大陸自動化

變頻器在冷軋機上的應用

2010-10-05T02:48:00.000+08:00

一、引言

冷軋機是在“再結晶”溫度（包括常溫）下將一定厚度的鋼板軋成目標厚度的設備。傳統的冷軋機都是用力矩電機和直流電機來控制的。眾所周知，由於結構上的原因，直流電動機存在以下缺點：（1）需要定期更換電刷和換向器，維護保養困難，壽命較短；（2）結構複雜，難以製造出大容量、高轉速和高電壓的直流電動機。隨著電力電子技術、控制技術的發展，高性能矢量變頻器的出現，變頻器在冷軋機上的應用日益廣泛。下面以揭陽某軋鋼廠為例，闡述INVT—CHV100在可逆冷軋機上的應用。

二、可逆冷軋機的工藝流程
可逆冷軋機主要由以下幾個部分構成：主驅動電機、放捲電機、收卷電機構成。軋機的工作過程為：主驅動電機牽引帶鋼從棍縫中穿過，通過下壓電機或液壓系統對棍系產生壓力，從而使帶鋼產生形變，使出口的帶鋼變薄，左右收放卷電機產生足夠的延伸應力（張力）以繃緊鋼帶。系統啟動後，收放捲電機以設定的張力在主驅動電機的帶動下運動，為了不使鋼帶“鬆弛”或“拉斷”，必須確保系統中每一點鋼帶的線速度（秒流量）都相等，即張力恆定。鋼帶每次放完收滿以後，通過外部開關實現收、放捲切換。即：放捲切換成收卷，收卷切換成放捲，如此循環直至鋼帶軋成目標厚度。

三、控制原理

揭陽某軋鋼廠主驅動電機285kW(配CHV100-315G型變頻器)，放捲電機155 kW（配CHV100-160G型變頻器+PG卡+編碼器+張力卡），收卷電機155 kW（配CHV100-160G型變頻器+PG卡+編碼器+張力卡）。主驅動變頻器採用開環矢量控制，通過外接電位器來調速。收/放捲變頻器採用閉環矢量控制，工作於無張力反饋轉矩控制模式，採用線速度法測量卷徑，線速度源採集於主驅動變頻器的模擬量輸出。無張力反饋轉矩控制的原理就是通過控制變頻器的輸出轉矩來控制張力的恆定。在張力（通過電位器設定）和捲筒的捲徑（由卷徑計算模塊獲得）確定的情況下，變頻器匹配的轉矩指令如下：

收放捲過程分析：
（1）放捲過程：電機的轉矩方向和速度方向相反，電機工作於發電狀態。

（2）收卷過程：電機的轉矩方向和轉速方向相同，電機工作於電動狀態。

放捲電機被收卷電機拖動處於發電狀態，工作過程中很容易跳“過壓”故障，而收放捲電機的功率恰好完全相等，這樣共直流母線就成了一種理想的解決方案。系統電氣控製圖如下：

四、調試要點及變頻器參數設置
1、調試要點
（1）三台變頻器均工作於矢量控制模式，必須輸入正確的電機名牌參數進行自學習。
（2）確保編碼器安裝與電機同軸，編碼器應採用屏蔽線，屏蔽線在電機側單端接地。PG卡的接線形式應與編碼器的輸出方式對應。
（3）為了防止系統在加減速過程中“過繃”和“松帶”，需要設置合適的轉動慣量補償係數。
（4）三台變頻器的啟動/停止、正轉/反轉都是聯動的。點動信號是彼此獨立的，以方便上、下料。
（5）系統啟動以後，首先調節收捲和放捲張力給定電位器，設定合適的張力繃緊鋼帶（零速建張），然後調節主機頻率給定電位器，使主機速度上升。收放捲電機會自動跟隨主驅動電機一起升速。停機時：應首先把主機速度降到較低的速度，然後再停止，以減少慣性對系統的衝擊。

2、變頻器參數設置
（1）主驅動變頻器
P0.01 1 端子指令通道
P0.03 1 模擬量AI1給定頻率
P0.11 30 加速時間0
P0.12 13 減速時間0
P2.01 50 電機額定頻率
P2.02 980 電機額定轉速
P2.03 380 電機額定電壓
P2.04 558 電機額定電流
P2.05 280 電機額定功率
P2.06 0.06 電機定子電阻
P2.07 0.07 電機轉子電阻
P2.08 9.0 電機定、轉子電感
P2.09 8.7 電機定、轉子互感
P2.10 169 電機空載電流、
P5.00 2 HDI1為開關量輸入
P5.02 1 正轉運行
P5.03 2 故障復位
P5.04 4 正轉點動
P5.05 5 反轉點動
P5.06 7 故障復位
P5.07 6 自由停車
P6.07 0 AO1輸出選擇
（2）放捲變頻器
P0.00 1 有PG矢量控制
P0.01 1 端子指令通道
P0.11 30 加速時間0
P0.12 13 減速時間0
P1.09 2 停機制動頻率
P1.10 0.1 停機制動等待時間
P1.11 30% 停機直流制動電流
P1.12 3600 停機直流制動時間
P2.01 50 電機額定頻率
P2.02 975 電機額定轉速
P2.03 380 電機額定電壓
P2.04 296 電機額定電流
P2.05 155 電機額定功率
P2.06 0.08 電機定子電阻
P2.07 0.09 電機轉子電阻
P2.08 11.1 電機定、轉子電感
P2.09 10.9 電機定、轉子互感
P2.10 58.76 電機空載電流、
P3.10 1024 PG參數
P3.11 1 PG方向選擇
P5.02 1 正轉運行
P5.03 2 故障復位
P5.04 36 收放捲切換
P5.05 4 正轉點動
P5.06 5 反轉點動
P5.09 7 故障復位
P5.10 32 卷徑復位
P5.11 6 自由停車
PF.00 1 無張力反饋轉矩控制
PF.01 1 放捲模式
PF.04 20000 最大張力
PF.05 3 AI3設定張力
PF.10 5 張力錐度係數
PF.11 23.34 機械傳動比
PF.12 1.36 最大捲曲直徑
PF.14 0.41 原始捲曲直徑0
PF.18 0 線速度法測量卷徑
PF.19 0.5 卷徑濾波時間
PF.22 48 最大線速度
PF.23 1 AI1線速度輸入
PF.33 5% 轉動慣量補償係數
PF.34 7800 材料密度
PF.35 0.34 材料寬度
（3）收卷變頻器
P0.00 1 有PG矢量控制
P0.01 1 端子指令通道
P0.11 30 加速時間0
P0.12 13 減速時間0
P1.09 2 停機制動頻率
P1.10 0.1 停機制動等待時間
P1.11 30% 停機直流制動電流
P1.12 3600 停機直流制動時間
P2.01 50 電機額定頻率
P2.02 970 電機額定轉速
P2.03 380 電機額定電壓
P2.04 294 電機額定電流
P2.05 155 電機額定功率
P2.06 0.09 電機定子電阻
P2.07 0.10 電機轉子電阻
P2.08 12.3 電機定、轉子電感
P2.09 11.9 電機定、轉子互感
P2.10 62.03 電機空載電流、
P3.10 1024 PG參數
P3.11 1 PG方向選擇
P5.02 1 正轉運行
P5.03 2 故障復位
P5.04 36 收放捲切換
P5.05 4 正轉點動
P5.06 5 反轉點動
P5.09 7 故障復位
P5.10 32 卷徑復位
P5.11 6 自由停車
PF.00 0 無張力反饋轉矩控制
PF.01 1 放捲模式
PF.04 20000 最大張力
PF.05 3 AI3設定張力
PF.10 5 張力錐度係數
PF.11 23.34 機械傳動比
PF.12 1.36 最大捲曲直徑
PF.14 0.41 原始捲曲直徑0
PF.18 0 線速度法測量卷徑
PF.19 0.5 卷徑濾波時間
PF.22 48 最大線速度
PF.23 1 AI1線速度輸入
PF.33 5% 轉動慣量補償係數
PF.34 7800 材料密度
PF.35 0.34 材料寬度
一、結束語
可逆冷軋機是主要的冷軋鋼設備之一，要求控制系統：過載能力強、穩速精度高、動態響應快，收/放電機能隨時響應主機速度變化率，以確保線速度（秒流量）相等，從而達到軋製全程張力（功率）的恆定。實踐證明：INVT-CHV100有PG矢量（“0”速張力可達180%）型變頻器加減速平滑、出力平穩，能夠很好的滿足冷軋鋼工藝“收/放”卷控制的需要。在實際應用中，可以適當提高主機速度（50HZ以上）、來提高單位時間的產量。英威騰張力擴展卡內嵌國際標準的MODBUS通訊協議，用戶也可以通過上位機來實現集中控制。INVT-CHV100為冷軋鋼行業提供了完美的解決方案，降低了能耗、提高了生產效率、使客戶更具競爭力。
二、參考文獻
1.《CHV系列矢量變頻器操作手冊》英威騰電氣股份有限公司
2．《CHV系列矢量變頻器擴展卡說明書》英威騰電氣股份有限公司
3．《軋鋼工藝學》冶金工業出版社出版

高壓變頻器在鋼鐵廠除塵風機的應用

2010-10-05T02:33:00.000+08:00

1、概述
鋼廠的冶煉過程耗電較大，耗電在煉鋼成本中是不可忽視的一部分，河北某鋼鐵有限公司係中外合資企業，於1993年成立，1994年10月正式投產，總資產11億元。有中型軋鋼生產線四條(800#軋機生產線一條, 650#軋機生產線一條和500#軋機生產線兩條),年生產能力70萬噸。公司堅持面向未來，以可持續發展為主題，以實施產業結構調整，構築新的競爭優勢為目標，實現工藝升級、產品更新，全面提高公司的運營水平與核心競爭力，走新型工業化道路，打造行業和產品優勢，加快用高新技術改造鋼鐵業的步伐，建設高科技的鋼鐵企業。公司響應國家的節能減排的政策方針，配置有三套除塵系統。根據生產工藝的要求，邀請我公司（深圳市英威騰電氣股份有限公司）技術人員到廠內的對#3除塵系統的除塵風機進行分析，對節能方面做評估。根據現場的運行數據及實際工藝的要求，我公司技術人員對其進行全面分析，有較大的節能空間。
2、設備參數及工藝要求
鋼廠整個系統共有3套除塵系統，#3除塵系統容量比較大，在生產過程中是主要的除塵設備，其電機及風機的參數如下表所示：

異步電機		除塵風機
型號	YTP710-6	型號	Y4-2×73 No.29.5F
額定功率	2240 kW	額定壓力	570 - 375 mmH2O
額定電壓	10 kV	額定流量	960000 - 1720000 m3/h
額定電流	150.9A	軸功率	1800 -2240 kW
額定轉速	985 rpm	額定轉速	985 rpm

正常情況下，該鍋爐每55分鐘為一個生產週期，生產過程的不同階段，電爐產生的煙氣量不同，因此需要調節除塵風機的風量。按照正常的生產過程，為滿足生產工藝的要求，除塵系統的除塵量可以按如圖一所示調節。一個週期可分為4個階段：1、加料A～B，9分鐘；2、供電供氧高速C～D，15分鐘， 3、供電供氧中速E～F，25分鐘；4、出爐低速G～H，6分鐘。

圖一除塵量的工藝圖
除塵系統的監控採用工控機控制，工控機與變頻器通過硬接線的方式連接。操作室內的工控機可以實現對變頻器的啟動、停機、復位和高壓分斷等控制，調節變頻器給定頻率，並實時監視變頻器的運行工況。變頻器輸出頻率和輸出電流，以4-20mA方式反饋到DCS系統。
3、設備選型及系統方案
我公司技術人員根據現場設備的參數及工藝要求，結合我公司的CHH100系列高壓變頻器在其它工程地應用情況，我公司為其配置了一台10KV/2500KW的CHH100系列的高壓變頻器，變頻器主要技術參數如下表：

序號	項目	參數
1	變頻器型號	CHH100-2500-10
2	額定容量	3150kVA
3	額定電壓	10kV
5	額定電流	175A
7	可配電機	2500kW
8	旁路方式	一拖一手動旁路

根據現場的運行工藝要求，考慮到變頻器退出運行後，為了不影響生產，確保除塵系統正常工作，我公司為系統配置工頻旁路，保留了以前的工頻啟動的軟啟動裝置，同時按照以往的保護定值進行整定，當變頻器出現異常時，將電機投切到工頻下運行。整個調速系統的一次迴路圖如下所示：

圖二變頻系統一次迴路圖
變頻調速系統由用戶開關、軟啟動器、手動旁路櫃、CHH100系列高壓變頻器、高壓電機組成。手動旁路櫃是由三個高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成。電機以變頻方式運行時， QS2、QS3閉合，QS1斷開；電機以工頻方式運行時，QS1閉合， QS2、QS3斷開。手動旁路櫃嚴格按照“五防”聯鎖要求設計，變頻輸出開關QS3和工頻開關QS1互鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。
旁路櫃與上級高壓開關QF連鎖，旁路櫃隔離開關未合到位時，不允許高壓開關合閘，QF合閘時，絕對不允許操作高壓隔離開關，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。
CHH100系列高壓變頻器的接口比較靈活，有多種控制方式，有modbus通訊接口方式,也有硬接線控制方式，根據該工程的系統控制接口形式，選擇了硬接線的方式進行遠程控制。變頻器及現場的除塵風機如下圖所示。

4、變頻器工作原理
CHH100系列高壓變頻器一體化設計，系統屬於高—高結構方式，變頻裝置逆變主電路拓撲採用單元串聯多電平電壓源型變頻器，由變壓器櫃、功率櫃、控制櫃、自動旁路櫃四個部分組成，通過將多個低壓功率模塊的輸出疊加起來得到高壓輸出，可以直接配套異步鼠籠電機。 CHH100系列高壓大功率變頻器的原理結構如圖三所示。電網送來的三相10KV交流電，經移相變壓器，由其副邊每相的9個二次線圈電壓逐個移相6.5°，供電給9個功率單元，三相共27個功率單元，形成Y聯結結構。變頻器控制部分採用DSP處理器對調製波形進行空間向量的優化處理，控制IGBT的通斷，即可在單元輸出兩點之間得到PWM波形，9個功率單元相疊加進行波形合成，可輸出高壓正弦波給感應電動機，因而形成近似正弦波大大降低了輸出諧波含量，不需輸出升壓變壓器和濾波裝置，可直接驅動普通高壓電機，而不會增加電機升溫而降低電機容量。因此，無需濾波器變頻器就可輸出正弦輸出電流和電壓波形，對電機沒有特殊要求，可以使用普通異步電機，電機不必降額使用；具有軟啟動功能，沒有電機啟動衝擊引起的電網電壓下跌，可確保電機安全、長期運行在20-100%的帶載調速範圍內，變頻系統的不加任何功率因數補償的情況下輸入端功率因數能達到0.95以上。輸入電流諧波畸變<4%,輸出電流諧波畸變<2%

圖三 CHH100系列變頻系統圖
5、變頻器功能特點
1）變頻調速系統的啟停方式
啟動方式：
（1) 直接啟動；
（2) 先直流制動再啟動(對於風機類可能由負載帶動反轉場合，可以先通過直流制動把電機剎住車再啟動，從而避免啟動時產生巨大的衝擊電流)；
（3) 轉速追踪啟動。變頻調速系統首先追踪電機的當前轉速，然後在當前電機的轉速的基礎上直接啟動。
停車方式：
（1) 減速停車(控制電機速度按照減速曲線減小，到零頻後停車)
（2) 自由停車(直接封脈衝，電機按照自己的慣性停車)
2）頻率設定方式
（1) LED 鍵盤給定
（2) 通訊給定(觸摸屏採用這種方案)
（3) 模擬信號輸入給定
（4) 高速脈衝給定
（5) PID控制調節給定：通過PID給定與反饋的比較，自動調節頻率，在恆壓供水系統上應用尤其方便。
（6) 多段速給定：變頻調速系統可以設置多個頻率段，以及加減速時間，由端子靈活的選擇在這些頻率段時間切換。
（7) 同時為了運行頻率控制更加靈活，CHH系列變頻器支持兩個頻率源，實際運行頻率可以取這兩個頻率源的任意一個，或者對兩個頻率源進行和、差，以及最大值的組合。
（8) 用戶除了使用頻率源控制頻率以外，還可以通過up/down按鍵或者數字量端子靈活的對運行頻率進行增加、減小的微調。
3）電壓自動調解功能。
由於我方提供的高壓變頻器有一級功率模塊的富裕量，高壓變頻調速系統可以根據母線電壓的波動自動調節輸出PWM信號的佔空比，從而減輕電網電壓波動對於輸出電壓波動的影響。在母線電壓波動情況和功率模塊旁路的情況可以自動調解輸出電壓，保證輸出電壓的穩定。
4） V/F曲線選擇方式
有些負載(比如風機、水泵)都不是恆轉矩負載(風機水泵的轉矩與速度的二次方成正比)。為了適應這種變轉矩的負載特性，CHH系列高壓調速系統提供了多點V/F曲線，1.3次冪、1.7次冪、2.0次冪V/F曲線可供選擇。並且在可以在V/F的啟動低頻段進行電壓提升，滿足現場實際的調速需求。
5）可編程用戶端子
高壓變頻調速系統提供豐富的端子功能給用戶，這些端子都是可通過功能碼進行設定，不需要更改系統的程序，便於現場調試,從而保證系統有靈活的可擴展性,完全能夠滿足DCS控制的要求。
6）豐富的實時監控功能
系統參數：運行頻率、給定頻率、母線電壓、輸出電壓、輸出電流、運行速度、輸出轉矩、PID給定、PID反饋、端子狀態、摸擬量的值以及時間。
模塊參數：模塊電壓、模塊的溫度。
用戶可以通過功能碼選擇所需要顯示的監控對象。也可以通過觸摸屏查看相關的參數，變頻器有異常時，不但可以查看故障類型及處理方式，還可以查看故障時的變頻器運行狀態，便於快速排除故障。
7）多段速控制功能
針對有頻繁變速要求系統，高壓調速系統可以提供多段速度調製模式。用戶可以通過端子靈活的選擇當前的運行速度段。
8） Modbus通訊功能
高壓變頻調速系統提供對外的modbus通訊接口。用戶可以使用自己的系統通過modbus協議對變頻器進行控制，設置。
6、節能效果
變頻器3月2日安裝完畢。根據現場的生產要求，變頻器於4月14日調試完畢，於4月15日對除塵風機變頻運行方式和工頻方式進行測試，4月15日除塵風機以變頻方式投入運行。在調試和試運行期間，測試的幾個關鍵的運行數據如下：

序號	工頻運行			變頻運行
序號	擋板開度	輸入電壓	輸入電流	輸入電壓	運行頻率	輸入電流
1	30%	10.04kV	52.4A	10.04kV	20Hz	23.4A
2	60%	10.04kV	104.2A	10.04kV	35Hz	55.5A
3	90%	10.04kV	135.8A	10.04kV	45Hz	102.3A

按照以上的測試數據，對除塵風機工頻運行和變頻運行消耗的電能計算如下：

<><><><><><><><><>

序號	需要風量（%）	工頻耗電（KW）	變頻耗電（KW）	節電功率（KW）	節電率（%）
1
2	60	1522.05	936.15	585.90	38.49
3	90	1980.63	1720.56	260.07	13.13

根據實際運行的時間，高速運行15分鐘左右，中速運行有25分鐘左右，低速運行有15分鐘左右，所以綜合節電率為：

370.71×15+585.90×25+260.07×15

系統節電率 = ×100%

765.41×15+1522.05×25+1980.63×15

=30.42%

系統節電功率為:438.35KW

一天節電量：438.35×24 = 10520.57 度/天

按電價0.35元/度計算，一天節約電費：10520.57 × 0.35 = 3682.19元/天
7、變頻調速優點
變頻器改造後，對整個控制工藝有較大改善，對生產成本也有一定的降低，綜合考慮，變頻改造具有以下幾方面的優點：
1) 網側功率因數提高：原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數為0.84左右。採用變頻調速系統後，電源側的功率因數可提高到0.95以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上游設備運行費用。
2) 設備運行與維護費用下降：採用變頻調節後，可以根據現場的實際除塵風量進行調節風機轉速，由於通過調節電機轉速實現節能，在負荷率較低時，電機、風機轉速也降低，主設備及相應輔助設備磨損較前減輕，維護週期可加長，設備運行壽命延長；並且變頻改造後擋板開度可達100％，運行中不承受壓力，可顯著減少擋板的維護量。變頻器運行中，只需定期對變頻器除塵，不用停機，保證了生產的連續性。
3) 用變頻調速裝置後，可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網無任何衝擊，電機使用壽命延長。在整個運行範圍內，電機可保證運行平穩，損耗減小。風機啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。
4) 與原來舊系統相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電網和電機。
5) 操作簡單、靈活，運行方便，可通過計算機遠程給定等參數，變頻調速系統將會始終保持在0.01～0.1HZ頻率調整精度範圍內工作，為實現除塵系統的自動化創造優越條實現智能調節。
6) 適應電網電壓波動能力強，電壓工作範圍寬，電網電壓在-10%～+10%之間波動時，系統均可正常運行。
7) 變頻改造後，系統節能效果比較顯著，可提高系統運行效率，降低了公司的生產成本，提高了公司在市場上的競爭力。
參考文獻：

