)能情況分析

液力偶合器從電動(dòng)機(jī)輸出軸取得機(jī)械能，通過(guò)液力變送后送人負(fù)載，其間存在功率損耗；變頻器從電網(wǎng)取得電能，通過(guò)電動(dòng)機(jī)變送后送人負(fù)載，其間同樣存在功率損耗。在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，兩種調(diào)速方式的效率—轉(zhuǎn)速曲線如下：

兩種調(diào)速方式的效率—轉(zhuǎn)速對(duì)比曲線

1、理論上計(jì)算節(jié)能效果：

220kW風(fēng)機(jī)的風(fēng)量從100%降低到70%，由于流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，因此轉(zhuǎn)速可以降低70%，而負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以負(fù)載功率理論上降為34.3%。

采用變頻調(diào)速，其效率按0.95計(jì)算，再考慮電動(dòng)機(jī)效率0.85，管道系統(tǒng)效率0.95，則電網(wǎng)總輸人功率約為：

220（34.3%/0.95/0.85/0.95）=220×44.71%=98.36kW 采用液力偶合器，其效率按0.665計(jì)算，再考慮電動(dòng)機(jī)效率0.85，管道系統(tǒng)效率0.95，則電網(wǎng)總輸人功率約為：

220（34.3%/0.665/0.85/0.95）=220×63.87%=140.51kW 二者之差為節(jié)約的電能，即：140.51-98.36=42.15kW，全年按330日計(jì)算，年節(jié)電: 42.15×330×24=333828度

2、實(shí)際測(cè)量節(jié)約電能比較：出口壓力達(dá)到20KPa為標(biāo)準(zhǔn) 2、1 改造前實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) u1=380V；i1=140A；cosφ1=0.92 P1=1.732ui =1.7321×380×140×0.92= 84.78kw 每年耗電量（全年運(yùn)行330天計(jì)）為：84.78×24×330=671458度 2、2 改造后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

u2=380V ；i2=50－70A ；cosφ2=1 取個(gè)中間值 i2=60A P2=1.732ui =1.7321×380×60×1=39.5kw 每年耗電量（全年運(yùn)行330天計(jì)）為：39.5×24×330=312840度 2、3 每年節(jié)省的電量： 671458－312840=358618度 節(jié)電率：358618÷671458=53.4% 每年節(jié)約電費(fèi)（按0.36元/度計(jì)）：358618×0.36=12.91萬(wàn)元

3、節(jié)約循環(huán)新水比較

根據(jù)在水泵房的新水流量表的指示比較得知：(19-14.5)×24×330=35640噸

五 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)煤氣加壓風(fēng)機(jī)改造表明：采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、改造方便、節(jié)能效果明顯、投資回收期短的特點(diǎn)；風(fēng)機(jī)可軟起軟停、減少設(shè)備機(jī)械沖擊、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降低設(shè)備的維修費(fèi)用；拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，在大大節(jié)約電能的基礎(chǔ)上，使長(zhǎng)期輕載運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速、低電壓的狀態(tài)下，這樣就使電機(jī)發(fā)熱少、溫升低，延長(zhǎng)了使用壽命。變頻調(diào)速技術(shù)也提高了功率因數(shù)，使電網(wǎng)損耗減少，效率提高，同時(shí)降低了風(fēng)機(jī)噪音，改善了生產(chǎn)環(huán)境。另外變頻器自我檢測(cè)、故障診斷、保護(hù)功能齊全，可有效地防止事故擴(kuò)大化。

作者簡(jiǎn)介:王長(zhǎng)林,男