【2】CHH100系列高壓變頻器說明書，深圳市英威騰，2007；

【1】胡先主編高爐爐前操作技術冶金工業出版社，2006；

變頻器在油泵試驗台上的應用

2010-10-05T02:13:00.000+08:00

系統性能要求
噴油泵是柴油內燃機的一個關鍵部件。它根據柴油機的轉速均勻分配各燃燒缸的進油量，並對開始噴射燃油的曲軸轉角進行調節，其質量的好壞直接影響到柴油內燃機的整體性能。電動機是噴油泵試驗台的動力源，對電機速度控制的準確性是保證被測噴油泵性能指標的前提。

系統概況
內燃機噴油泵自動測試台主要由異步電機驅動裝置、燃油油路及調節裝置、噴油存儲及測量裝置和計算機測控裝置等幾大部分組成。整個測試系統的基本結構如圖1所示。

變頻器控制目標
(1) 控制電機正反轉、停止；
(2) 控制電機的轉速：分10個預置轉速和自由調速兩種方法；
控制方法：控制器向變頻器AI1口輸入0～10V模擬量信號，對應輸出0～電機最大轉速。也可通過RS485口，用通訊方式完成變頻器的頻率給定。系統要求驅動裝置在一定的範圍內有很高的穩態精度、較快的響應速度，還要有小的超調量。CHE矢量變頻器採用數字PI算法來模擬轉差調節器，以實現無靜差要求。
變頻器主要功能參數設置
P0.00：0 無PG矢量控制；
P0.01：1 端子指令通道；
P0.03：1 模擬量AI1設定（將此參數設置為6，可通過遠程通訊方式實現頻率給定）；
P5.00：1 S1端子為正轉運行；
P5.01：2 S2端子為反轉運行；
P5.07、P5.08、P5.09、P5.10：依據實際情況設定模擬量曲線與頻率曲線的對應關係；
P5.11：設置合適的模擬量濾波時間，能有效降低因為模擬量的波動引起的轉速波動；
其他功能參數請參考《CHE系列矢量變頻器說明書》進行設置。

總結

目前，CHE系列矢量變頻器已經在山東泰安多家油泵實驗台專業生產廠家配套使用，調速性能的穩定性與產品品質的可靠性得到廠家的廣泛認同。

變頻器在硫酸生產線上運用

2010-10-05T02:07:00.000+08:00

一.企業介紹
三明鑫隆化工有限公司成立於2004年12月22日，是通過收購股權，擴大投資資金，組成新的股份制企業，註冊資金2000萬元。公司地處三明市梅列區陳大鎮台溪村，佔地面積40畝，距市區及火車站10公里，離三泉高速公路入口處僅7公里，交通便利，環境優美。公司辦事處設在三明市梅列區東新三路梅列建行六樓。形成以硫化鋅為原料的製酸生產系統，年產硫酸6萬噸，氧化鋅3.6萬噸的生產規模。現有員工110人。

二.廠家工藝流程及現狀
我國用於硫酸工業中的鼓風機，最早在50年代應用於冶煉煙氣製酸工藝流程，由於硫酸工業80年代開始得到迅速發展,硫鐵礦制酸、硫磺制酸等製酸工藝不斷發展，從而硫酸工業中的鼓風機需求形式也不斷變化，由過去的以防腐為主,轉變為追求高效率。離心鼓風機在硫酸工業中的各種工藝流程中輸送著不同的氣體，在冶煉煙氣製酸工藝流程中輸送含6～8%SO2的煙氣，在硫磺、硫鐵礦、磷石膏制酸工藝流程中輸送空氣和SO2氣體。
硫磺制酸與礦制酸和冶煉煙氣製酸不同，進入主鼓風機的介質是空氣而不是含二氧化硫氣體，因此有條件將主鼓風機放在乾燥塔之前（即風機處於乾燥塔上游），從而對硫磺制酸來說，有風機在塔前、塔後之分。

風機在乾燥塔前、塔後，各有優缺點。風機在乾燥塔塔後，進入風機的空氣已經乾燥塔的干燥處理和洗滌除塵了，進入風機的空氣是乾燥無塵的，但對應於乾燥塔塔頂除霧器的除霧效率，塔後流程進入風機的干燥空氣中含微量98%酸霧，與礦制酸與冶煉煙氣製酸不同的是，該酸霧酸濃高，腐蝕性相對減小，並且酸霧量也會少的多。
風機在乾燥塔之後，主要是利用風機的壓縮熱，這部分熱量帶入焚硫轉化工段的廢熱鍋爐產生蒸汽，而當風機在乾燥塔之前，風機壓縮熱則需用循環水冷卻移走。
三明鑫隆化工有限公司有6萬噸硫酸生產線的硫酸鼓風機系統採用630kW/10kV電動機拖動的離心鼓風機，為改善運行工藝,以前都是採用調節風門的大小來調節風量，這種方法費時費力也不好掌握，風門在一個位置時間長了，由於風力的作用容易造成風門的局部變形，在下次操作中就有可能會出現卡滯現像對安全生產造成威脅,再有就是浪費大量電能,項目現場不僅粉塵較多並且含有大量的SO2氣體，對設備的防塵、防腐蝕提出了特殊要求；風機要求較大的啟動轉矩，在調節氣體輸送量時需要保持風機出口的壓力，設備要求具有更高的啟動性能等等；並且由於用戶硫酸鼓風機轉動慣性非常小，所以用戶要求高壓變頻器變頻運行與水阻櫃工頻運行之間的相互切換必需非常迅速，要求6秒內可以完成由工頻轉變頻或變頻轉工頻的相互切換，對變頻器的性能尤其是無衝擊啟動高速旋轉的電機提出了更高要求。
三.系統技術方案研究與選型
經過對全國各高壓變頻生產企業進行現場調研分析後，最後決定採用採用了一套深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發、生產的多單元串聯的高─高形式的CHH100系列10kV/630kW高壓變頻器調速裝置。通過雙方技術人員的合作，共同製定了風機的變頻改造方案，改造方案如下：
1.變頻調速技術在硫酸鼓風機系統中應用後，主要體現了以下幾個特點：
(1.1)以前電氣和閥門等控制方式都應繼續保留，以便在風機系統在任何情況下都能運行。
(1.2)根據以往工程應用情況，現場的風機設備在正常調節過程，我公司CHH100系列變頻器都能滿足升降速調節的時間要求，可以不用單獨配置制動單元。
(1.3)硫酸鼓風機系統設備功耗隨硫酸濃度生產工藝變化負荷運行，提高了系統效率；實現了硫酸鼓風機系統的最佳工況運行。取得顯著的節能效果。
(1.4) 大大有效降低了硫酸鼓風機系統負荷率，延長了硫酸鼓風機系統等設備的使用壽命。
2.變頻器配置
根據現場的額定參數和實際運行工況,再結合我公司的CHH100系列高壓變頻器在其它工程地應用情況，我公司為其配置如下變頻器，其主要地參數如下：

序號	變頻器項目	參數
1	變頻器型號	CHH100-0630-10
2	額定容量	800kVA
3	額定電壓	10kV
5	額定電流	46A
6	控制方式	一拖一自動切換
7	變頻器數量	1台

3.變頻系統切換旁路方案

根據現場的額定參數和實際運行工況，再結合我公司的CHH100系列高壓變頻器在其它工程應用情況,我方提供的CHH100變頻器的切換系統採用一拖一自動控制方案，變頻器具有轉速跟踪功能，其一次系統如下圖所示：

變頻調速系統由用戶開關櫃、水阻起動櫃、進線櫃、CHH100系列高壓變頻器、高壓電機組成。進線櫃是由二個真空接觸器KM1、KM2和兩個高壓隔離開關QS1、QS2組成。 QS1、QS2用於變頻器維護過程中高壓隔離。電機以變頻方式運行時，QS1、QS2和KM1、KM2閉合，水阻起動櫃不工作。電機以工頻方式運行時，QS1、QS2和KM1、KM2斷開，水阻起動櫃工作。進線櫃與和水阻起動櫃互鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。
n 自動旁路方案優點：
² 根據系統工藝地要求，能夠快速地進行變頻與工頻的切換，確保系統的安全運行。
² 該切換控制有兩種起動方式,不論那種方式起動運行,都具有軟起動功能,不造成對電網衝擊.
² 變頻器輸入、輸出設計有隔離刀閘，便於變頻器的維護與檢修。
² 操作方便，可以就地操作，也可遠程操作，易於實現自動控制。
4. 變頻器控制方式
在系統管道入口氣體上安裝檢測硫酸濃度和溫度的傳感器，將傳感器4-20mA的標准信號反饋到遠程監控室DCS系統,與硫酸濃度和溫度調節設值和比較, 經運算與給定壓力參數進行比較，得出一調節參數，送給變頻器，由變頻器控制風機的轉速，從而調節乾燥塔入口的補充空氣量.
5．英威騰CHH系列高壓變頻器技術特點
我公司是深圳市英威騰電氣股份有限公司，是一家以高壓變頻器為主導產品，集研發、製造、銷售為一體的專業製造廠家，擁有自主知識產權、技術研發和生產製造基地；產品涵蓋高、中、低壓系列，覆蓋高、中、低端市場，是目前國內產品線最為齊全的變頻器企業；國內變頻器行業的實力品牌和領先品牌.在產品方面有獨特的優勢，下面產品的技術優勢做詳細介紹：
(1) DSP控制技術——功能更強大、控制更精準、調速範圍更寬
CHH100系列高壓變頻器主控系統採用DSP＋FPGA巧妙配合，具有300多個功能碼，強大的功能包括節能模式、多種運行模式、多種啟動方式、集成PID功能、完善的保護功能等等，可以對啟動特性、運行模式等功能根據現場工況進行不同設定。在高性能控制器硬件平台上，結合先進的控制技術，完全能夠滿足低頻（10Hz以下）穩定運行，實現低速大轉矩負載啟動和運行，將異步電機的控制性能提高到一個新的高度。
(2)模塊化的結構方式，9級或6級單元串聯——電壓和電流餘量更大
CHH100系列高壓變頻器為電壓源型、高-高結構變頻器，為單元串聯多電平拓撲結構，高壓大功率變頻器是由多個功率模塊串聯而成，通過將多個低壓功率模塊的輸出疊加起來得到高壓輸出，其諧波指標滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數高，不必採用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。器件的選擇以安全、可靠、使用壽命長為首要設計原則，採用1700V高壓IGBT，輸出的變頻器採用的是9級或6級模塊串聯方式，功率器件的電壓餘量和電流餘量都在1.1倍以上，器件參數餘量大，可靠性較高。
(3)全面的保護功能——變頻器系統保護和功率單元保護完善
CHH100系列變頻器的功率單元自身就有多達11種的故障保護；主控系統採用DSP＋FPGA巧妙配合，電氣部分對輸出電壓、輸出電流、輸入電壓、輸入電流都有全面檢測，對變頻器電源及電機都有過壓、過流、過載、欠壓、溫度等具有多達二十幾種超強綜合保護功能，並且重要的保護定值可以根據現場不同的工況進行參數設定，完全能夠保證電源及電機的安全運行。
(4)電機轉速自動跟踪啟動功能——滿足不同的負載特性
CHH100系列高壓變頻器有多種啟動方式：1) 直接啟動；2) 先直流制動再啟動(對於風機類可能由負載帶動反轉場合，可以先通過直流制動把電機剎住車再啟動，從而避免啟動時產生巨大的衝擊電流)；3) 轉速追踪啟動。變頻調速系統首先追踪電機的當前轉速，然後在當前電機的轉速的基礎上直接啟動。
為了適應現場負載電機旋轉時啟動，CHH100系列高壓變頻器可以選擇旋轉中再啟動功能。在啟動旋轉中的電機時，變頻器可自動搜索跟踪電動機轉速按照設定加減速時間恢復正常運行狀態（即轉速跟踪技術），可確保電機在調速範圍內的任何轉速下，無需停車即可直接無衝擊啟動CHH100系列高壓變頻調速系統，不用顧慮電機的運行狀態，可以實現高壓電機即時的啟動和停止控制，保證機組安全啟動。為確保現場操作的靈活性，完全可以根據現場需要進行功能碼設置，選擇相應的啟動方式。
(5)停電來電自動啟動功能——滿足電網跌落和母線切換要求
CHH100系列高壓變頻器在主電源母線切換過程中，變頻器能夠自動跟踪電機的轉速，當主電源恢復後變頻器自動運行起來，保證了機組安全可靠運行。為了適應國內電網波動大，現場主動力電源母線段切換的要求，變頻器設計有高壓停電來電自啟動功能，在現場主動力電源母線段切換過程中，系統自動識別網側電壓變化，系統保護不停機；待電網電壓恢復後，自動啟動設備運行至給定頻率值，滿足現場對設備的高可靠性要求。是否選擇自啟動有效及自啟動的時間都可以通過功能碼進行設置。
(6)超強的電網適應能力——電壓範圍寬、多種控制電源供電方式
CHH100系列高壓變頻器對電網電壓在+10%～-15%範圍內波動，變頻器能滿載輸出；電網電壓短時（30秒）下降至額定電壓的65％時，可繼續降額運行，不進行保護。
為了提高控制電源的可靠性，滿足現場控制電源多樣性的要求，CHH100系列高壓變頻系統控制電源可接收AC220V，且可以同時接受雙路交流220V電源，互為備用，採用雙電源自動轉換開關，實現無擾切換，確保控制電源的穩定。除此之外還可以根據現場情況選擇外供控制電源與內部自身轉化的控制電源進行切換，可以確保變頻器運行後，控制電源掉電不影響變頻器的運行。
外供交流和內部控制電源都出現問題時，變頻器還可以無擾動切換到自備UPS供電，變頻器可以繼續運行，做到控制電源丟失時（比如維修人員誤拉低壓電、開關跳閘、熔絲熔斷等），仍然保證變頻器和輔機設備的運行安全。
(7)功率模塊旁路技術——可選擇手動旁路和自動旁路
模塊旁路技術提高了系統的穩定性，CHH100系列高壓變頻器採用功率模塊旁路技術，可在1ms內旁路故障模塊，變頻器降額並可長期運行，等適當時候停機處理。在現場應用過程中，根據現場情況，可以選擇手動旁路方式，在現場功率單元有異常時，可以手動設定該功率單元旁路，重新啟動變頻器，不影響正常生產。
CHH100系列高壓變頻器功率單元設計有一級單元的冗餘量，單元旁路後，系統自動檢測輸出電壓，可以自動調節輸出電壓波形，使輸出電壓達到額定電壓，輸出功率達到額定功率。
(8)多種接口方式——硬接線和通訊方式
CHH100系列高壓變頻器具有多種接口方式，可以根據現場的情況選擇硬接線方式和通訊方式，變頻器內部不需要做修改即可滿足現場接口的需要。採用硬接線時，用戶端子都是可編程端子，每個端子的功能都可以使用功能碼進行設定。接口端字可以根據用戶的需要監視的信號進行設定和擴展，完全能夠滿足招標方的控制和監視要求。
我方提供的CHH100系列變頻裝置配置標準的工業通訊接口，採用標準的RS485通訊接口，產品支持Modbus現場總線，可以和現場自動化控制系統實現實時數據交換功能真正實現遠程監控功能。
(9)全面的參數記錄——運行查看及故障查詢
CHH100系列高壓變頻器顯示多項運行參數過過程變量，包括每個模塊的溫度、母線電壓都有檢測與顯示。具有故障、事故顯示、記錄功能，具有自診斷功能，所在信息可以通過通訊上傳至DCS系統。變頻器出現異常時對變頻器的狀態（變頻器的運行頻率、輸出電壓、輸出電流、單元的溫度及單元的電壓等）都有全面的記錄，以便現場人員更準確、更快捷地解決問題。
(10)最簡潔操作、最快捷維護
CHH100系列高壓變頻器具有人性化的接口設計、界面簡潔清晰，選用中文人機界面，是一套以低功耗CPU為核心的高性能一體化機。方便可靠的防滑薄膜鍵盤，以及具有無噪音、無運動部件、大容量數據存儲、使用壽命長的特點，同時該人機界面復位重啟迅速、並帶有死機自複位的功能。
同時系統界面功能強大，產品支撐軟件為漢化的最新的正版軟件，軟件完全自主開發，標準化設計；界面顯示內容豐富且直觀形象，能夠顯示系統狀態變量的實時顯示和監控，如具有故障信息查詢、運行數據記錄、變頻器參數查詢及設置、系統自診斷等等。
(11)其它的特殊功能：
n 過流、過壓抑制技術
CHH100系列高壓變頻器對輸入電壓、輸入電流和輸出電壓、輸出電流都有檢測，同時在控制方面採用獨特的過壓和過流抑制技術，檢測到電壓、電流超過一定係數時，系統提前調整，使電壓、電流恢復到正常的範圍內，該技術特別適用與電壓、電流波動比較大的水泥行業的高溫風機及其它行業的除塵風機，能夠避免塌料和粉塵增多、突然打開閥門引起的過壓及過流停機，增強了變頻系統的可靠性。
n 節能運行模式
CHH100系列高壓變頻器具有節能模式運行，根據負載的變化，採用智能微電腦技術，自動調節變頻器的輸出電壓、電流，達到最節電的方式運行。
n 低頻電流震盪抑制技術
CHH100系列高壓變頻器對電流智能控制，採用低頻時電流震盪抑制技術，確保變頻器在低頻時穩定運行。
n 多種頻率設定方式
CHH100系列高壓變頻器有多種頻率設定方式：
(1).LED 鍵盤給定通訊給定 (2).模擬信號輸入給定 (3).高速脈衝給定
(3).PID控制調節給定：通過PID給定與反饋的比較，自動調節頻率，在恆壓供水系統上應用尤其方便。
(4).多段速給定：變頻調速系統可以設置多個頻率段，以及加減速時間，由端子靈活的選擇在這些頻率段時間切換。
同時為了運行頻率控制更加靈活，CHH系列變頻器支持兩個頻率源，實際運行頻率可以取這兩個頻率源的任意一個，或者對兩個頻率源進行和、差，以及最大值組合。
用戶除了使用頻率源控制頻率以外，還可以通過up/down按鍵或者數字量端子靈活的對運行頻率進行增加、減小的微調。
n 多種特性曲線方式
有些負載(比如風機、水泵)都不是恆轉矩負載(風機水泵的轉矩與速度的二次方成正比)。為了適應這種變轉矩的負載特性，CHH系列高壓調速系統提供了多點V/F曲線，1.3次冪、1.7次冪、2.0次冪V/F曲線可供選擇。
並且在可以在V/F的啟動低頻段進行電壓提升，滿足現場實際的調速需求。
n AVR功能
CHH100系列高壓變頻器具有輸出電壓自動調節功能，由於我方提供的高壓變頻器有一級功率模塊的富裕量，高壓變頻調速系統可以根據母線電壓的波動自動調節輸出PWM信號的佔空比，從而減輕電網電壓波動對於輸出電壓波動的影響。在母線電壓波動情況和功率模塊旁路的情況可以自動調解輸出電壓，保證輸出電壓的穩定，使電機不受系統電壓波動影響。
四、節能分析
1.經濟效益
根據生產情況，風機運行38HZ左右就能滿足了生產工藝要求；運行轉速在額定轉速的75%左右。該項目的最大意義是解決工藝上風機運行溫度問題，上表列出的改造後硫酸鼓風機的進風口、出風口溫度下降明顯6～8℃，風機油溫與軸溫下降7～14℃。
為了對硫酸鼓風機系統變頻改造後的效果進行評價，在系統投入正常運行一個月後對設備實際使用和節電情況進行了測定和數據分析。
隨機抽取2個正常生產日，將系統切換至工頻運行系統採用擋板控制調節風量。現場通過測量儀表進行測量數據如下表

調節方式	輸入電流	輸入電壓	輸入功率因數	運行功率	日耗電量
閥門調節	33.56 A	9970V	0.74	428.84 KW	10292.19 度
變頻調節	17.46 A	9972V	0.97	292.51 KW	7020.32 度

測試結果表明,

630KW/10KV硫酸鼓風機在閥門調節和變頻調節的節能比較如下表:

名稱	數據
節電率	31.79%
日節能電量	3271.87 度
年節能電量	101.42萬度
年度節電效益	43.61萬元

通過對上表原始數據可以得出：硫酸鼓風機在變頻改造後較改造前，電耗降低了136.33kW·h。設備節電率高達31.79%，節能效果顯著。

本次硫酸鼓風機配套用CHH100T系列高壓變頻調速系統改造成功後，由於實現了頻率的遠方調節和狀態監控，產品運行可靠、穩定，大大地改善了工藝.

2.其他效益

u 由於採用變頻控制，可對風量進行精確控制，而且與閥門控制相比更直觀、方便調節風機風量來滿足生產需要；

u 由於採用了變頻技術，電機實現軟啟動，不存在啟動電流沖擊；減少了風機出口壓力瞬間提高對風機的衝擊，從而延長了風機和其他設備的使用壽命;

u 由於風機轉速降為原來的75％，大大減少了風機管道振動頻率和噪聲，延長風機、電機軸承的機械壽命；

u 由於旁通閥門幾乎不操作，減少了風道的振動與磨損腐蝕，提高了機械壽命，SO2 溫度降低後對風道和管路閥門的腐蝕作用減小。

五.結束語

可見，投入一台深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器後，該設備全年節約電費均可達43.61萬元左右。另外，由於深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器功率因數可達0.95以上，大於電機功率因數0.89，減少大量無功。並且實現電機軟啟動，可避免因大電流啟動衝擊造成對電機絕緣的影響，減少電機維護量，節約檢修維護費用，同時電機壽命大幅度延長。減輕了運行人員的勞動強度，深受運行人員和維修人員的歡迎。除塵風機經變頻器改造後，節能效果顯著，達到設計要求，該系列變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業應用的證實。

參考文獻：

[1] 風機水泵節能改造指南 (國家經濟貿易委員會資源節能綜合利用司編).

[2] 交流電動機變頻調速節能技術指南 (國家經濟貿易委員會節能信息傳播中心編).

[3]《CHH100系列使用說明書》

高壓變頻器在煤氣脫硫羅茨風機上的應用

2010-10-05T01:31:00.000+08:00

一.企業介紹
中化平原化工有限公司前身系山東德齊龍化工集團有限公司，國家大型一檔企業，2008年6月由平原縣人民政府和中化化肥有限公司重組為中化平原化工有限公司，銀行信譽等級“AAA”。公司總資產25億元，全國同行業排名第三，資產負債率59%，現有職工3300人，其中，大專以上學歷人員800人，中專以上學歷1600人。公司主要產品有尿素、碳酸氫銨、液氨、塑料編織袋、粉煤灰加氣砼塊等四大類20餘個品種。現有氨醇生產能力為年產100萬噸，尿素100萬噸。2007年實現銷售收入26億元，利稅2.3億元。
該公司 2007年消耗電力11.0145億千瓦時，其中外購電力8.1377億千瓦時，佔全部外購能源的近十分之一。企業內部電機系統存在的主要問題是：電動機效率低；系統調節方式落後，大部分風機、泵類採用機械節流方式調節，效率比調速方式約低30%。
二.煤氣脫硫羅茨風機系統工藝流程及現狀
　　煤氣脫硫風機採用的羅茨風機屬於迴轉容積式鼓風機，它的鼓風量與風機轉速成正比，基本不受出風口阻力變化的影響，這種硬風特性決定了不允許通過關閉出風口或進風口的辦法來調節風量，而且經過採取優化以上主要工藝環節措施以後，大量過剩風量通過回氣閥調節，造成風機能量的大量損耗，而且由於磨損而腐蝕問題突出，回氣閥門需要經常維修。工藝流程設備圖如下所示：

三.改造方案

	輸入電流	輸入電壓	輸入功率因數	運行功率	日耗電量
閥門調節	91.23A	6112V	0.76	733.97KW	17615.28度
變頻調節	57.31	6110V	0.96	582.22 KW	13973.28 度

測試結果表明,

900 KW/6KV煤氣鼓風機在閥門調節和變頻調節的節能比較如下表:

名稱	數據
節電率	20.66%
日節能電量	3642度
年節能電量	109.26萬度
年度節電效益	45.88萬元

可見，投入一台深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器後，該項目全年節約電費均可達45萬元左右。另外，由於深圳市英威騰電氣股份有限公司生產的CHH100系列高壓變頻器功率因數可達0.95以上，大於電機功率因數0.89，減少大量無功。並且實現電機軟啟動，可避免因大電流啟動衝擊造成對電機絕緣的影響，減少電機維護量，節約檢修維護費用，同時電機壽命大幅度延長。減輕了運行人員的勞動強度，深受運行人員和維修人員的歡迎。
六.結束語
高壓變頻裝置節能效果明顯，採用變頻調速後，實現了電機的軟啟動，延長電機的壽命，也減少了管道的振動與磨損；總之，採用了一套深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發、生產的多單元串聯的高─高形式的CHH100系列6kV/900 kW高壓變頻器調速裝置在中化平原化工有限公司煤氣脫硫羅茨風機系統的調速改造中應用是相當成功的。該系列變頻器的先進性、可靠性已得到許多工業應用的證實。
參考文獻：
[1] 風機水泵節能改造指南 (國家經濟貿易委員會資源節能綜合利用司編).
[2] 交流電動機變頻調速節能技術指南 (國家經濟貿易委員會節能信息傳播中心編).
[2]《CHH100系列使用說明書》

變頻器在遊樑式抽油機上的應用

2010-10-05T01:06:00.000+08:00

1 引言
進入21世紀，變頻調速技術得益於其優異的節能特性和調速特性，在我國油田中得到廣泛應用，中國產值能耗是世界上最高的國家之一。要解決產品能耗問題，除其它相關的技術問題需要改進外，變頻調速技術已成為節能及提高產品質量的有效措施。油田作為一個特殊行業，有其獨特的背景，目前，抽油機是應用最普遍的石油開採機械之一，也是油田耗電大戶，其用電量約佔油田總用電量的40％，且總體效率很低，據調查一般在30％左右。油田抽油機負載是獨具特點的時變負載：有動、靜負載特性之分。起動初始狀態要求拖動電機的起動力矩是抽油機實際負載的3－4倍，甚至更大，起動力矩是抽油機選配電機的第一要素。當起動力矩適用則負載功率必然匹配不佳，運行負載功率都遠小於電機的額定功率，即所謂“大馬拉小車”現象。過剩的抽油能力令抽油機的無功抽取時間增加，造成油井開采的電費成本居高不下，能源浪費十分嚴重。可見抽油機的節能潛力非常可觀。本文主要介紹變頻器在遊樑式抽油機上的應用。
2 CHV100變頻器在石化行業中的應用
2.1遊樑式抽油機工作原理
遊樑式抽油機結構簡圖如圖1所示

遊樑式抽油機是一種變形的四連桿機構，其整機結構特點像一架天平：一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對於支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那麼用很小的動力就可以使抽油機連續不間斷地工作。也就是說抽油機的節能技術取決於平衡的好壞。在平衡率為100％時電動機提供的動力僅用於提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動機提供的動力越大。因為，抽油載荷是每時每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得遊樑式抽油機的節能技術變得十分複雜。因此，可以說遊樑式抽油機的節能技術就是平衡技術。

工作時，驢頭懸點上作用的載荷是變化的。上沖程時，驢頭懸點提起與懸繩器相連的抽油桿柱和液柱，在抽油機未進行平衡的條件下，電動機就要付出很大的能量。在下衝程時，抽油機桿柱反轉而對電動機做功，使電動機處於發電機的運行狀態。抽油機未進行平衡時，上、下衝程的載荷極度不均勻，這樣將嚴重地影響抽油機的四連桿機構、減速箱和電動機的效率和壽命，惡化抽油桿的工作條件，增加它的斷裂次數。為了消除這些缺點，一般在抽油機的遊梁尾部或曲柄上或兩處都加上了平衡重，這樣一來，在懸點下衝程時，平衡重從低處上升至高處，平衡重位能增加。平衡重所增加的位能由兩部分構成：油桿柱下落所釋放的位能與電動機產生的能量。在上沖程時，平衡重由高處下落，把下衝程時儲存的位能釋放出來，幫助電動機提升抽油桿和液柱，減少電動機在上沖程時所需給出的能量。目前使用較多的遊樑式抽油機，都採用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油機的一個工作循環中，有兩個電動機運行狀態和兩個發電機運行狀態。當平衡配重調節較好時，其發電運行狀態的時間和產生的能量都較小。

2.2改造方案對比

（1）無變頻改造。

此方案利用抽油機本身配置的平衡裝置，實現電機的運行耗能最小化。由於原油的稠度等是時刻變化的，但是配置不能實時調節，所以勢必造成大部分能量的浪費，及設備壽命的縮短。另外，上沖程時，電動機處於電動狀態時，從電網吸收電能；下衝程時，電動機處於發電狀態時，釋放能量，電能直接回饋給電網，造成抽油機供電系統功率因數降低，對電網質量影響較大。

（2）變頻改造，加裝製動單元

如圖2所示。在變頻器主迴路直流母線兩端加製動電阻和製動單元。在加裝變頻器後，電動機進入再生髮電狀態時，其產生的電能沒有逆向流回電網的通路，所以勢必引起主變頻器主迴路直流母線電壓升高。此時必須用電阻來就地消耗，這就是我們在變頻器上必須使用制動單元和製動電阻的原因，。CHV100（18.5KW以下機型內置制動單元）系列可以選配製動單元，完全可以達到理想中的控制效果。

對於變頻器加裝製動單元的情況，發電產生的能量不能回饋至電網而是就地消耗，所以還是會造成能量的浪費。但加裝變頻裝置後，網側功率因數大大提高（由原來的 0.25～0.5提高到0.9以上），大大減小了供電視在電流，從而減輕了電網及變壓器的負擔，降低了線損，可省去大量的“增容”開支。 CHV100內置的AVR功能可根據負載特性，智能調節輸出。一方面可達到節能目的，同時還可以增加原油產量。避免電網質量的下降，減小抽油機工作過程對電網的影響。此方式的缺點是必須解決制動電阻散熱及壽命問題。

應用實例：

CHV100-055G-6在江漢油田遊樑式抽油機上成功應用。

根據江漢油田採油工況，採用變頻器加裝製動單元對其部分油井抽油機進行變頻節能改造。江漢油田原油稠度不大，負載率比較低。採用再生能量就地耗散方案方能達到預期效果。且制動電阻散熱問題僅通過加裝櫃頂風扇便可順利解決。

其接線圖如圖3所示：

配置表

電機參數	變頻器型號	制動單元型號	制動電阻參數
55KW/690V	CHV100-055G-4	DBU-B5-064	10Ώ/12000W

主要參數表

功能碼	數值	描述
P0.00	0	需正確設置P2組參數，進行電機自學習，以提高低頻輸出轉矩
P0.01	1	端子運行指令，通過外部端子控制啟停等
P0.03	1	通過外部電位器調節變頻器輸出頻率
P0.07～P0.09	——	根據實際需要設置
P0.11～P0.12	——	根據實際需要設置
P1.00	1	無
P2.00～P2.05	——	根據電機銘牌設置
P4.10	1	智能節能
P4.11	1	自動節能運行
P5.02	1	正轉運行
P6.04	1	正轉運行中
P6.05	3	故障輸出
P6.07	3	運行電流顯示
P8.32	缺省	出廠內置，無需更改。

上述電路接線圖可實現工變頻轉換，其中K1與K2互鎖。K1與K3導通，變頻運行；K2導通工頻運行。制動率由制動單元控制板撥碼開關確定。

該套系統經過調試，運行正常，經檢測，網側功率因素有大幅提高。跟踪後期使用情況，與無變頻時比較，節能約30%左右。符合預期。

（3）變頻改造，加裝能量回饋單元。

制動電阻的散熱壽命問題及節能效果不理想成為方案（2）實際應用中的技術瓶頸。針對上述情況，為實現節能優化，提高效率，可以採用變頻器加裝能量回饋裝置方案，將再生能量回饋給電網。
所謂能量回饋裝置，其實就是一台有源逆變器。按採用的功率開關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，它們的共同特點是可以將變頻器直流迴路的電壓反饋到電網，如下圖3所示。

加裝能量回饋單元的變頻器適用於交流50HZ，額定電壓380V或660V的異步電動機和永磁同步電動機，實現軟起動，軟停車及過程調速控制功能。其具備起動電流小、速度平穩、性能可靠、對電網衝擊小等優點，避免對電動機、變速箱、抽油機造成機械衝擊，大大延長設備的使用壽命，減少停產時間，提高了生產效率，提高了電網質量。

應用案例

CHV100-075G-4在勝利油田遊樑式抽油機上成功應用。

勝利油田的工況與江漢油田有所不同，其原油稠度大，電機的負載率大。為實現節能最大化，此方案採用變頻器加裝能量回饋單元的方式。基本接線圖如圖4所示。其工/變頻轉換電路與圖3中類似，不再畫出。回饋單元型號為：RBU-075G-4

主要參數表【變頻器部分】

功能碼	數值	描述
P0.00	0	需正確設置P2組參數，進行電機自學習，以提高低頻輸出轉矩
P0.01	1	端子運行指令，通過外部端子控制啟停等
P0.03	1	通過外部電位器調節變頻器輸出頻率
P0.07～P0.09	——	根據實際需要設置
P0.11～P0.12	——	根據實際需要設置
P1.00	1	無
P2.00～P2.05	——	根據電機銘牌設置
P4.10	1	智能節能
P4.11	1	自動節能運行
P5.02	1	正轉運行
P6.04	1	正轉運行中
P6.05	3	故障輸出
P6.07	3	運行電流顯示

主要參數表【回饋單元部分】

功能碼	數值	描述
P0.00	1	1：端子控制：端子S1有效：自動模式；端子S2有效：手動模式
P0.01	0	鍵盤控制，手動模式
P0.04	650	設置回饋開始電壓閥值
P0.05	12	回饋電壓滯環（容差）
P0.06	2	無
P2.00～P2.05	——	根據電機銘牌設置
P0.11	0	AO輸出直流母線電壓
P0.16	0	啟動即運行
P0.19	350	欠壓保護值
P0.18	2	回饋運行中

回饋模式：

自動模式

自動運行時，回饋單元檢測母線電壓，自動執行運行停止。

當母線電壓大於P0.04開始回饋電壓時，回饋開始。

當母線電壓小於P0.04－P0.05電壓值時，回饋停止。

手動模式

當運行指令給定時，回饋單元一直回饋。

由於變頻器安裝在野外，勝利油田當地的氣候因素，晝夜溫差大，易結露。為解決此問題，需在櫃體內安裝加熱與抽濕裝置。

經過較長時間的應用比較，多套設備均運行穩定，且節能效果十分明顯，節能率達到了40%～50%。電網質量顯著提高。

（4）共直流母線方式

對於同一井場上有多口油井的場所，可以採用共用直流母線系統方案,即若干台抽油機的變頻器將其直流母線聯結在一起，利用各變頻器的回饋能量不可能在同時發生的原理，將某一台變頻器的回饋能量作為其它變頻器的動力。這樣即節約了能量，又防止了泵升電壓的產生。此方式可以搭配方式（2）或（3）使用，效果更佳。

應用案例

CHV100-055G-4在中原油田應用成功

此方案參數設置方面與（2）、（3）區別不大。僅在接線圖上有所區別，現將有差異部分做簡圖繪出，如圖6。其他控制接線部分基本與上述兩方案雷同。

由於油井分佈地理位置限制，此方案中大多為3台～4台變頻器共一組直流母線。

此方案應用情況良好，節能效果明顯，約為40%左右，且前期投入較適中。其必需條件是油井分佈需在限制距離以內。

2. 3節能原理與數據分析

根據電機學原理：

其中：

n=電機轉速

s=轉差率

p=電機極對數

以上可以看出，通過改變運行頻率，可以改變電機的運行轉速。根據負載特性，電機運行轉速下降，則電機軸功率下降。另通過變頻改造，能量回饋單元將下衝程時產生的能量回饋給電網。另外，電網功率因數的提高所產成的節能效果也是十分可觀的。通過INVT多個系列變頻器在我國多個大型油田的實際使用數據測算可得，在油田遊樑式抽油機的應用中，變頻節能比可達30～50%，同時，產油量可增加20～30%。

結束語

總之，變頻調速技術作為高新技術、基礎技術和節能技術，其應用已經滲透到石油行業的各個技術部門。在遊樑式抽油機控制應用還處於開始階段，在應用中也出現了許多問題，這些都待於進步解決。只有充分考慮油田油井的實際情況，才能促進變頻技術在採油設備中的應用。

參考文獻

[1] 深圳英威騰電氣股份有限公司.《INVT中壓系列變頻器說明書》.[M],2009

[2] 深圳英威騰電氣股份有限公司.《CHV100矢量變頻器說明書》. [M],2009

[3] 石油工業出版社《遊樑式抽油機設計計算》 .[M],2005

變頻器在煤礦下行皮帶上的應用

2010-10-03T21:49:00.000+08:00

一、引言
隨著自動控制技術的飛速發展，四象限變頻器廣泛應用於起重、油田、煤礦等領域，為此公司為了滿足煤礦特有的1140V電壓等級而開發研製了1140V四象限防爆矢量變頻器。四象限變頻器在煤礦主要用於下行皮帶運輸機、提昇機以及絞車的調速，除了具有卓越的調速性能之外，四象限變頻器還有非常明顯的節能效果，是煤炭企業技術改造升級和產品更新換代的理想調速裝置。
本文主要介紹英威騰CHA100-400G-12防爆型四象限變頻器在神華集團寧夏寧魯煤電公司任家莊煤礦下行皮帶運輸機上的成功應用。
二、皮帶運輸系統簡介

1、帶運輸控制系統由防爆變頻器、液壓抱閘系統、集控系統、皮帶機、減速箱等組成，整個系統的組成如下圖所示：

現場下運皮帶帶長200m、帶寬1.2m，設計帶速4m/s 。

2、系統負載特點皮帶機的工作原理是皮帶機通過驅動輪轂，靠摩擦牽引皮帶運動，皮帶通過張力變形和摩擦力帶動物體在支撐輥輪上運動。皮帶是彈性儲能材料，在皮帶機運行和停止時都儲藏著大量的勢能，這就決定了皮帶機在啟動和停車時應該採用軟啟動和軟停車的方式。下行皮帶運輸機運行機構屬於恆轉矩負載，當變頻器在啟動和加速運行時，電機輸出轉矩作用於皮帶驅動輪轂上，電機處於電動狀態，當皮帶上煤後，煤的重量沿皮帶傳輸方向上的分力也作用於皮帶驅動輪轂上，並使驅動力矩逐漸增大，當此力矩大於電機的驅動力矩時，此時皮帶驅動輪轂拖動電機轉動，電機出於再生髮電狀態，需要將再生電能通過反饋裝置反送給電網或者消耗在製動電阻上，以防止母線電壓過衝，變頻器過壓。
負載設備參數表

三、控制要求
1、皮帶在啟動和停車時要實現軟啟動、軟停車。
2、啟動轉矩要大，尤其是在重載情況下要平穩啟動。
3、變頻器要與集控系統、液壓抱閘系統配合好，實現遠程控制和液壓抱閘及時的開抱閘。 四、系統的構成及控制原理
1、系統構成
      (1)、變頻器選擇由於下行皮帶在運行時有再生能量產生，電機功率較大，對系統的控制要求也較高，所以選擇高端的可以實現能量雙向流動的INVT-CHA100-400G-12四象限運行矢量變頻器，CHA100系列四象限變頻器既有以下技術特點：       a、輸入輸出特性
      ◆輸入電壓範圍：1140V±15%
      ◆輸入頻率範圍：47～63Hz
      ◆額定輸入效率：97%以上 ◆額定輸入功率因數：95%以上
      b、控制性能特性 ◆控制方式：無PG矢量控制、有PG矢量控制、V/F控制 ◆過載能力：150%額定電流60s；180%額定電流10s◆啟動轉矩：無PG矢量控制：0.5Hz/150% (SVC)；有PG矢量控制：0Hz/180%
      c、功能特性 ◆優異的主從控制邏輯，分別支持速度控制和轉矩控制的主從方式 ◆頻率設定方式：數字設定、模擬量設定、485串行通訊設定、多段速設定、模擬量跟踪運行、Profibus通訊給定、高速脈衝HDI 給定等 ◆運行方式：檢修運行、應急運行、強迫減速運行 ◆運行曲線：直線運行、S曲線運行       ◆起動預轉矩補償
      ◆啟動、停機直流制動 ◆自動電壓調整功能：當電網電壓變化時，能自動保持輸出電壓恆定 ◆提供多達30種系統故障保護功能：過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護功能。根據現場負載的特點及要求，並結合我公司變頻器的特點，我們配置如下的變頻器，其主要參數如下：
      變頻器參數表

變頻器的系統原理圖

2、系統控制原理
(1)系統控制原理說明變頻器的故障輸出、變頻器停車信號、抱閘開閘反饋、皮帶保護系統信號等為集控系統的輸入信號；抱閘系統的開閘信號，變頻器整流運行信號、逆變運行信號為集控系統的輸出信號。
(2)系統控制接線圖如下：

系統控制邏輯圖

(4)

五、調試注意事項
1、整流器電壓環PI參數調節
當變頻器在現場安裝後，由於現場電源側變壓器的電感等原因，變頻器的PWM整流可能會出現以下情況：
(1)整流器運行輸出過電壓(OV)，當出現過電壓時適當降低電壓環比例係數和積分係數，增大比例係數KP可加快電壓的動態響應，但KP過大容易產生振盪。增大積分係數KI可加快電壓的動態響應，但KI過大會導致電壓超調且容易產生振盪。通常先調節比例係數KP，在保證系統不振蕩的前提下盡量增大KP 值，然後調節積分係數KI，使系統既有快速的動態響應又超調不大。
(2)整流器運行輸出電壓波動大，此時適當降低電壓環動態比例係數和動態積分係數。
(3)整流器運行過電流（OC），此時可適當調低電流環比例係數和積分係數。通過對電流環的調節改變有功電流分量和無功電流分量的動態響應。增大比例係數 KP可加快電流環的動態響應，但KP過大容易產生振盪。增大積分係數KI可加快電流的動態相應，但KI過大電流超調且容易產生振盪。通常先調節比例係數 KP，在保證電流不振蕩的前提下盡量增大KP值，然後調節積分係數KI，使系統既有快速的動態響應又超調不大。
2、抱閘與松閘的控制，抱閘系統的開閘信號由集控系統給出，開閘後反饋信號給集控系統，變頻器起車；停車時集控系統給出停車信號變頻器減速，當變頻器到0Hz是繼電器輸出信號，抱閘系統抱閘。
3、整流與逆變的起、停車順序，啟動時集控系統先給整流器起車信號，整流起車後延時5s給出逆變起車信號，逆變起車；停車時，逆變減速到0Hz，運行繼電器輸出信號停止後整流停車。

六、變頻器參數設定

系統四象限運行分析
電機正轉，電機的輸出轉矩通過減速機轉換後作用在皮帶機的驅動輪轂上，並與上層皮帶自重沿傳輸面重力分量作用在皮帶機驅動輪轂上的力矩組合，電機工作在第一象限。當皮帶上煤後，煤的重量沿皮帶傳輸方向的分力也作用在驅動輪轂上，並使驅動力矩逐漸增大，當驅動力矩超過摩擦力力矩後，驅動輪轂的轉速將加速轉動，通過機械連接使得電機轉子也加速轉動，其速度超過電機的同步轉速；此時電機處於反轉再生狀態，電機工作在第二象限。當電機反轉時，則工作在第二、四象限。電機運行在第一、三象限時為電動態，其定子中的旋轉磁場、電機的輸出電磁轉矩與轉子的轉向同向，電機輸出的電磁轉矩是轉子的驅動力矩，此時電機從電網吸收的電能大部分有電磁轉矩作用到轉子上以機械能形式輸出。當電機運行在第二、四象限時為再生態，由於轉子切割磁力線的方向發生了改變，故電機作用到轉子上的帶電磁轉矩方向也發生改變，成為轉子的製動阻力力矩；此時電機轉子被負載的合成力矩拖著以超過同步轉速的速度轉動，負載作用在皮帶機的驅動輪轂上的機械能有電機反饋回電網。變頻器驅動三相異步電機工作在四個像限的示意圖如下：

七、結束語
經過變頻技術改造後皮帶機系統運行良好，並有以下優點：
1、優越的軟啟動、軟停車特性。防爆變頻器的啟動、停止時間是任意可調的（1-60min），同時為了平穩起動，還可匹配其具備的S型加減速時間，這樣可將皮帶機起停時產生的衝擊減小至最小，這是其他驅動器難以達到的。
      2、驗帶功能。煤礦的生產運輸系統多以皮帶機為主，運輸系統檢修維護，低速驗帶功能是皮帶機檢修的主要要求，變頻調速系統為無極調速的交流傳動系統，在空載驗帶狀態下，變頻器可調整電機工作5%-100%額定帶速範圍內任意帶速。
      3、穩的重載起動。皮帶機在運煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動，必須考慮“重載起動”能力。由於變頻器採用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉最大可輸出1.5倍額定轉矩，因此最適於“重載起動”。
      4、動調速、節電效果明顯。對應於煤礦的特殊生產條件，有時，煤的產量是極不均勻的，當然皮帶機系統的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無負載時，皮帶機系統的高速運行對機械傳動系統的磨損浪費較為嚴重，同時電能消耗比低速運行時大的多，但因生產的需要皮帶機系統又不能隨時停車，採用單獨的控制系統對前級運輸系統的載荷、本機運輸系統的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對於載荷不均的皮帶機系統，可大大節約電能。
      5、低膠帶張力。由於採用防爆變頻器所產生的良好起動特性，至少可降低起動張力30%，如在初期設計選擇膠帶強度時可降低一個標號。在實際應用過程中，由於降低了起動衝擊，皮帶機機械系統的設備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。
事實證明英威騰中壓四象限變頻器有著無法比擬的優越的產品性能和領先的技術優勢，在煤炭行業的節能改造應用中能夠創造巨大的經濟效益和良好的社會效益，對於創建節能環保型的社會發揮著重要的作用。

中壓變頻器

2010-10-03T20:50:00.000+08:00

█ 英威騰中壓變頻器介紹

英威騰電氣有限公司自2003年開始，就致力於中壓變頻器（電壓為660V~690V、1140V）的開發與應用，在不斷的實踐與探索中，積累了豐富的經驗。目前，開發與生產的中壓變頻器產品，已經成功應用於城市供水，油田的潛油電泵、注水泵、磕頭機，煤礦中的主井風機、皮帶機、掘煤機（防暴）等等領域，獲得了良好的經濟效應與社會效應。目前，我公司能生產中壓變頻器產品的功率範圍為22KW~800KW，幾乎含蓋所有工礦企業的應用需求。

一、INVT中壓變頻器

圖1 INVT中壓變頻器的基本構成

主要器件及技術說明：

1、使用4400V反向電壓整流橋；

2、使用直流電抗器，降低了輸入電流諧波,提高變頻器輸入端的功率因素；

3、逆變模塊使用3300V高壓IGBT,沒有IGBT的串聯,功率器件數量減少，提高了系統的可靠性，新一代模塊損耗低，提高了整機效率；

4、驅動電路使用光纖隔離傳輸可實現遠距離驅動，提高高壓電路的抗干擾性能；

5、±15%電壓波動設計，能承受瞬間250%衝擊電流，低頻轉距大,適應中國電網和工況；6、電流沖擊抑制能力強，負載大範圍波動時，能安全穩定運行；

8、採用了先進的SVPWM非正弦脈寬調製技術，在正弦波中註入零序信號。電壓空間矢量脈寬調製技術( SVPWM) 即是在正弦波中註入適當的三次諧波的非正弦調製技術，它的線性調製度較SPWM高15％，而且輸出諧波小。減少了開關頻率，降低了開關損耗，提高了系統的可靠性及壽命；

9、能抑制電機的瞬態過電流，瞬態衝擊電流可達到250％，保證了在重負載下不跳脫，不影響生產效率；

10、完善的保護：過流、過壓、過載、欠壓、欠載、缺相、短路、過熱等；

二、防爆變頻器技術

英威騰電氣有限公司和其他防爆設備公司合作開發的防爆兼本安變頻器通過高效能熱管或其他高效能散熱技術，其極低熱阻的高效散熱性能，使高壓IGBT的散熱得到解決，設計最大變頻器功率可達到800kW/1140V。針對煤礦井下的特殊環境，防爆變頻器除了在箱體結構方面採取了相應的防潮、防滴水措施外，在主迴路方面盡量加大爬電距離與電氣間隙，在控制迴路方面，所有的控制板均採取了特殊防潮措施。防爆變頻調速裝置採用英威騰CHV系列無速度傳感器的矢量控制方式。無速度傳感器的矢量控制的基本控制思想是根據輸入的電動機的參數，按照一定的關係分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉矩電流進行檢測，並通過控制電動機定子繞組電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉距電流的指令值、檢測值達到一致，並輸出轉矩，從而實現矢量控制。採用無速度傳感器矢量控制方式的變頻器不僅可在調速範圍上與直流調速系統相媲美，而且可以控制異步電動機產生的轉矩，以保證在低頻（0.5Hz）運行時額定轉矩的輸出可達到1.5倍。

█ INVT中壓變頻器的應用

一、在礦用防爆皮帶運輸機上的應用

皮帶機是現代化煤礦高產高效的主要運輸設備，皮帶機的拖動技術形式多樣，直接啟動、調速型液力偶合器、軟啟動、交流變頻拖動等多種形式。皮帶機示意圖如下：

圖2 皮帶機示意圖

煤礦井下皮帶機目前對拖動技術的要求越來越高，基本要求是：

(1)控制簡單，啟動特性好，調速性能好，啟動轉距大；

(2)節能；

(3)工作可靠，維護量小；

(4)價格適中。

採用無速度傳感器矢量控制（SVC）的防爆變頻器能夠滿足用戶要求，將是井下皮帶機拖動的發展方向。

1、技術比較

（1）直接起動，轉矩大，但力的傳導不均，尾部反應慢，在皮帶底部有堆積現象。

（2）偶合器起動，皮帶機慢慢起動，當達到一定轉矩時皮帶開始運轉，而且起動過程中出現打滑現象，造成安全隱患。

（3）採用防爆軟起動，皮帶機空載時起動平穩，轉矩降低，減少衝擊，延長電機、膠帶機、機械系統的使用壽命，但重載時需突跳，對膠帶機衝擊較大。

（4）採用防爆變頻器時，調速範圍廣，起動轉矩大，可以在重載下緩慢起動，起動安全可靠，對於多電機拖動同步性能好，在匹配煤流傳感器後，可自動依據煤流大小自動調速，一般可節約電能，並且電機功率因數有明顯提高。

2、綜合成本的比較

（1）電動機+減速器直接起動初期投入費用不高，但維護費用大。

（2）電動機+液力偶合器+減速器，初期投入不太高，維護費用較大。另外因設備處於回風巷內道，液力偶合器維護不好常常漏油，有很大的安全隱患。

（3）軟起動電動機+減速器，初期投入費用居中，維護費用相比前兩種要少，能滿足使用要求。

（4）變頻器+電動機+減速器，初期投入費用較高，維護費用最低，可調整運行速度，僅從帶電一項上就可逐步收回成本。

綜上所述，應用變頻器是最好的一種方式。

3、變頻器在皮帶機拖動上的應用特點

（1）優越的軟起動、軟停止特性。防爆變頻器的起動、停止時間是任意可調（0-10min）的，也就是說起動時的加速度和停車時的減速度任意可調，同時為了平穩起動，還可匹配其具備的S型加減速時間，這樣可將皮帶機起停時產生的衝擊減少至最小，這是其它驅動設備難以達到的。

（2）驗帶功能。煤礦的生產運輸系統多以皮帶機為主，運輸系統檢修維護的主要工作是皮帶機的檢修維護，低速驗帶功能是皮帶機檢修的主要要求，變頻調整系統為無極調速的交流傳動系統，在空載驗帶狀態下，變頻器可調整電機工作在5%-100%額定帶速範圍內的任意帶速。

（3）平穩的重載起動。皮帶機在運煤過程中任意一刻都可能立即停車再重新起動，必須考慮“重載起動”能力。由於變頻器採用無速度傳感器矢量控制方式，低頻運轉最大可輸出1.5倍額定轉矩，因此最適於“重載起動”。

（4）功率平衡。煤礦井下皮帶機系統多為雙滾筒驅動或多滾筒驅動，為了保證系統內的同步性能，首先，要求位於機頭的各滾筒應同步啟停，在某一電機故障時能使系統停機，同時為了保證系統的運輸能力，應盡量保證各滾筒之間的功率平衡。通過調整相應兩變頻器的速度給定來調整兩電機之間的速度差，便可以任意增大或減小兩驅動電機的電流差值的大小，因此可以通過單獨的控制系統控制各電機的電流值，通過調整各電機的速度來使各電機電流值逐步趨於平衡。英威騰CH系列特有下垂功能，可動態調整系統的功率平衡。

（5）自動調速、節電效果明顯。對應於煤礦的特殊生產條件，有時，煤的產量是極不均勻的，當然皮帶機系統的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無負載時，皮帶機系統的高速運行對機械傳動系統的磨損浪費較為嚴重，同時電能消耗也較低速運行大的多，但因生產的需要皮帶機系統又不能隨時停車，採用單獨的控制系統對前級運輸系統的載荷、本機運輸系統的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對於載荷不均的皮帶機系統，可大大節約電能。

（6）降低膠帶張力。由於採用防爆變頻器所產生的良好起動特性，至少可降低起動張力30%，如在初期設計選擇膠帶強度時可降低一個標號。在實際應用過程中，由於降低了起動衝擊，皮帶機機械系統的設備損耗也隨之降低，尤其托輥及滾筒的壽命成幾倍的延長。

（7）現場應用證明，採用防爆變頻器將大大提高皮帶機的可靠性，降低機械系統損耗，減少運輸系統的維護量，且節能明顯。隔爆變頻器以其特有的軟啟動特性，較高的性價比，將成為井下皮帶機拖動的發展方向。

4、皮帶機同步功率平衡的應用方案

針對煤礦防爆裝置對兩台變頻器的同步性要求精度高，設計方案如下：

圖3 模擬信號速度同步控制示意圖

如圖3，通過模擬量信號給定同步速度，穩態時使用速度下垂控制，並且兩台變頻器共直流母線，達到能量的均衡，使系統更節能。特別需要說明，下垂控制功能專用於多台電機驅動同一負載的工況。多台電機驅動同一負載時，不可避免的會出現速度不同步問題，速度快的電機將承受較重負載。這種情況下，變頻器設置下垂功能後，可根據負載變化自動調整運行頻率，使高轉速電機速度下垂變化，從而使負載均衡分配。

方案二：通過高速脈衝輸入輸出實現給定速度的同步控制，框圖如下：

圖4 高速脈衝速度同步

(1)、使用速度控制，主要的控制方法如下：

兩台變頻器都採用閉環矢量控制方式。採用閉環矢量的目的是閉環矢量速度控制精度高，速度控制精度達到1/1000，且低頻力矩輸出達到180%額定輸出，動態響應快，可隨負載變化動態調整速度輸出。

主變頻器的速度反饋通過高速脈衝輸出口（HDO）輸出，作為從變頻器的速度給定。 HDO的輸出頻率範圍：0~50KHz，精度可達到0.1Hz。

從變頻器採用高速脈衝輸入口（HDI）採集主變頻器的HDO信號，作為頻率給定。 HDI的輸入頻率範圍：0~50KHz，精度可達到0.1Hz。

(2)、使用轉矩控制，主要的控制方法如下：

主變頻器的轉矩通過高速脈衝輸出口（HDO）輸出，作為從變頻器的轉矩給定

方案三：通過通訊方式實現給定速度的同步控制，框圖如下：

圖5 通訊給定速度同步

該方案與方案二基本相同，只是從變頻器的給定採用485通訊方式給定，485通訊的最大波特率為38400BIT/S，可用於遠程控制。

5、使用案例

二、在礦用通風機上的應用

由於礦用通風機一般為搧風機，即向外抽風，一般採用的是離心式風機，拖動慣量比較大。因此在改造中，在調整變頻器的參數時應十分注意。由於慣量比較大，在停機的過程中，電動機勢必要進入發電狀態，若此時變頻器停機時間短，發電的能量即會進入變頻器形成倒灌，造成變頻器主電路電壓升高。若用戶對停機時間無特殊要求，可將變頻器的下降時間盡量延長，或使電機自由停車。對於升速時間，由於負載慣性比較大，變頻器頻率變化快，變頻器即會出現過流保護，而不能正常工作。因此其升速時間也不能太短，一般以變頻器正常工作為宜。總之，礦用通風機採用變頻調速，不但實現了軟起停，節約了電能，而且可根據巷道的風量需求方便的進行調速，應用效果是十分理想的。我國的煤礦企業相當多，變頻器在這一方面的應用應當是十分廣泛的。

三、在潛油電泵上的應用

（一）概述

變頻調速器的出現為交流調速方式帶來了一場革命。隨著近十幾年變頻技術的不斷完善、發展。變頻調速性能日趨完美，已被不同學科、不同行業的工程技術人員廣泛應用於不同領域的交流調速。為企業帶來了可觀的經濟效益，推動了工業生產的自動化進程。

變頻調速用於交流異步電機調速，其性能遠遠超過以往任何交、直流調速方式。而且結構簡單，調速範圍寬、調速精度高、安裝調試使用方便、保護功能完善、運行穩定可靠、節能效果顯著，已經成為交流電機調速的最新潮流。

（二）通用雙迴路方案

由於潛油電泵是在戶外（海上）使用，其工作環境及其配電設備的工作環境都比較惡劣；而採油作業對採油設備的可靠性又要求很高，故在實際使用變頻系統時應增設工頻備用系統（既變頻—工頻雙迴路系統）或在原工頻系統的基礎上加裝變頻系統，這樣工頻系統與變頻系統可互為備用，既便是在變頻系統故障或檢修的狀態下對採油作業的影響也不大，從而提高了採油設備（系統）的安全可靠性。

圖8 共用直流母線雙迴路系統示意圖

1、設備選型：

（1）除指定配件外，全選用進口器件

（2）每台油井用一台變頻器，配上工頻迴路，做成一體化變頻櫃。

（3）變頻器規格：輸入電壓為：3AC 1140V+15%，輸出功率55KW。

2、供電方式：

採用變壓器-整流器的供電方式雙迴路接線：

為確保系統的安全可靠，在變頻器、整流器發生故障或進行檢修時確保其它油井的正常運行生產，本控制系統採用變頻-工頻雙迴路接線方式，在保留原工頻系統的基礎上加裝變頻系統，具體作法如圖8所示。

說明：

（1）變壓器的容量為所有潛油電泵電機容量之和的1.3倍。

（2）交流電壓為：1140VAC

（3）逆變器的容量與潛油電泵電機容量相同或稍大。

（4）確保工頻與變頻的相序一致。

3、抽汲參數優化控制及節電增效原理

由於不同地域，不同油井及井深、油液面、油粘度的不同，要求潛油電泵有不同的合理抽汲參數。通常，當潛油電泵的參數一定後，採用改頻率（電機轉速或傳動比）的方法來調節，這樣不但能省電，達到最佳的經濟效益，而且電機能零電流起動，對電機的保護全面。

由於潛油電泵屬變負載類負載，即電機在起動時需較小轉矩，而停止時則負荷很重。電機則處於電（磁）能洩放狀態，軟停止對防止油下衝有明顯的作用，油泵不會被打壞。

四、投資與節能

變頻系統的初次投資容易給投資者一種投資高風險大的感覺，這主要是對變頻節能效果不很了解或將變頻系統的初次投資與傳統的一些調速方式，如：液力藕合、滑差電機、變級調速等調速裝置的初次投資在未充分考慮節能效果及變頻器功能的情況下進行比較，以及對變頻器的質量、穩定性、售後服務等還不太了解的感覺；變頻節能係統（裝置）在各類調速系統中使用時，其節能效果對於單台設備可做到15-75%，在未受到其他因素的影響的情況下一般可取上限；節能效果平均值是由實際應用中得到，權威性數據可由市場上公開出售的資料（書）查到；通過這些數據再進行一些簡單的投資回收率的計算可知；變頻節能係統（裝置）的投資回收期一般為4-20個月（這是經驗值也是權威數據）。

英威騰電氣有限公司按油田採油廠採油方式的不同需求，同時生產660V至1140V電壓等級的中壓變頻器。特別適合井深超過1300M以上的深井電潛泵使用。

該產品安裝、使用方便，保護功能完善，尤其是欠電流保護（既輕載自動關機）和過電流保護（因泥砂、石塊阻塞油泵或其它機械故障過載自動關機）功能。避免和減少因空轉和卡泵造成電機損壞，停產檢修的極大損失，受到用戶歡迎。

由於中壓變頻器具有輸出頻率任意可調的特性，用戶可以及時、方便的根據油井產油量及油液面變化，調節電潛泵電機轉速，有利於油井穩產，節電率可達30- 60%，綜合經濟效益高。

變頻節能係統及生產過程自動化系統在各行業機電設備和生產線上的應用是社會生產發展的必然趨勢，它有著早使用、早改造、早受益、快發展的特點，它將不斷的被推廣應用，並將為企事業的發展錦上添花，為全社會的發展添磚加瓦。

五、綜合效益

採油井潛油電泵是一種大慣量變化負載，所採用的拖動設備是三相異步電機，普遍存在效率低，不便調速，功率因數低等弊端。針對以上問題，我公司開發研製了中壓 CHV系列變頻器，採用了先進的矢量控制方式控制潛油電泵運行，達到節能、增效、增產實現自動化的效果，同時達到了電網優化的目的，在國內各油田得到廣泛的應用。

六、節能增效基本原理

本控制裝置基於變頻調速原理開發而成。在潛油電泵大慣量變載工作狀態下，本控制裝置有以下幾個特點可以達到節能效果。

● 調速節能

潛油電泵屬次泵類負載，其耗電功率P∝N3，調整轉速稍作調整就會有極為明顯的省電效果。

● 動態調功功能

在潛油電泵變載的工作狀態下，控制裝置以7000次/秒的速度自適應電機的載荷，自動改變加在電機上的端電壓，保證電機在最小電流、最低電壓即最小功率狀態下運行，達到了節能效果，即調不調速都節能。

● 動態功率因數補償功能

控制裝置具有功率因數補償功能，可取代原有的控制櫃啟動器、補償器，使系統趨向一體化，保證電機功率因數COS∮＞0.95以上，從而減小了設備損耗，減小了線損，改造了電網，增加了裝機容量，達到了節能的目的。

● 軟啟動功能

由於電機全壓啟動時，啟動電流等於3～7倍的額定電流，因此通常在帶載電機啟動時，會對電機和供電電網造成嚴重的衝擊，導致對電網容量要求過高，而且啟動時對設備產生的大電流和震動對設備極為不利；採用本控制裝置的軟啟動功能將會使啟動電流遠遠低於額定電流，實現電機真正意義上的軟啟動，達到了節能的目的。不但減少了對電網的衝擊，且能延長設備使用壽命及維修週期，減少設備維修費用。

● 本控制裝置可任意分別設定潛油電泵的速度，以適應油井井下原油液面的變化。使潛油電泵隨時工作在最佳運行狀態，達到增產、增效的目的。

█ 總結

隨著變頻調速技術的不斷發展，新材料、新工藝、新技術的開發與應用，中壓變頻器的應用會越來越廣泛。作為中壓變頻器的主流研發與製造供應商，英威騰電氣有限公司將繼續秉承不斷追求與創新，立足傳動領域，為廣大用戶提供物超所值的產品。

變頻器在門座式起重機中的應用

2010-10-03T19:10:00.003+08:00

1   前言        隨著工業生產對起重機調速性能要求的不斷提高，常用傳統的起重機調速方法如：繞線轉子異步電動機轉子串電阻調速、晶閘管定子調壓調速和串級調速等共同的缺點是繞線轉子異步電動機有集電環和電刷，它們要求定期維護，由集電環和電刷引起的故障較為常見，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現場維護量較大，調速系統的故障率較高，而且調速系統的綜合技術指標較差，已不能滿足工業生產的特殊要求。
        交流變頻調速技術在工業界的廣泛應用，為交流異步電動機驅動的起重機大範圍、高質量地調速提供了全新的方案。它具有高性能的調速指標，可以使用結構簡單、工作可靠、維護方便的鼠籠異步電動機，並且高效、節能，其外圍控制線路簡單，維護工作量小，保護監測功能完善，運行可靠性較傳統的交流調速系統有較大的提高。
所以，採用交流變頻調速是起重機交流調速技術發展的主流。
       交流變頻調速技術應用於起重機後，與市場上大量使用的傳統的繞線異步電動機轉子串電阻調速系統相比，可帶來以下顯著效益。
（1）採用交流變頻調速技術的起重機由於變頻器驅動的電動機機械特性硬，具有精確定位的優點，不會出現傳統起重機負載變化時電動機轉速也隨之變化的現象，可以提高裝卸作業的生產率。
（2）變頻起重機運行平穩，起、制動平緩，運行中加、減速時整機振動和衝擊明顯減小，安全性提高，並且延長了起重機機械部分的壽命。
（3）機械制動器在電動機低速時動作，主鉤以及大、小車的製動由電氣製動完成，所以機械制動器的製動片壽命大為延長，維護保養費用下降。
（4）採用結構簡單、可靠性高的鼠籠異步電動機取代繞線轉子異步電動機，避免了因集電環、電刷磨損或腐蝕引起接觸不良而造成電動機損壞或不能起動的故障。
（5）交流接觸器大量減少，電動機主迴路實現了無觸點化控制，避免了因接觸器觸頭頻繁動作而燒損以及由於接觸器觸頭燒損而引起的電動機損壞故障。
（6）交流變頻調速系統可以根據現場情況，靈活調整各檔速度和加、減速時間，使得變頻起重機操作靈活、現場適應性好。
（7）交流變頻調速系統屬高效率調速系統，運行效率高，發熱損耗小，因此比老式調速系統大量節電。
（8）變頻器具有完善的保護、監測及自診斷功能，如再結合PLC控制，可大幅度提高變頻起重機電控系統的可靠性。
2   門座式起重機的特點
       門座式起重機是一種用來起吊、放下和搬運重物，並使重物在一定範圍內移動的起重、搬運設備，在生產過程中起著重要作用。門座式起重機系統分為起升（抓斗門機由支持、閉合機構組成）、變幅、旋轉、行走四部分。
        門座式起重機是隨著港口事業的發展而發展起來的，在發展過程中，門座式起重機還逐步推廣應用到作業條件與港口相近的船台和水電站工地等處。按用途可分為3類：①裝卸用門座起重機:主要用於港口和露天堆料場，用抓斗或吊鉤裝卸。起重量一般不超過25噸，不隨幅度變化。工作速度較高，故生產率常是重要指標。 ②造船用門座起重機：主要用於船台、浮船塢和艤裝現場，進行船體拼接、設備艤裝等吊裝工作，用吊鉤作為吊具。最大起重量達300噸,幅度大時起重量相應減小。有多檔起升速度，吊重輕時可提高起升速度。有些工作機構還備有微動裝置，以滿足安裝要求。門座高度大者，可適應大起升高度和大幅度作業的要求，但工作速度較低，作業生產率不高。 ③建築安裝用門座起重機：主要用在水電站進行大壩澆注、設備和預製件吊裝等，一般用吊鉤。起重量和工作速度一般介於前兩類起重機之間。它具有整機裝拆運輸性好、吊具下放深度大、能較好地適應臨時性工作和棧橋上工作等的特點。
2.1 使用環境
        門座式起重機大多用於港口碼頭、貨場、重工企業等的露天環境，室外溫度變化劇烈，有些場所存在多粉塵、有腐蝕氣體等，使用環境惡劣。門座式起重機運行中振動、衝擊較大，供電電源方面普遍存在變壓器容量小，供電電纜截面小、線路長；在大型設備啟動時，常造成瞬時欠電壓。
2.2 機構組成及運行特徵
        門座式起重機有起升、迴轉、變幅和運行機構，前3種機構裝在轉動部分上,每一周期內都參加作業。轉動部分上還裝有可俯仰的傾斜單臂架或組合臂架及司機室。運行機構裝在門座下部，用以調整起重機的工作位置；帶斗門座起重機還裝有伸縮漏斗、帶式輸送機等附加設備，以提高門座起重機用抓斗裝卸散狀物料時的生產率。除電氣保護裝置外，還裝有起重量或起重力矩限制器、起重機夾軌器等安全裝置。
門座式起重機的各類機構都屬於恆轉矩負載；此外，不同的機構還具有各自的特點。
（1）起昇機構由於重物在空間具有位能，是位能性負載。其特點是：重物上升時，電動機克服各種阻力(包括重物的重力、摩擦阻力等)而作功，屬於阻力負載；重物下降時，由於重物本身俱有按重力加速度下降的能力(位能)，因此當重物的重力大於傳動機構的摩擦阻力時，重物本身的重力(位能)是下降的動力，電動機成了能量的接受者，屬於動力負載；但當重物的重力小於傳動機構的摩擦阻力時，重物仍需由電動機拖動下降，屬於阻力負載。
（2）變幅、旋轉、行走機構都是阻力負載。但室外起重機的這些機構有時在較大風力情況下成為動力負載。
（3）起重機應具有大的啟動轉矩，通常超過150%的額定轉矩，若考慮超載實驗等因素，至少應在起動加速過程中提供200%的額定轉矩。
（4）由於機械制動器的存在，為使變頻器輸出轉矩與機械制動器的製動轉矩平滑切換，不產生溜鉤現象，必須充分研討變頻器啟動信號與機械制動器動作信號的控制時序。
（5）當起昇機構向下運行或行走機構急減速時，電動機將處於再生髮電狀態，其能量要向電源側回饋，必鬚根據不同的現場情況研討如何處理這部分再生能量。
（6）起昇機構在抓吊重物離開或接觸地面瞬間負載變化劇烈，變頻器應能對這種衝擊性負載進行平滑控制。
3   電動機的選用
        籠型異步電動機由變頻器供電時，因為市場上出售的變頻器大多采用PWM調製方式，會由於高次諧波的影響和電機運行速度範圍的擴大，出現一些工頻電源供電時沒有的新問題。
（1）諧波的影響
       採用PWM調製方式的通用變頻器給籠型異步電動機供電時，電動機定子電流中含有豐富的高次諧波，高次諧波造成電動機的鐵損和銅損增加，致使電動機的溫度上升。統計資料表明，電動機在額定狀態下，變頻器供電的電動機比工頻供電時，電流增加10%，而溫升增加20%左右。選擇電動機容量時，應留有裕量，防止電動機溫升過高，影響其壽命。
       另外，當電動機的尺寸大於280時，為了避免出現因高次諧波引起的軸電流，應在電動機的非傳動端安裝絕緣軸承，為進一步減小軸承電流，應使用屏蔽電機電纜，並且電動機外殼應很好接地。
（2）散熱能力的影響
        標準籠型電動機的散熱能力，是按額定轉速下安裝在電動機軸上的冷卻風扇的冷卻風量考核的。當電動機調速運行時，額定轉速以下會隨著轉速的降低其散熱能力變差。門座式起重機的起升、行走機構均為恆轉矩負載，為了保證低速運行時電動機溫昇在容許值內，須採用變頻專用電動機。現在國內推出的變頻專用電動機由普通籠型異步電動機加裝獨立風扇組成，並且提高了電機繞組的絕緣能力，擴大了電動機的調速範圍，可在3—100Hz範圍內連續運行。 3—50Hz範圍內為恆轉矩運行，50—100Hz範圍內為恆功率運行。
（3）電動機絕緣的影響
        現在市場上出售的通用變頻器大多采用PWM調製方式的IGBT逆變器技術，其輸出電壓由高壓脈衝組成，峰值約為電網電壓的1.35倍。根據電機電纜特性及供電距離的不同，脈衝電壓的峰值在電動機接線端子處可能加倍，這就對電動機的絕緣提出了更高的要求，詳細情況應參閱變頻器生產廠家提供的使用手冊或向電動機生產廠商諮詢。
4  變頻器的選用
4.1 英威騰CHV190起重機專用變頻器簡介
4.1.1 主要功能簡介
         CHV190起重機專用變頻器是英威騰針對起重行業專業應用設計的一款高性能矢量變頻器，用於各類起重機的起升、俯仰、變幅、大車、小車、迴轉、抓斗等機構的交流無級調速。主要的功能及特點如下：
（1）抱閘邏輯控制與監控、預勵磁及起動預轉矩補償
準確的抱閘開啟和閉合控制時序，通過抱閘實時狀態反饋和起動預轉矩補償，確保控制的安全性和可靠性。
        預勵磁功能是在啟動之前自動地對電機實行直流勵磁，以保證電動機快速地提供起動轉矩，並通過調節勵磁的時間使電動機的起動與機械制動器的釋放時間相配合，避免出現“溜鉤”現象。
（2）輕負載升速（電子副鉤）和松繩檢測
       起重機空鉤或輕載時實現2倍速運行，提高裝卸效率。輕負載升速功能主要應用於起升高度較大的起重機：在起昇機構空載運行時自動使速度上升，以縮短時間來提高裝卸效率；重載時自動降低速度以確保設備和人身的安全。變頻器根據啟動後一段時間內的平均電流值來判斷負荷的大小：當負載重時，變頻器自動降低輸出頻率；當負載輕時，變頻器自動提高輸出頻率。松繩檢測功能防止在起重機繩索鬆弛的情況下，輕負載升速功能誤動作引發的不安全運行。
（3）控制迴路電源和主迴路電源可以分別控制,提高了用戶調試時的安全性，便於故障診斷與維護。
（4）主從控制功率平衡與速度同步技術
        在兩個大功率電機通過減速箱剛性連接驅動一個起昇機構時，主從控制功率平衡功能保證兩個電機出力均勻；在雙起昇機構提升一個重物時，主從控制速度同步功能保證兩個起昇機構同步提升，確保安全。
（5）第二電機控制及切換功能
        一台變頻器通過參數自學習可以自動存儲兩套電機參數，通過切換指令實現對兩組電機的高性能矢量控制；便於電氣傳動系統的控制，降低用戶成本。
（6）同時支持PROFIBUS-DP和MODBUS、INTERNET多種通訊協議，能實現多個變頻器和PLC之間的通訊連接。
（7）危險速度監視、快速停車及超速保護
       變頻器實時監測電機的運行速度，當電機速度大於設定的最高允許速度或速度偏差值時，變頻器發出故障報警並立即停止輸出，機械制動器動作，使起重機處於安全狀態。
快速停車功能給用戶提供以下三種方式供選擇：
方式1：電氣製動的停車；方式2：電氣製動加機械制動的停車；方式3：機械制動的停車。
（8）起重機操作模式
       根據起重機不同的操作模式，為用戶提供以下操作模式選擇：操縱桿模式、遙控模式、電動電位器模式、分級操縱桿給定模式、分級遙控給定模式、通訊給定模式等。
4.1.2 應用範圍
       CHV190起重機專用矢量變頻器，具有優異的力矩控制性能，廣泛適用於岸邊集裝箱起重機（STS）、軌道式集裝箱龍門起重機(RMG)、輪胎式集裝箱龍門起重機（RTG）、門座式起重機、造船用龍門起重機、裝船機、卸船機、翻車機、堆取料機等各類港口機械，以及各類普通橋式、門座式、塔式起重機和提梁機、架橋機等起重機械的起升、變幅、大車、小車、迴轉、抓斗等機構的交流無級調速。
4.2 變頻器容量計算
下面就門座式起重機的起升、行走（迴轉）機構的變頻器選用原則做以詳細說明。
（1）起昇機構
門座式起重機起昇機構所需的電動機軸輸出功率：
Wν
PM = ————
      6120η
式中W——起昇機構額定提升負荷的重量，kg
ν——起昇機構的額定速度，m/min
η——起昇機構的機械效率
變頻器的容量必須大於負載所需求的輸出，即：
k PM
P0[KVA] ≥ ————
            ηcosφ
式中k——過載係數1.33
PM——負載要求的電動機軸輸出功率，kW
η——電動機效率
cosφ——電動機的功率因數
起昇機構要求的起動轉矩為1.3—1.6倍的額定轉矩，考慮到需有125%的超載要求，其最大轉矩需有1.6—2倍的額定轉矩，以確保其安全使用。對於拖動等額功率電動機的變頻器來說，可提供長達60秒、150%額定轉矩的過載能力，因此過載係數k=2/1.5=1.33。
在變頻器容量選定後，還應做電流驗證，即：
ICN≥kIM
式中k——電流波形修正係數（PWM調製方式時取1.05—1.1）
ICN——變頻器額定輸出電流，A
IM——工頻電源時的電動機額定電流，A
       一般的大噸位起重機有兩個獨立驅動的起昇機構，每個起昇機構由2台電動機同步驅動各自的鋼絲繩捲筒轉動，再經過動滑輪組多級減速提升吊鉤。起昇機構的變頻調速傳動方案採用一台變頻器帶一台電動機的“一拖一”方案，為了提高低速傳動時的動態特性和高轉矩輸出能力，每台電動機採用帶脈衝編碼器的速度閉環控制。每個起昇機構的2台變頻器之間採用CHV190變頻器提供的具有功率平衡和速度同步控制功能的主從控制方案，這些控制方案可以實現2台電動機精確的轉矩平衡分配和2個起昇機構的速度同步。
（2）行走、迴轉機構
        門座式起重機的行走、迴轉機構大多采用多台電動機傳動方案。由於門座式起重機行走機構的轉動慣量較大，為了加速電動機需有較大的起動轉矩，因此門座式起重機行走機構所需的電動機軸輸出功率PM應由負載功率Pj和加速功率Pa組成，即：
PM≥Pj+Pa
行走機構所需的負載功率為：
µ Wν
Pj = ————
      6120η
式中µ——行走機構的摩擦係數
W——行走機構額定負荷的重量，kg
ν——行走機構的額定速度，m/min
η——行走機構的機械效率
行走機構所需的加速功率為：
ｋｎＭ            GD²ｎＭ
Pa = ————— × ————
      974ηcosφ      375 tA
式中ｋ——電流波形修正係數（PWM調製方式時取1.05—1.1）
ｎＭ ——行走機構的電動機額定轉速，r/min
cosφ——電動機的功率因數
η——電動機效率
GD²——行走機構換算到電動機軸上的總轉動慣量，kg·m²
tA——電動機加速時間（根據負載要求確定），s
由於行走機構大多采用一台變頻器拖動多台電動機的通用U/f開環頻率控制方式，因此在變頻器容量選擇時，還應滿足以下公式：
ICN≥knIM
式中k——電流波形修正係數（PWM調製方式時取1.05—1.1）
ICN——變頻器額定輸出電流，A
IM——工頻電源時單台電動機的額定電流，A
n——一台變頻器拖動的電動機數量
5   再生能量的處理
       當採用變頻器傳動的起昇機構拖動位能性負載下放或行走機構急減速、順風運行時，異步電動機將處於再生髮電狀態。逆變器中的六個回饋二極管將傳動機構的機械能轉換成電能回饋到中間直流迴路，並引起儲能電容兩端電壓升高。若不採取必要的措施，當直流迴路電容電壓升到保護極限值後變頻器將過電壓跳閘。
        在高性能的工程型變頻器中，對連續再生能量的處理有以下兩種方案。 ① 在中間直流迴路設置電阻器，讓連續再生能量通過電阻器以發熱的形式消耗掉，這種方式稱為動力製動；② 採用再生整流器方式，將連續再生能量送回電網，這種方式稱為回饋制動。英威騰推出的DBU型能耗制動單元和RBU型能量回饋單元的具體參數可參見說明書。
下面對這兩種制動方式做以詳細介紹。
（1）動力製動
        動力製動由制動單元和製動電阻構成。變頻器設置了製動單元和製動電阻後，其動力製動能力取決於製動電阻的允許功率。因此，計算再生功率PM時，必須滿足PM<PR（PR為製動電阻的允許功率）。如果再生功率超過制動電阻的允許功率時，要重新考慮減速時間及負載慣量等。下面詳細敘述設置制動電阻後，如何計算制動電阻的再生功率PM和電阻值RB。
① 計算再生能量EM
② 計算再生功率PM
PM = EM/t0
式中PM——制動期間電機產生的有效再生功率，W
EM——機構急減速及下降時的再生能量，J
t0——制動週期時間，S
③ 選擇合適的製動單元/制動電阻組合
選擇合適的製動單元/制動電阻組合，必須滿足下列條件：
PM<PR＆PM<PDB
式中PM——制動期間電機產生的有效再生功率，W
PR——制動電阻的允許功率，W
PDB——制動單元的允許功率，W
當計算的PM>PR時，表明超出了製動電阻的處理能力，需重新核算負載慣量和減速時間。
④ 制動電阻RB0的計算
在再生回饋制動中，即使不設置制動電阻，依靠電機內部損耗也可獲得約20%的製動轉矩，因此可用下式計算所需的電阻值RB0：
VC²
RB0 = ——————————
     1.027（TB-0.2TM）n1
式中VC——變頻器中間直流迴路的電壓（約為700V），V
TB——制動轉矩，kg·m
TM——電動機額定轉矩，kg·m
n1——電動機開始減速時的速度，rpm
動力製動的放電迴路由制動單元和製動電阻構成，其最大電流受制動晶體管最大允許電流IC的限制，制動電阻最小允許值RMIN=VC/IC。因此制動電阻選用時其實際值RB應滿足以下條件：
RMIN < RB < RB0
上述選型是建立在精確的計算基礎上，在實際工程中如果精確的計算數據不能取得，也可按下述給出的經驗公式選型。
①起昇機構的再生功率PM
PM = Pb×ηtotal
ηtotal=ηmec×ηmot×0.98
上式中，Pb為實際的負載再生髮電功率，ηmec為機械效率，ηmot為電機效率。
②制動電阻RB0的近似計算
VC²
RB0 = ——
        PM
由於行走機構屬於摩擦負載，其製動單元和製動電阻可按變頻器的標準配置。
（2）回饋制動
        為了實現把製動狀態的電動機再生髮電能量向電網回饋，網側變流器應採用可逆變流器。英威騰推出的能量回饋制動單元，它的網側變流器與逆變器結構相同，採用一塊具有PWM控制方式的電網電壓識別板。由於採用了PWM控制技術，對網側交流電壓的大小和相位可以進行控制，可以使交流輸入電流與電網電壓同相位並接近正弦波，傳動系統的功率因數大於0.9，回饋制動時有100 %電網回饋能力，而不需要自耦變壓器。
        動力製動方式控制簡單、成本低，但節能效果不如回饋制動。回饋制動方式雖然節能效果好，能連續長時制動，但控制複雜、成本較高。應該注意的是，只有在不易發生故障的穩定電網電壓下，才可以採用回饋制動方式。對於採用滑觸線供電的起重機，應特別注意防止滑觸線電刷接觸的間斷，如果不能保證這一點，建議採用動力製動方式，以保證起昇機構持續下降時調速制動的可靠性。
6 佈線設計
6.1 變頻器主迴路
       門座式起重機起昇機構的變頻器採用矢量控制方式，它們要用所傳動電動機的一些電機常數，而數據的獲得是由變頻器的參數自檢測程序來完成的。如果按常規的導線發熱校驗選擇電機的配線，必然在長距離供電時，把線路阻抗加入到了參數自檢測出的電機數據中，引起變頻器的控制精度下降，達不到設計要求。另外，變頻器與電動機之間的敷設距離長，則線路壓降大，有時產生電機轉矩不足。特別是變頻器輸出頻率較低時，其輸出電壓也低，線路壓降所佔的比例增大。變頻器與電機間的線路壓降以不超過額定電壓的2%為容許值，電機電纜的截面可據此來選擇。
       由於在變頻器的輸出佈線中存在寄生電容，其容量與電機電纜的長度成正比，電機電纜的寄生電容容量越大，採用PWM控制方式的變頻器輸出電纜中的漏電流也越大，從而造成變頻器的出力不夠。所以在門座式起重機的佈線設計中，應力求減小變頻器到電動機的電纜的長度總和。
6.2 控制迴路
       變頻器的控制信號為微弱的電壓、電流信號，所以與主迴路不同，變頻器的輸出迴路是強電磁干擾源，因此，變頻器控制迴路的配線不能與變頻器主迴路配線在同一根鐵管或同一配線槽內敷設。為了進一步提高抗干擾效果，還應採用1.0mm2絕緣屏蔽導線。絕緣屏蔽導線的接地應在變頻器側進行單點接地，使用專用的接地端子，不與其它的接地端子共用。電磁感應干擾的大小與電線的長度成比例，所以要盡可能地以最短的線路敷設。在電磁干擾嚴重的場合，除了採取接地、屏蔽等措施外，還可以在變頻器的控制信號線上安裝數據濾波器，以進一步減小干擾電壓的影響。
7   CHV190起重機專用變頻器在25t-35m門座式起重機中的應用介紹

7.1 25T-35M門座式起重機的主要參數如下：
（1）額定起重量：吊鉤下25m處40T；抓斗25T；
（2）起升高度：抓斗軌上20m；軌下15m；吊鉤軌上28m；軌下15m；
（3）幅度：最大35m，最小10m；
（4）工作機構運行速度
①起升速度：吊鉤額定25m/min；抓斗額定50m/min；空載60m/min；
②旋轉速度：0.8（幅度30-35m）/1.2（幅度10-30m）rpm；
③變幅平均速度：45m/min；
④行走速度：25m/min；
（5）電源：3相380V，50Hz
（6）整機工作級別：A8
7.2 電氣傳動單線圖
（1）起昇機構
MC型40T抓斗門座式起重機起昇機構由支持、閉合機構組成，兩機構均由 1台160KW變頻電機驅動，調速為帶編碼器的閉環矢量控制，採用INVT公司起重機專用變頻器CHV190-220G -4；制動單元為DBU-315-4，制動電阻：2Ω80KW；屬有檔位無級調速方式，採用Profibus-DP現場總線控制，內設S曲線加減速模式，保證重物提升過程中的穩定性。
（2）俯仰機構
俯仰機構由1台132ＫＷ變頻電機驅動，調速為帶編碼器的閉環矢量控制，採用INVT公司起重機專用變頻器CHV190-185G-4；制動單元為DBU-315-4，制動電阻：2Ω60KW；屬有檔位無級調速方式，採用 Profibus-DP現場總線控制，內設S曲線加減速模式，保證起昇機構變幅過程中的穩定性。
（3）大車機構
大車運行機構由4台11KW變頻電機驅動，和支持機構共用一台變頻器通過切換分別控制，其中一組電機需要控制運行時，變頻器接收到轉換信號後自動切換到相應電機組參數。

（4）迴轉機構
迴轉機構由2台30ＫＷ變頻電機驅動，調速為開環矢量控制，採用INVT 公司起重機專用變頻器CHV190-110G-4；制動單元為DBU-220-4，制動電阻：4Ω20KW；屬有檔位無級調速方式，採用 Profibus-DP現場總線控制，內設S曲線加減速模式，保證迴轉機構的大慣性負載起制動平滑和運行的穩定性。
7.3 系統優點
（1）可靠的抱閘邏輯控制，同時抱閘時間可調，在保證不溜鉤的同時，也避免了電機的大衝擊電流。
（2）高性能的閉環矢量控制，在零速時可輸出180%的額定轉矩長達10S。增加了系統的可靠性。
（3）提昇機械採用輕負載升速（電子副鉤）功能，吊重物時0-50HZ之間運行，空鉤可實現0-100HZ之間運行，以提高工作效率；
（4）多段速或者模擬量調速，加減速過程均按照S曲線模式，增加了工作的穩定性，減小了機械衝擊。延長設備使用壽命。
（5）多電機並聯後，變頻器自動辨識參數，建立有效的數學模型；控制精度非常高。
（6）單台變頻器切換控制2組電機，自動辨識並存儲兩組電機參數，均可實現高性能控制。降低了設備的整機成本，極大提高了整機的競爭力。
（7）可調轉矩補償，實現精確控制。
7.4 變頻器的現場調試
限於篇幅，下面以支持機構變頻器的調試過程為例，簡要介紹CHV190變頻器的調試過程。
(1) 電機參數辨識

辨識電機參數在電機軸與負載脫開的情況下進行，首先設定電機參數P2.00-P2.0５和編碼器參數P4.00-P4.01,然後設定P0.07為1進行電機參數自學習，主要的參數如下：

自學習完成後，設定速度由低到高空載閉環矢量運行，觀察空載電流及電機運轉，確保正常。

(2) 其它參數的設定
P0組（基本功能組）、P1組（速度曲線組）、P4組（編碼器參數組）、P5組（輸入端子組）、P6組（輸出端子組）等參數可根據實際需要設定。
(3)抱閘時序控制測試
通過修改P8組增強功能組中的抱閘合閘、松閘延時、停機延時等參數，調試抱閘時序控制情況。
(4) 帶負載閉環矢量運行及驗證輕負載升速（電子副鉤）功能
觀察抱閘時序控制正常後再安裝好主軸聯動機構，設定速度由低速到高速的步驟運行。帶負載調試時，堅持由輕負載到重負載的步驟調試，同時注意觀察變頻器運行電流及電機運轉狀態。通過修改P8組（增強功能組）中的輕負載升速使能參數，驗證吊重物時0-50HZ之間運行，空鉤時0-100HZ之間運行。

（5）調試波形

8 結束語
隨著電力電子技術的不斷發展完善，交流變頻調速技術日益顯現出優異的控制及調速性能，高效率、易維護等特點，加之它的價格不斷下降，使其成為起重機械一種優選的調速方案。但是，要使變頻器成功地應用於起重機調速，就必須針對起重機的特點，計算和選擇變頻器及其外圍的輔件，並在安裝與佈線時採取特殊技術措施，以保證變頻調速的起重機安全、可靠地運行。

參考文獻：
1． INVT·CHV190變頻調速器操作說明書［Z］·2009·
2．韓安榮·通用變頻器及其應用［M］·機械工業出版社·2000·
3．段蘇振·交流變頻調速技術在門式起重機中的應用［J］·電氣傳動，2005，1·
4．段蘇振·交流變頻調速的電氣製動方式［J］·機床電器，2004，3·

變頻器起重提升應用

2010-10-03T18:25:00.000+08:00

從上世紀八十年代末開始 , 變頻調速已經代替原來的篆字串電阻方式 , 廣泛的應用於起重設備上 .TP2200V 系列變頻器以其先進的控制理論和穩定的動態性能廣泛且成熟的應用於歐洲的起重設備上。

在起重應用特別是類似集裝箱起重等高端應用中 , 要求變頻器在短時間內達到 200% 甚至更高的啟動力矩 , TP2200V 系列能提供輕鬆的完成這種應用並不會對變頻器本身和電機造成損壞。

啟動過程採用順序控制

在提升應用中 , 變頻器有時會處於發電狀態 , 此時 , 能量會流回變頻器造成直流母線電壓上升 , 為了限制直流電壓 , 需要外接製動電阻 , 當直流母線電壓上升到臨界值就會觸發外部製動電阻 , 使電能轉換成熱能 .
在雙機抓斗應用中 ,TP2200V 系列變頻器採用主從控制模式 , 抓斗上升時主機和從機採用負荷分配的運行方式 , 抓斗下降時主機和從機採用速度同步的運行方式 , 由於使用了電子齒輪功能 , 可自動調節兩端負載使其保持相對平衡

變頻器在電梯領域中的應用

2010-10-02T22:30:00.001+08:00

電梯作為一種垂直運輸工具，就決定了它必須具備平穩、安靜、快速的特性，而且經常處在正反轉切換、反复啟動停止過程中，要求電動機在各種負載下都有良好的調速性能和準確的停車性能。為滿足這些要求，採用變頻器控制電動機是最合適的。變頻器不但可以提供良好的調速性能，並能節約大量電能。

珊星公司研製的電梯專用型變頻器在電梯領域得到了廣泛應用，變頻電梯電力傳動原理如圖1所示。該系統主要由主迴路部分、檢測部分、控制電路組成。主迴路主要是把電網電壓經過整流和逆變，送入交流電動機，並通過控制電路控制逆變器開關元件的開斷，實現電動機的調速。控制電路主要完成傳動系統指令形成，根據電流、速度、位置控制指令，產生PWM控制信號。檢測部分主要完成故障診斷，檢測和顯示，電梯控制邏輯管理，通信和群控等任務。

為了滿足乘客的舒適感和平層精度，珊星公司開發的電梯專用變頻器設計瞭如下功能：

1）用於電梯的基本功能

平穩採用精密的速度控制實現了無衝擊的平滑運轉。

安靜採用IGBT高速開關元件實現了低噪音化。

快速採用高精度的力矩/速度控制滿足了電梯的高速化要求。

節能採用高效率的變頻控制技術，可達到節能運轉。

2）用於電梯的增強功能

高啟動力矩最大200%的高速啟動力矩可安全有效地實現電梯運轉。

自動力矩補償採用負載檢出自動力矩補償功能，斜齒輪等高效率機械結構也可實現無衝擊運轉。

停電時的安全保護可採用後備電池運轉，停電時可容易保證乘客安全。

3）獨特的距離控制

自學習能力可通過變頻器自學習運行，自動測定各層樓距離；通過速度曲線計算控制變頻器運行，實現直接停靠，具有高定位精度。

（圖1）變頻電梯電力傳動系統示意圖

變頻節電器在水泥行業中的節能應用

2010-10-02T22:24:00.004+08:00

水泥製造業是建材業中的能耗大戶，降低能源消耗，提高產品質量是提高企業競爭能力和經濟效益的重要措施。隨著人們對變頻節能的重視，變頻節能技術在工業生產和日常生活中都得到了廣泛的應用。 “珠峰”變頻節電器採用德國技術，具有獨特的節電功能和極佳的調速性能，是水泥行業變頻節能的最佳選擇。
一、羅茨風機．餘風風機．高溫風機．窯尾風機的節電改造。
羅茨風機．餘風風機．高溫風機及窯尾風機是控制窯內風量及工藝參數主要大功率風機，但它們設計時要考慮不同情況下最大風量供應問題，因此普遍存在過風量問題，而在調節風量時又採用閥門開關的方式。事實上，在生產穩定時，各大風機閥門開度為65％左右，而此時三相電機仍以額定功率輸出，這樣大量的電能經轉換後消耗在擋風板上。源自於德國“珠峰”變頻節電器，採用動態Cos?補償器和動態調節功率器，用變頻方式調節風量，可節省大量不該消耗的電能。實踐證明：採用“珠峰”變頻節電器對風機進行節電變頻改造，節電率可達18％－50％，電機輕載率愈高，節電效果愈明顯。
二．生、熟料的配料自動控制
水泥廠的生、熟料配比要求抗干擾能力強、運行平穩、可準確按比例運行的變頻器。 “珠峰”變頻器能偵測出馬達負載的變動，因而自動提供最適當的電壓給馬達，增強了抗干擾能力，加上”珠峰”獨有的比例控制功能,進而保證了配比的精確度。
三、直流電機.卸料滑差電機的改造
水泥生產線中,直流電機主要用於旋窯窯體的轉速控制。在實際應用過程中，直流電機存在結構和控制電路複雜，隨著使用時間的延長，故障率增高，維修費用高，遇故障恢復生產慢等缺點，嚴重製約了生產率的提高。滑差電機因為異步電機轉速是恆定的，因此長時間運行時無形中浪費了大量的電能，而且故障率高，經常會卡死。如利用“珠峰”獨特的節電變頻功能，只要對原來的直流電機、滑差電機作簡單的改造，就可以達到既變頻調速又節省電能的目的，並且維護簡單，恢復生產快
“珠峰”變頻器功率高達280KW，可匹配了煤、生料選粉機。
水泥生產中，由於傳送物料為固體顆粒，在傳送過程中，負載力矩變化較大，因此能智能轉矩控制，又能節電的珠峰變頻器無疑成了水泥生產線的最優夥伴。
廣州電力通公司是長期從事自動化節能技術、開發與應用的專業公司,積累了豐富的經驗,技術力量雄厚,代理的“珠峰”等所有產品一年內免費保修、終身保養服務,承諾出現問題24小時內趕赴現場解決，真正為客戶排憂解難。

變頻節電器在塑膠行業中的節能應用

2010-10-02T22:20:00.001+08:00

隨著現代電子技術的飛速發展，變頻節電器以其卓越的功能在各個領域得到越來越廣泛的應用。珠峰變頻器以其獨特的節電性能而備受使用者青睞。

一、注塑機油泵電機的應用
注塑機油泵電機是注塑機的動力源，注塑機在由鎖模-射膠-溶膠-冷卻-開模-頂退-清
理的過程中是由壓力閥和流量閥來調節每個工藝過程的壓力和流量。而油泵電機則全速運行，這樣浪費了很大的電能，如果通過加裝珠峰變頻節電器，為電機提供調速功能，讓油泵的工作服從壓力和流量的指揮，當需要高壓大流量時就高速運行，需低壓低流量時，就低速運行，不需要壓力和流量時就停機，其節電效果可達 40%以上。

二、吹膜機的應用
吹膜機廣泛使用調速電機調速，調速電機屬勵磁、滑差調速。由勵磁線圈電流大小來
控制轉矩大小來調速，在調速過程中，輸出轉矩與電機實際轉矩相等，而輸出軸與異步電機的轉速差部分的電能被浪費掉了，而且由於調速電機調節的是轉矩，因而轉速不夠穩定，故膠袋的厚薄均勻性受影響，造成原材料浪費，如採用珠峰變頻節電器結合普通異步電機進行改造，節電率都在30%以上，由於變頻節電器轉速穩定，機械特性好，可顯著改善工藝質量，方便操作提高產品質量，並可節約原材料。

三、珠峰變頻節電器應用於
塑膠吹膜機電線電纜擠出機
塑膠管擠出機中空成型機（吹瓶機）
發泡板擠出機塑膠布（板）擠出機
塑膠編織帶機械窗簾擠出機

四、售後服務
我公司對所售產品送貨上門，指導安裝，調試正常使用。免費保修一年，終身保養服務。超過保修期，每延長一年保修期，我公司僅收取合同5%的保修金。

變頻器在陶瓷行業中的節能應用

2010-10-02T22:18:00.002+08:00

陶瓷行業是由各種窯爐，它包括遂道窯、輥道等組成，以輥道窯為例，說明珠峰變頻器節電器在陶瓷行業的應用。
一、輥道傳動、軸線傳動、自動化控制
原來的輥道傳動和軸線傳動多采用直流及擺線針減速，或者是滑差調速。這種落後的傳動控制很難獲得理想的速度和精度，並且浪費能源。珠峰傳動裝置改進了生產過程的控制，可達到數字化管理。
二、輥道窯上的各組風機的自動化節能
輥道窯上由抽溫、助燃、急冷、霧化、抽熱、冷卻等來完成其燒成曲線，由於各種原材料及製品的不同，由工人用擋板的方式調節其風量，這樣造成較大的電能浪費，而且由於工人的熟練程度影響著產品的質量。如採用珠峰變頻節電器來控制其風量，可達到25%以上的節電效果。並且工人操作方便，同時還能採用數字化管理，其產品質量可得到很大的提高。以急冷風機為例：如果出現空窯，急冷壓溫度就很難控制，如果工人操作不好，就會造成產品出現色差及裂、硬等現象影響整個產品質量，而空窯現像是經常出現。如採用珠峰變頻節電器來控制可解決上述問題。
三、燒成油泵的恆壓控制（過程自動化）
窯爐的燒成大部分採用油泵加壓給油槍，因為油槍的多少以及油嘴的堵塞，都會造成油壓變化，從而使燒成溫度不穩定，造成產品質量不穩。如果採用珠峰變頻器及壓力傳感器來控制使其輸出油壓不因外界的變化而變化，則可解決上述問題，大大提高了產品質量。
四、噴霧塔由除塵風機和助燃風機、油泵等組成。如這些設備都採用珠峰變頻節電器來控制，即可達到25%以上的節電效果。
五、攪拌機上的節能應用（原料車間）
原料進入泥池後，為防沉澱，需用攪拌機不停地攪拌。如在沒有使用變頻器來調節它的轉速之前，存在較大的浪費。採用珠峰變頻節電器後，可在開始時高速、在運行穩定後採用低速，這樣即可防止泥漿的沉澱，又可節約用電。
我公司對所售產品送貨上門，免費保修一年，終身保養服務。超過保修期，每延長一年保修期，我公司收取合同總額5%的保養金。

變頻節電器在造紙行業中的節能應用

2010-10-02T22:06:00.000+08:00

造紙行業是風機水泵類負載的大戶，而且該類負載的運行時間都是連續的。各個廠家是根據實際的工作情況，需要對風機、水泵的負載作不同程度的調節，這就使珠峰變頻器在該待業的應用能為企業帶來極大的經濟效益。珠峰變頻節電器具有獨特的節電功能，我公司根據多年積累的經驗總結出，變頻節電器在造紙待業應用中的節電分析。
1．生產線的應用
老式的紙機一般採用總軸傳動，有以下缺點：
（1）效率低，只有60%-70%；
（2）靠皮帶傳動，精度差，時間長了，皮帶打滑。出現紙定量不准。紙幅斷頭，皮帶備件費用高；
（3）紙幅在網部和壓榨部時其縱向伸長和橫向收縮，而烘乾時兩部分都收縮，因此紙機各部分的線速度應稍有差異為好；
（4）壓榨部分在整個壽命中直徑要變6%，所以線速度也不變化。
總軸傳動，不管直流電機或者滑差電機對以上固有的缺陷適應性差，若採用我公司的電腦同步、分部變頻調速系統，以上缺點可全部克服，還節約電能20%以上。
2．複捲機
複捲機是造紙廠系統中的一個重要環節，一般原有復捲機都是採用直流電機或電磁調速電機來控制。直流調速電機故障率高，經常要更換碳刷，維修費用大。滑差調速電機則是一種耗電能的電機，機械特性軟，調速範圍小，平滑性也差。如果採用交流電機變頻調速控制，不但提高了生產效率，降低了能耗，而且它具有抗干擾能力強，供電電壓高，單機容量大，環境適應性強，自我診斷和保護功能及維護方便。這樣即大大減少了維修費用，也達到了理想的節電效果。 ]
3．鍋爐鼓、引風機
根據車間所需蒸汽量的變化，風量時刻變化的，而且風量調節都是通過調節風門擋板實現的，這樣風量調節方式不但使風機的效率降低，也使很多電能消耗在擋板上，十分可惜。而且鍋爐操作室一般都遠離鼓、引風機，操作十分不方便，也不能調節得當。如果採用珠峰變頻器來進行閉環無級調速，能自動地調整彭、引、風機風量，使鍋爐燃燒在最佳狀態，使煤或油消耗養活到最小，達到理想的節電效果。
4．給水系統的恆壓控制
紙廠的供水系統是企業的生命線，合理的供水能給企業減少不必要的能源消耗。如果採用變頻自動恆壓控制，水泵機組採用最先進的微電腦控制順（DLT）和壓力變送器及珠峰變頻調速技術組成閉環恆壓供水系統，即可改變電機的轉速。隨著電機轉速的降低，電機的電流也隨著之下降，這樣就可達到理想的節電效果。

多台變頻器集中控制的使用

2010-10-02T21:56:00.002+08:00

用電位器集中控制變頻器
將多台變頻器按規範接入空氣開關至電源，輸出接電動機。將多台變頻器按圖（13-1）接好，調節主變頻器外控1K電位器，即可同步集中調節所有變頻器轉速。各變頻器轉速可分別外接電位器調節，但是最高轉速不會超過主變頻器轉速。

用外接電源集中控制變頻器
將多台變頻器按規範接入空氣開關至電源，輸出接電動機。將多台變頻器按圖（13-2）接好。調節主機變頻器外接穩壓電源電位器，即可同步集中控制所有變頻器轉速。各變頻器轉速可分別用外接電位器調節。

變頻器在玻璃製造業方面的節電應用

2010-10-02T21:48:00.003+08:00

        交流變頻調速器（節電器）是隨著現代電子技術的高度發展和電子計算機的普及應用發展起來的電子電氣設備。由於採用了微機技術，因此具有調速範圍寬、功能齊全、性能可靠、通用性強、使用簡便靈活等諸多優點。在對電機的調速控制上得到了廣泛應用，其優異的節電效果更得到用戶的普遍歡迎。
我公司綜合玻璃行業變頻節電技術改造方面主要使用如下幾類機械：
一、風機

        玻璃製造業中風機使用廣泛，普遍存在設計時有過風量問題。在風量需要調節時普遍採用節流，即風門調節方式，而這都是些不必要的損耗。使用變頻節電器後，可根據實際需要進行自動調節，由此除去了不必要的損耗，同時又提高了電機功率因素，其綜合節電率平均在30％以上。
二、空壓機
       空壓機通常設定一定壓力後，停機、再啟動，這樣既浪費了大量能源，也縮短了機械使用壽命。如採用變頻調速器及PID雙重控制，使空壓機在一恆定壓力下運行，這樣即節能又提高了機械使用壽命，大大減少了維修費用等。
三、機械調速類
         以往需要調速的機械中如：物料進給調節，輸送帶等基本上採用滑差調節電機，即三相整流子電機或直流調速電機，其存在速度調節性能差，轉速穩定性差，故障率高，維修費用高等缺陷。如採用變頻調速器，可以大大提高功效，省電、維修量大減，且安全可靠，投資回報期短，對提高企業經濟效益極有利。
我公司在變頻調速器（節電器）應用方面積累了豐富的經驗，技術力量雄厚，服務周到。產品一年內免費保修，終身保養服務，承諾出現問題24小時內趕赴現場解決。

PROFIBUS-DP接口開發技術研究和應用

2010-09-29T22:46:00.000+08:00

1 引言
現場總線被譽為自動化領域的計算機局域網，是自動化領域的研究熱點[1]。 PROFIBUS-DP是應用在現場自動化儀表和設備領域的一種主要的現場總線並且已經成為國際電工委員會制定的國際標準之一（IEC61158 TYPE3）和中國國家標準（GB/T 20540-2006）。現場總線技術是電子技術，通信技術，智能儀表技術和自動控制技術相互結合的產物[2]。
PROFIBUS-DP接口的開發包括硬件部分、軟件部分和電子設備數據GSD文件部分。

2 基於 PROFIBUS-DP的自動化系統的構建
因為是開發PROFIBUS-DP接口，所以總體結構較為簡單和實用。總體體系結構如圖 1所示。主站和從站通過PROFIBUS專用網線組成一個單主站PROFIBUS系統。主站由計算機和SST公司的總線卡5136-PFB-PCI組成；現場設備（圖中是智能控制器）和本文開發的從站總線接口卡組成PROFIBUS-DP現場智能設備，作為PROFIBUS-DP從站。圖中的智能控制器、變頻器和泵共同構成閉環系統。本文重點介紹總線接口卡的開發。

3 PROFIBUS-DP接口開發重點和難點在於：實現狀態機和服務訪問點。
3.1開發方案分析、比較和和選擇利用單片機的方案需要理解協議的大部分細節，實現的PROFIBUS-DP站的傳輸速率受單片機晶振的限制，根本無法達到最大傳輸速率12Mbit/s。
通信專用芯片集成了PROFIBUS-DP協議和狀態機，並且給出了具體的服務訪問點；使用專用芯片開發PROFIBUS-DP總線接口卡，不再需要考慮的協議大部分細節，重點是熟練使用專用芯片。
與利用單片機的實現方案比較，使用專用芯片可大量地節約開發時間和成本，傳輸速率可以達到12Mbit/s。因此，本文使用專用芯片SPC3進行總線接口卡的開發。
3.2 SPC3功能介紹[4]SPC3基本上集成了完整的PROFIBUS-DP協議。 SPC3集成有1.5K字節的RAM，方式寄存器，狀態寄存器，中斷控制器，看門狗定時器（保護監控定時器）和各種緩衝區；能夠自動地識別9.6K到 12M的波特率。微順序控制器控制著SPC3整個處理過程。總線定時器直接控制串行總線上的總線時間。
SPC3包括如下的服務訪問點（服務）：缺省SAP（讀寫數據交換)，SAP55（改變站地址），SAP56(讀輸入)，SAP57(讀輸出)，SAP58(向DP從站發控制命令) ，SAP59(讀組態數據)，SAP60(讀從站診斷信息)，SAP61(發送參數設置數據)，SAP62(校驗組態數據)。
3.3硬件設計主要是選用RS485芯片和光耦芯片，如果從站對傳輸速率的要求可以低於12M波特率，那麼有性能指標稍低的RS485芯片和光耦芯片。另外本文開發的總線接口卡設計為可以選擇雙口RAM或者RS232接口將總線接口卡與現場設備連接。
3.4軟件設計
3.4.1 PROFIBUS-DP狀態機的實現
軟件設計依據是SPC3中集成的PROFIBUS-DP狀態機[4]，狀態機用來描述PROFIBUS-DP站在每種情況下的行為；如圖2所示。

整個程序採用了結構化、模塊化的方法，依據PROFIBUS-DP狀態機提供的流程進行編寫。按照對實時性的不同要求，各個服務訪問點分別採用查詢或者中斷方式來實現。主函數主要是完成必要的初始化工作和用查詢方式實現服務訪問點。中斷函數，主要是用中斷方式實現服務訪問點。
3.4.2 PROFIBUS-DP系統主-從通訊中的實時性和時間確定性
令牌是在主站之間傳遞總線控制權的一種特殊報文。當某個主站得到令牌時，它將在一個規定的時間段內獲得總線控制權，在這段時間內該主站可依照與主站或從站的關係表和所有的主站或從站發送所需要發送的幀，當該主站的控制時間結束時，它就將令牌傳遞給下一個主站[3]。
在PROFIBUS-DP主-從通訊中，如果在從站中有新的診斷信息，則在數據交換模式下，DP從站將以高優先級的報文對主站響應，以此來通知主站；在其他情況下，從站都是以低優先級的報文回答主站的。可見，從站用診斷報文的方式發送數據相比其他情況，實時性要更好。
如果主站的令牌持有時間為零或負（即主站沒有時間處理從站的信息），則DP從站在主-從通訊中仍然可以用診斷報文的方式發送一個高優先級信息；這樣，在任何情況下都可以保證來自DP從站的數據至少可以以一個診斷報文的方式得以發送。這種機制保證了PROFIBUS-DP主-從通訊有很好的時間確定性。
3.4.3 服務訪問點以及對應的PROFIBUS-DP服務的實現舉例
服務訪問點實現也就是對應的PROFIBUS-DP服務的實現。只要是熟練使用專用芯片並熟練掌握PROFIBUS-DP的一些必要的知識，就可以實現所有的服務訪問點。鑑於“讀從站診斷信息”這項服務對於實時性和時間確定性的重要性，下面以服務訪問點60即服務“讀從站診斷信息”的實現來舉例說明。
在使用專用芯片SPC3實現服務訪問點60的時候，以下問題需要重點考慮：
(1) 診斷緩衝區的結構 [3]
程序開發者向SPC3傳遞診斷緩衝區的數據。在診斷緩衝區中，由程序開發者在第1個字節（字節0）中的位0、位1和位2這三個位的位置分別儲存“外部診斷”位、“靜態診斷”位和“外部診斷溢出”位。診斷緩衝區的前6個字節中除了上述3個位，其它都是固定空間；當發送診斷緩衝區的數據時，SPC3按照PROFIBUS-DP標準預處理前6個字節。字節6-243是程序開發者輸入的外部診斷數據。
(2) 診斷處理流程 [3]
當兩個緩衝區被交換時，內部04H單元的“診斷標誌”被置位，這時稱“診斷標誌”被激活。對於一個激活的“診斷標誌”，SPC3在下一個“讀寫數據報文”期間，用高優先級響應數據來響應，通知相關的主站現在從站有新的診斷數據。在主站用 “讀從站診斷信息”報文取得新的診斷數據以後，“診斷標誌” 被復位。接著程序可以查詢狀態寄存器中的“診斷標誌”，以便發現在原有的診斷數據被交換為新的診斷數據以前，主站是否已經取得原有的診斷數據。
(3) 本文中針對現場智能設備通信軟件中相應的程序設計
將“外部診斷”位設置為“0”，從系統的觀點看，就可以將數據理解為狀態信息。當現場智能設備中的測量參數達到某值時，將此值作為一個狀態信息送往診斷緩衝區中的字節6-243，當上升一個百分比時，再送出狀態信息，供系統遠程監控。所以，現場智能設備通信軟件設計為測量參數的狀態信息可遠程監控。相應的外部診斷處理程序程序框圖見圖3。

即使主站沒有時間處理從站的信息，程序仍然可以在重要的參數超過某個值時，用診斷報文的方式發送一個高優先級信息給主站。
3.5 GSD文件編制以及與軟件開發的關係
GSD文件的精確定義保證所有標準從站和所有標準主站通信[5]。 GSD文件由設備的開發者準備，並以電子數據單形式向最終用戶提供。
在GSD文件的編制過程中的重點和難點在於：除了精確地理解了GSD文件的規格說明，最重要的是將GSD文件和PROFIBUS-DP通信軟件中的有關參數對應起來，否則程序運行將出錯，甚至PROFIBUS-DP系統不能識別通信軟件對應的從站。
通信軟件的開發和GSD文件的編制必須相互配合，有些參數必須完全一致，這樣才能保證PROFIBUS通信單元的開發成功。這些參數包括：是否支持凍結模式，是否支持同步模式，是否支持傳輸速率的自動識別，是否支持改變從站地址，在CLEAR模式是否接收數據消息，診斷數據的最大長度，參數數據的最大長度，用戶參數數據的長度，用戶參數數據。
4 總結
在深入剖析PROFIBUS-DP狀態機和PROFIBUS-DP服務流程的基礎上，開發了應用於現場智能設備的包括硬件、通信軟件和電子設備數據文件的總線接口卡。
創新點在於：在滿足PROFIBUS-DP主-從通訊有很好的時間確定性的基礎上，實現了能滿足PROFIBUS-DP主-從通訊有很好的時間確定性的服務訪問點SAP60，並且實現了SPC3其它的服務訪問點，編制了與PROFIBUS-DP通信軟件完全匹配的電子設備數據文件。
本文中開發的接口已經應用於多個現場智能設備。
參考文獻
[1]陽憲惠.現場總線技術及其應用.北京：清華大學出版社，1999
[2]柴鬱，李斌.現場總線技術的發展及應用展望.儀表技術， 2001年第2期：43-45
[3]安憲軍，黃爾烈.基於PROFIBUS-DP總線的數據通信.微計算機信息， 2008，6-1：49-51。
[4] SIMATIC-NET SPC3 and DPS2 User Description (Siemens PROFIBUS Controller according to EN 50 170 Vol 2) .西門子公司， 2000.2
[5]SIEMENS EN 50 170 Vol 2 working with PROFIBUS-DP Device Description Data Files GSD.西門子公司，December 20,98

異步電機無速度傳感器矢量控制

2010-09-29T22:37:00.001+08:00

對於高性能的磁場定向控制系統，速度閉環是必不可少的，轉速閉環需要實時的電機轉速，目前速度反饋量的檢測多是採用光電脈衝編碼器、旋轉變壓器或測速發電機。但是，許多場合下不允許安裝任何速度傳感器，此外安裝速度傳感器在一定程度上降低了系統的可靠性。因此，無速度傳感器控制的高性能通用變頻器是當前全世界自動化技術和節能應用中受到普遍關心的產品和開發課題。無速度傳感器磁場定向矢量控制技術的核心是如何準確的獲取磁場定向角以及電機的轉速信息。 2000年，日本電氣學會調查了日本各大電氣公司生產的無速度傳感器控制的通用變頻器，把無速度傳感器控制方式分為4類：定子電流轉矩分量誤差補償法；感應電動勢計算法；模型參考自適應(MRAS )法；轉子磁鏈角速度計算法。其中感應電動勢計算法和轉子磁鏈角速度計算法是基於電機數學模型來計算轉速，屬於開環計算轉速，轉速計算的精確度容易受到干擾，而定子電流轉矩分量誤差補償法與MRAS法是基於閉環控製作用構造轉速，可以抑制這種干擾。定子電流轉矩分量誤差補償法結構簡單，已在一些變頻器產品中得到應用，但所產生的動態轉速準確性欠佳。 MRAS法則基於轉子磁鏈觀測電壓模型與電流模型構造轉速辨識模型，算法簡單，能實時跟踪電機轉速變化。在此結合應用SVPWM技術構建了轉子磁場定向無速度傳感器矢量控制系統，採用MRAS法得到轉子轉速辨識模型，對速度進行估算。利用Matlab／Simulink對系統進行仿真，以驗證所設計的控制系統的性能。

l 異步電機轉子磁鍊及轉子轉速的估算
1．1 轉子磁鏈的估算
在轉子磁場定向異步電機元速度傳感器矢量控制系統中，轉子磁鏈難以直接測量。實際採用的是其觀測值，只有當觀測值與實際值相等時，才能達到矢量控制的有效性。因此，準確的獲得轉子磁鏈值是實現矢量控制的關鍵。
按轉子磁場定向異步電機數學模型可推導出磁鏈的計算公式如下(推導過程略)，其中磁鏈的估算包括其幅值和角度。

式中：ψr為轉子磁鏈；ωs為轉差角速度；ωr為轉子轉速；isd，isq為定子d，q軸電流；Tr為轉子時間常數，Tr=Lr／Rr，Lm為定轉子互感；Lr為轉子電感；Rr為轉子電阻；θ為磁鏈角度，P=du／dt。
1．2 轉子轉速的估算
採用MRAS方法對轉子轉速進行估計。基本思想是：在異步電機兩相靜止坐標系下，以不含有轉速變量的轉子磁鏈觀測電壓模型為參考模型，含有轉速變量的轉子磁鏈觀測電流模型為可調模型，利用波波夫超穩定性理論設計自適應辨識規律，從而實現對轉子轉速進行估計。異步電機兩相靜止α，β坐標系下轉子磁鏈觀測模型如下兩式所示：

式(2)不含有轉速變量，作為參考模型，式(3)含有轉速變量作為可調模型。在設計模型參考自適應律時，將電流模型轉速變量看成常數作為參考模型，式(3)作為並聯估計模型：從而得到誤差方程：

依據波波夫超穩定性理論求解穩態誤差，設計出比例加積分的自適應律為：

式中：ki，kp為可調係數；ω0為給定估算轉速初值，可以任意給定，取ω0=0。至此，構建出基於模型參考自適應方法的轉速辨識模型。

2 仿真模型的建立異步電機無速度傳感器矢量控制系統如圖1所示，主要包括三相異步電機模塊，SVPWM模塊，PI模塊，坐標變換模塊，轉子磁鏈估算模塊，轉子轉速估算模塊，逆變器模塊等。該系統主電路採用SVPWM調製逆變器，控制電路中，給定轉速與估算轉速經過速度調節器得到轉矩，與估算磁鏈值計算得到電流isq，經過電流調節器，再經過PARK逆變換得到兩相靜止電壓，經過SVPWM調製，控制逆變器電壓輸出，進而控制三相異步電機。 SVPwM控制的基本思想是將電機與逆變器看成一個整體，最終在電機內部形成圓形磁場，以達到更好的控制效果，SVPWM控制的仿真模型如圖2所示。

異步電機轉子磁鏈依據式(1)估算，仿真模型如圖3所示。異步電機轉子轉速估算模型如圖4所示，依據轉子磁鏈觀測電壓模型與電流模型，採用MRAS法辨識。在仿真調試過程中，加入一階傳函近似為低通濾波器，對輸出估算轉速進行處理。仿真結果有明顯的改善。

3 仿真结果分析
无速度传感器矢量控制仿真系统所采用电机的参数为：Pn=2．2 kW，Rs=O．435Ω，Rr=O．816Ω，Lm=0．0693H，L1s=L1r=0．002H，转动惯量J=O．02kg·m2，极对数 Np=1。电机空载运行，初始给定速度为120 rad／s，当t=O．5s时，改变速度为60 rad／s。在启动时，当t=O.1-2s时，转子转速就达到了稳定，当给定速度在t=O．5s时发生变化，转速输出在t=O．56s时再次达到稳定，仿真结果如图5所示。

從仿真結果圖可以看出該系統具有良好的動態性能，能實時跟踪電機實際速度的變化。

4 結語
基於MRAS方法構建異步電機轉子轉速辨識模型，與SVPWM技術相結合，在Matlab／Sireulink環境下設計出異步電機無速度傳感器矢量控制系統。通過計算機仿真，驗證了該系統能夠實時辨識電機轉速，具有良好的動態性能，對實際工程應用的實現具有一定的理論指導意義。但在電機的實際運行過程中，電機參數會隨著運行環境的變化而發生改變，這時電機轉子磁鏈與速度的估算就會不准確，因而在對實際系統的應用研究中，有必要對轉子電阻進行在線辨識，從而準確估算出轉子磁鏈與轉速。為了提高無速度傳感器控制系統的性能，對電機參數進行實時辨識是今後研究的一個方向。

機床知識

2010-09-29T22:24:00.000+08:00

機床是將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是製造機器的機器，所以又稱為”工作母機”或”工具機”，習慣上簡稱機床。現代機械製造中加工機械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等，但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件，一般都需在機床上用切削的方法進行最終加工。在一般的機器製造中，機床所擔負的加工工作量佔機器總製造工作量的40％-60％，機床在國民經濟現代化的建設中起著重大作用。
(一)普通機床 1、車床

車床是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鑽頭、擴孔鑽、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用於加工軸、盤、套和其他具有迴轉表面的工件，是機械製造和修配工廠中使用最廣的一類機床。
1.1 古代滑輪、弓形桿的“弓車床”早在古埃及時代，人們已經發明了將木材繞著它的中心軸旋轉時用刀具進行車削的技術。起初，人們是用兩根立木作為支架，架起要車削的木材，利用樹枝的彈力把繩索捲到木材上，靠手拉或腳踏拉動繩子轉動木材，並手持刀具而進行切削。

這種古老的方法逐漸演化，發展成了在滑輪上繞二三圈繩子，繩子架在彎成弓形的彈性桿上，來回推拉弓使加工物體旋轉從而進行車削，這便是“弓車床”。

1.2 中世紀曲軸、飛輪傳動的“腳踏車床”到了中世紀，有人設計出了用腳踏板旋轉曲軸並帶動飛輪，再傳動到主軸使其旋轉的“腳踏車床”。 16世紀中葉，法國有一個叫貝鬆的設計師設計了一種用螺絲槓使刀具滑動的車螺絲用的車床，可惜的是，這種車床並沒有推廣使用。

　　1.3 十八世紀誕生了床頭箱、卡盤時間到了18世紀，又有人設計了一種用腳踏板和連桿旋轉曲軸，可以把轉動動能貯存在飛輪上的車床上，並從直接旋轉工件發展到了旋轉床頭箱，床頭箱是一個用於夾持工件的卡盤。

1.4 英國人莫茲利發明了刀架車床（1797年）在發明車床的故事中，最引人注目的是一個名叫莫茲利的英國人，因為他於1797年發明了劃時代的刀架車床，這種車床帶有精密的導螺桿和可互換的齒輪。

　　莫茲利生於1771年，18歲的時候，他是發明家布拉默的得力助手。據說，布拉默原先一直是乾農活的，16歲那年因一次事故致使右踝傷殘，才不得不改行從事機動性不強的木工活。他的第一項發明便是1778年的抽水馬桶，莫茲利開始一直幫助布拉默設計水壓機和其他機械，直到26歲才離開布拉默，因為布拉默粗暴地拒絕了莫利茲提出的把工資增加到每週30先令以上的請求。

就在莫茲利離開布拉默的那一年，他製成了第一台螺紋車床，這是一台全金屬的車床，能夠沿著兩根平行導軌移動的刀具座和尾座。導軌的導向面是三角形的，在主軸旋轉時帶動絲槓使刀具架橫向移動。這是近代車床所具有的主要機構，用這種車床可以車製任意節距的精密金屬螺絲。

3年以後，莫茲利在他自己的車間裡製造了一台更加完善的車床，上面的齒輪可以互相更換，可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。 1817年，另一位英國人羅伯茨採用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。不久，更大型的車床也問世了，為蒸汽機和其他機械的發明立下了汗馬功勞。

1.5 各種專用車床的誕生為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發明轉塔車床；1848年，美國又出現回輪車床；1873年，美國的斯潘塞製成一台單軸自動車床，不久他又製成三軸自動車床；20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。由於高速工具鋼的發明和電動機的應用，車床不斷完善，終於達到了高速度和高精度的現代水平。

第一次世界大戰後，由於軍火、汽車和其他機械工業的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發展。為了提高小批量工件的生產率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發展。 50年代中，發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數控技術於60年代開始用於車床，70年代後得到迅速發展。

1.6 車床的分類車床依用途和功能區分為多種類型。

　　普通車床的加工對象廣，主軸轉速和進給量的調整範圍大，能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人手工操作，生產效率低，適用於單件、小批生產和修配車間。

轉塔車床和迴轉車床具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用於成批生產。

自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工，能自動上下料，重複加工一批同樣的工件，適用於大批、大量生產。

多刀半自動車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的佈局形式與普通車床相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前後或上下，用於加工盤、環和軸類工件，其生產率比普通車床提高3～5倍。

仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動完成工件的加工循環，適用於形狀較複雜的工件的小批和成批生產，生產率比普通車床高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型。

立式車床的主軸垂直於水平面，工件裝夾在水平的迴轉工作台上，刀架在橫梁或立柱上移動。適用於加工較大、較重、難於在普通車床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。

鏟齒車床在車削的同時，刀架週期地作徑嚮往復運動，用於鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。

專門車床是用於加工某類工件的特定表面的車床，如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。

聯合車床主要用於車削加工，但附加一些特殊部件和附件後，還可進行鏜、銑、鑽、插、磨等加工，具有“一機多能”的特點，適用於工程車、船舶或移動修理站上的修配工作。
2、高性能矢量控制

　　3、轉矩動態響應快、穩速精度高

　　4、減速停車速度快

　　5、抗干擾能力強
2、鏜床

工場手工業雖然是相對落後的，但是它卻訓練和造就了許許多多的技工，他們儘管不是專
門製造機器的行家里手，但他們卻能製造各種各樣的手工器具，例如刀、鋸、針、鑽、錐、磨以及軸類、套類、齒輪類、床架類等等，其實機器就是由這些零部件組裝而成的。

2.1 最早的鏜床設計者——達·芬奇鏜床被稱為“機械之母”。說起鏜床，還先得說說達·芬奇。這位傳奇式的人物，可能就是最早用於金屬加工的鏜床的設計者。他設計的鏜床是以水力或腳踏板作為動力，鏜削的工具緊貼著工件旋轉，工件則固定在用起重機帶動的移動台上。 1540年，另一位畫家畫了一幅《火工術》的畫，也有同樣的鏜床圖，那時的鏜床專門用來對中空鑄件進行精加工。

2.2 為大砲炮筒加工而誕生的第一台鏜床（威爾金森，1775年）到了17世紀，由於軍事上的需要，大砲製造業的發展十分迅速，如何製造出大砲的砲筒成了人們亟需解決的一大難題。

世界上第一台真正的鏜床是1775年由威爾金森發明的。其實，確切地說，威爾金森的鏜床是一種能夠精密地加工大砲的鑽孔機，它是一種空心圓筒形鏜桿，兩端都安裝在軸承上。

1728年，威爾金森出生在美國，在他20歲時，遷到斯塔福德郡，建造了比爾斯頓的第一座煉鐵爐。因此，人稱威爾金森為“斯塔福德郡的鐵匠大師”。 1775年，47歲的威爾金森在他父親的工廠裡經過不斷努力，終於製造出了這種能以罕見的精度鑽大砲炮筒的新機器。有意思的是，1808年威爾金森去世以後，他就葬在自己設計的鑄鐵棺內。

2.3 鏜床為瓦特的蒸汽機做出了重要貢獻如果說沒有蒸汽機的話，當時就不可能出現第一次工業革命的浪潮。而蒸汽機自身的發展和應用，除了必要的社會機遇之外，技術上的一些前提條件也是不可忽視的，因為製造蒸汽機的零部件，遠不像木匠削木頭那麼容易，要把金屬製成一些特殊形狀，而且加工的精度要求又高，沒有相應的技術設備是做不到的。比如說，製造蒸汽機的汽缸和活塞，活塞製造過程中所要求的外徑的精度，可以從外面邊量尺寸邊進行切削，但要滿足汽缸內徑的精度要求，採用一般加工方法就不容易做到了。

斯密頓是十八世紀最優秀的機械技師。斯密頓設計的水車、風車設備達43件之多。在製作蒸汽機時，斯密頓最感棘手的是加工汽缸。要想將一個大型的汽缸內圓加工成圓形，是相當困難的。為此，斯密頓在卡倫鐵工廠製作了一台切削汽缸內圓用的特殊機床。用水車作動力驅動的這種鏜床，在其長軸的前端安裝上刀具，這種刀具可以在汽缸內轉動，以此就可以加工其內圓。由於刀具安裝在長軸的前端，就會出現軸的撓度等問題，所以，要想加工出真正圓形的汽缸是十分困難的。為此，斯密頓不得不多次改變汽缸的位置進行加工。

對於這個難題，威爾金森於1774年發明的鏜床起了很大的作用。這種鏜床利用水輪使材料圓筒旋轉，並使其對準中心固定的刀具推進，由於刀具與材料之間有相對運動，材料就被鏜出精確度很高的圓柱形孔洞。當時、用鏜床做出直徑為72英寸的汽缸，誤差不超過六便士硬幣的厚度。用現代技術衡量，這是個很大的誤差，但在當時的條件下，能達到這個水平，已經是很不簡單了。

但是，威爾金森的這項發明沒有申請專利保護，人們紛紛仿造它，安裝它。 1802年，瓦特也在書中談到了威爾金森的這項發明，並在他的索霍鐵工廠裡進行仿製。以後，瓦特在製造蒸汽機的汽缸和活塞時，也應用了威爾金森這架神奇的機器。原來，對活塞來說，可以在外面一邊量著尺寸，一邊進行切削，但對汽缸就不那麼簡單了，非用鏜床不可。當時，瓦特就是利用水輪使金屬圓筒旋轉，讓中心固定的刀具向前推進，用以切削圓筒內部，結果，直徑75英寸的汽缸，誤差還不到一個硬幣的厚度，這在當對是很先進的了。

2.4 工作台升降式鏜床誕生（赫頓，1885年）在以後的幾十年間，人們對威爾金森的鏜床作了許多改進。 1885年，英國的赫頓製造了工作台升降式鏜床，這已成為了現代鏜床的雛型。
3、銑床

19世紀，英國人為了蒸汽機等工業革命的需要發明了鏜床、刨床，而美國人為了生產大量的武器，則專心致志於銑床的發明。銑床是一種帶有形狀各異銑刀的機器，它可以切削出特殊形狀的工件，如螺旋槽、齒輪形等。

早在1664年，英國科學家胡克就依靠旋轉圓形刀具製造出了一種用於切削的機器，這可算是原始的銑床了，但那時社會對此沒有做出熱情的反響。在十九世紀四十年代，普拉特設計了所謂林肯銑床。當然，真正確立銑床在機器製造中地位的，要算美國人惠特尼了。

3.1 第一台普通銑床（惠特尼，1818年）1818年，惠特尼製造了世界上第一台普通銑床，但是，銑床的專利卻是英國的博德默（帶有送刀裝置的龍門刨床的發明者）於1839年捷足先“得”的。由於銑床造價太高，所以當時問津者不多。

　　3.2 第一台萬能銑床（布朗，1862年）銑床沉默一段時間後，又在美國活躍起來。相比之下，惠特尼和普拉特還只能說是為銑床的發明應用做了奠基性的工作，真正發明能適用於工廠各種操作的銑床的功績應該歸屬美國工程師約瑟夫·布朗。

1862年，美國的布朗製造出了世界上最早的萬能銑床，這種銑床在備有萬有分度盤和綜合銑刀方面是劃時代的創舉。萬能銑床的工作台能在水平方向旋轉一定的角度，並帶有立銑頭等附件。他設計的“萬能銑床”在1867年巴黎博覽會上展出時，獲得了極大的成功。同時，布朗還設計了一種經過研磨也不會變形的成形銑刀，接著還製造了磨銑刀的研磨機，使銑床達到了現在這樣的水平。
4、刨床

在發明過程中，許多事情往往是相輔相承、環環相扣的：為了製造蒸汽機，需要鏜床相助；蒸汽機發明發後，從工藝要求上又開始呼喚龍門刨床了。可以說，正是蒸汽機的發明，導致了“工作母機”從鏜床、車床向龍門刨床的設計發展。其實，刨床就是一種刨金屬的“刨子”。

4.1 加工大平面的龍門刨床（1839年）由於蒸汽機閥座的平面加工需要，從19世紀初開始，很多技術人員開始了這方面的研究，其中有理查德·羅伯特、理查德· 普拉特、詹姆斯·福克斯以及約瑟夫·克萊門特等，他們從1814年開始，在25年的時間內各自獨立地製造出了龍門刨床。這種龍門刨床是把加工物件固定在往返平台上，刨刀切削加工物的一面。但是，這種刨床還沒有送刀裝置，正處在從“工具”向“機械”的轉化過程之中。到了1839年，英國一個名叫博德默的人終於設計出了具有送刀裝置的龍門刨床。

　　4.2 加工小平面的牛頭刨床另一位英國人內史密斯從1831年起的40年內發明製造了加工小平面的牛頭刨床，它可以把加工物體固定在床身上，而刀具作往返運動。

此後，由於工具的改進、電動機的出現，龍門刨床一方面朝高速切割、高精度方向發展，另一方面朝大型化方向發展。
5、磨床

磨削是人類自古以來就知道的一種古老技術，舊石器時代，磨製石器用的就是這種技術。以後，隨著金屬器具的使用，促進了研磨技術的發展。但是，設計出名副其實的磨削機械還是近代的事情，即使在19世紀初期，人們依然是通過旋轉天然磨石，讓它接觸加工物體進行磨削加工的。

5.1 第一台磨床（1864年）1864年，美國製成了世界上第一台磨床，這是在車床的溜板刀架上裝上砂輪，並且使它具有自動傳送的一種裝置。過了12年以後，美國的布朗發明了接近現代磨床的萬能磨床。

5.2 人造磨石——砂輪的誕生（1892年）人造磨石的需求也隨之興起。如何研製出比天然磨石更耐磨的磨石呢？ 1892年，美國人艾奇遜試製成功了用焦炭和砂製成的碳化矽，這是一種現稱為C磨料的人造磨石；兩年以後，以氧化鋁為主要成份的A磨料又試制成功，這樣，磨床便得到了更廣泛的應用。

以後，由於軸承、導軌部分的進一步改進，磨床的精度越來越高，並且向專業化方向發展，出現了內圓磨床、平面磨床、滾磨床、齒輪磨床、萬能磨床等等。
6、鑽床

6.1 古代鑽床——“弓轆轤”鑽孔技術有著久遠的歷史。考古學家現已發現，公元前4000年，人類就發明了打孔用的裝置。古人在兩根立柱上架個橫梁，再從橫樑上向下懸掛一個能夠旋轉的錐子，然後用弓弦纏繞帶動錐子旋轉，這樣就能在木頭石塊上打孔了。不久，人們還設計出了稱為“轆轤”的打孔用具，它也是利用有彈性的弓弦，使得錐子旋轉。

6.2 第一台鑽床（惠特沃斯，1862年）到了1850年前後，德國人馬蒂格諾尼最早製成了用於金屬打孔的麻花鑽；1862年在英國倫敦召開的國際博覽會上，英國人惠特沃斯展出了由動力驅動的鑄鐵櫃架的鑽床，這便成了近代鑽床的雛形。

　　以後，各種鑽床接連出現，有搖臂鑽床、備有自動進刀機構的鑽床、能一次同時打多個孔的多軸鑽床等。由於工具材料和鑽頭的改進，加上採用了電動機，大型的高性能的鑽床終於製造出來了。

（二）機床的技術經濟指標　　

用來製造機器零件的設備通稱為金屬切削機床，簡稱機床。

機床本身質量的優劣，直接影響所造機器的質量。衡量一台機床的質量是多方面的，但主要是要求工藝性好，系列化、通用化、標準化程度高，結構簡單，重量輕，工作可靠，生產率高等。具體指標如下：
1. 工藝的可能性

　　

工藝的可能性是指機床適應不同生產要求的能力。通用機床可以完成一定尺寸範圍內各種零件多工序加工，工藝的可能性較寬，因而結構相對複雜，適應於單件小批生產。專用機床只能完成一個或幾個零件的特定工序，其工藝的可能性較窄，適用於大批量生產，可以提高生產率，保證加工質量，簡化機床結構，降低機床成本。
2. 加工精度和表面粗糙度

要保證被加工零件的精度和表面粗糙度，機床本身必須具備一定的幾何精度、運動精度、傳動精度和動態精度。

（1）幾何精度、運動精度、傳動精度屬於靜態精度

幾何精度是指機床在不運轉時部件間相互位置精度和主要零件的形狀精度、位置精度。機床的幾何精度對加工精度有重要的影響，因此是評定機床精度的主要指標。

運動精度是指機床在以工作速度運轉時主要零部件的幾何位置精度，幾何位置的變化量越大，運動精度越低。

傳動精度是指機床傳動鏈各末端執行件之間運動的協調性和均勻性。

（2）以上三種精度指標都是在空載條件下檢測的，為全面反映機床的性能，必須要求機床有一定的動態精度和溫升作用下主要零部件的形狀、位置精度。影響動態精度的主要因素有機床的剛度、抗振性和熱變形等。

機床的剛度指機床在外力作用下抵抗變形的能力，機床的剛度越大，動態精度越高。機床的剛度包括機床構件本身的剛度和構件之間的接觸剛度。機床構件本身的剛度主要取決於構件本身的材料性質、截面形狀、大小等。構件之間的接觸剛度不僅與接觸材料、接觸面的幾何尺寸和硬度有關，而且還與接觸面的表面粗糙度、幾何精度、加工方法、接觸面介質、預壓力等因素有關。

機床上出現的振動，可分為受迫振動和自激振動。自激振動是在不受任何外力、激振力干擾的情況下，由切削過程內部產生的持續振動。在激振力的持續作用下，系統被迫引起的振動為受迫振動。

機床的抗震性和機床的剛度、阻尼特性、固有頻率有關。由於機床的各個零部件熱膨脹係數不同，因而造成了機床各部分不同的變形和相對位移，這種現象叫機床的熱變形。由於熱變形而產生的誤差最大可佔全部誤差的70%。

對於機床的動態精度，目前尚無統一標準，主要通過切削加工典型零件所達到的精度間接的對機床動態精度作出綜合的評價。
（三）機床的分類

金屬切削機床可按不同的分類方法劃分為多種類型。

按加工方式或加工對象可分為車床、鑽床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、花鍵加工機床、銑床、刨床、插床、拉床、特種加工機床、鋸床和刻線機等。每類中又按其結構或加工對象分為若干組，每組中又分為若干型。

按工件大小和機床重量可分為儀表機床、中小型機床、大型機床、重型機床和超重型機床。

按加工精度可分為普通精度機床、精密機床和高精度機床。

按自動化程度可分為手動操作機床、半自動機床和自動機床。

按機床的自動控制方式，可分為仿形機床、程序控制機床、數字控制機床、適應控制機床、加工中心和柔性製造系統。

按機床的適用範圍，又可分為通用、專門化和專用機床。

專用機床中有一種以標準的通用部件為基礎，配以少量按工件特定形狀或加工工藝設計的專用部件組成的自動或半自動機床，稱為組合機床。

對一種或幾種零件的加工，按工序先後安排一系列機床，並配以自動上下料裝置和機床與機床間的工件自動傳遞裝置，這樣組成的一列機床群稱為切削加工自動生產線。

柔性製造系統是由一組數字控制機床和其他自動化工藝裝備組成的，用電子計算機控制，可自動地加工有不同工序的工件，能適應多品種生產。
（四）機床的組成　　

各類機床通常由下列基本部分組成：支承部件，用於安裝和支承其他部件和工件，承受其重量和切削力，如床身和立柱等；變速機構，用於改變主運動的速度；進給機構，用於改變進給量；主軸箱用以安裝機床主軸；刀架、刀庫；控制和操縱系統；潤滑系統；冷卻系統。

機床附屬裝置包括機床上下料裝置、機械手、工業機器人等機床附加裝置，以及卡盤、吸盤彈簧夾頭、虎鉗、迴轉工作台和分度頭等機床附件。

（五）機床的型號編制　　

GB/T15375-94和GB/T15375-2008兩種命名標準要進行對比學習，不要混淆

1. GB/T15375-94《金屬切削機床型號編制方法》

主要掌握（1）機床類別的代號（2）機床特性代號（3）機床主參數的代號（4）機床型號的順序。

　　對書上的例題要重點掌握。

2. GB/T15375-2008《金屬切削機床型號編制方法》

主要掌握（1）機床類別的代號（2）機床通用特性代號（3）機床的組、系代號和主參數的表示方法。

凹版雕刻機選購

2010-09-29T22:19:00.000+08:00

凹版電子雕刻機是一種現代化製作凹版的設備，它是由電子、光學與機械等方面的高新技術所組成的利用電子與光學原理，通過機械等物理方法進行製版，把原稿陽圖片或平印用網目陽圖片，經由全自動的電子掃描、階調控制及雕刻系統，直接在印版滾筒上雕刻出與原稿相對應的網孔來。現代凹版電子雕刻機的雕刻系統有機械式(金剛石雕刻)、激光式(二氧化碳激光)和電子束雕刻等三種。這三種方式的電子雕刻機，前端處理沒有多大的區別，僅是雕刻的執行機構不同。目前市場上應用較多的是機械式電子雕刻機和激光雕刻機。

主要參數

一、幅面大小的選擇

客戶應根據業務的需求和資金狀況，選擇適合自己的雕刻機的型號及其功率的大小。一般小幅面的雕刻機有600mm×600mm和600mm×900mm，進料寬度是700mm。雕刻雙色板是小幅面雕刻機最基本的應用，接納性很好。再小一點的雕刻機價格與其相差不多，但雕刻雙色板時要裁板，比較麻煩而且造成不必要的浪費。大幅面的雕刻機有 1200mm×1200mm、200mm×1500mm、1500mm×2400mm、2400mm×3000mm，以上機型的雕刻機進料寬度都超過 1350mm，現在市面上的有機玻璃和PVC板的尺寸都是1300mm× 2400mm，所以這幾款機型對需求大幅面雕刻機的客戶比較適合。

二、主軸電機

主軸電機是電腦雕刻機的重要組成部件，其性能對電腦雕刻機整機的性能有著至關重要的影響。加工主軸通常分為兩類：精密加工主軸和大功率切斷主軸。

1、精細加工主軸的特點是低噪音、高轉速、高度，適合加工特別精細的工件，如印章、銘牌、胸牌禮品等。此類電機通常為高速變頻電機，功率較小，一般在250W以下。缺點是切斷厚的材料的能力較差，不合切斷較厚的材料。

2、大功率切斷主軸，主要用於切斷、大功率刻，特點是功率大，切割能力強，特別適合割宇、三立體字，當然也可以製作胸牌、銘牌、印章等。此類大功率主軸根據電機的特性一般可分為無刷頻高速交流電機和有刷交流電機，其主要區別是：

A、無刷變頻電機轉速高，變速範圍為7000~60000轉/分鐘，而一般有刷交流電機最高轉速不超24000轉/分鐘;

B、無刷變頻電機旋轉精度高，磨損小，噪音低，作噪音大大低於有刷交流電機;

C、無刷變頻電機堵轉特性好，由於變頻器上有特定的限流電路，短時間的堵轉不會燒毀電機，而有刷交流機在超負荷運轉或堵轉時會很快冒煙燒毀，且不可修復;

D、無刷變頻電機採用變頻控制技術調速，是專業級產品，壽命長，廠家提供1年免費包換，以後還可以通過更換高速軸承對電機進行維護，而有刷交流電機由於使用電札壽命大約在300小時就得更換馬達或電機碳刷，所以碳刷交流電機通常一天也不保修。

三、控制方式和速度的選擇

控制方式現在可分為三種：

A、所有的運算工作有電腦控製完成，雕刻機在工作時電腦處於工作狀態，無法進行其它的排版工作，這樣可能固電腦的誤操作而造成廢品。
採用單片機的控制，這種控制器可以在雕刻機工作的同時進行排版，但不能關閉電腦，這實際上相當於節餘一台電腦，並減少了電腦的誤操作而造成的廢品。

C、採用USB口傳輸數據，系統有著32M以上的內存容量。只要保存完文件，就可以馬上完全脫離電腦、關閉電腦或進行其它排版。這種方式大大提高了雕刻機的工作效率。

四、導軌

大幅面雕刻機一定要採用加寬的進口的方型導軌，其負載能力和精度保持能力是圓型導軌的30倍以上，保證了雕刻機的高質高速。

五、精度

小幅面機雕刻1mm漢字，或大幅面雕刻機刻1.5mm小字，在放大鏡下都要看得非常清晰。

建築電氣設計容易疏漏的問題

2010-09-29T22:07:00.001+08:00

與樓控(BA)設備供應商配合時需注意的若干問題：
a)變送器的接線方式和技術參數。例如電流變送器接於CT二次側時，鬚根據CT的接線方式來決定選用D接或Y接的電流變送器。
b)樓控(BA)系統執行機構並非全都是超低壓的(24V)。有些產品的較大功率執行機構如大口徑閥門驅動器等是220V的。
c)樓控(BA)系統輸出給受控設備控制箱的DO控制信號，有有源和無源兩種。當DO信號為無源幹接點時，其信號線路須與其他的超低壓DO、AO、DI、AI信號線路分開單獨敷設。
風機盤管的接線主要涉及三者：風機盤管電機、三速開關加溫控器(獨立式)、風機盤管電動閥。電機接線不會出現問題，需要注意的是後兩者的接線。

1.三速開關加溫控器接線方式數量要根據具體產品而定，不可盲目照搬施工圖集。例如帶熱量預感器時，需要接入N線;而具有插卡功能的數字式三速開關加溫控器，其接線數量超過10根。
2.風機盤管電動閥從動做方式上分有兩大類：彈簧復位式和電動正反轉式。前者只接三根線：控制線、N線、PE線，通電狀態打開，斷電關閉 (以兩通閥為例)。後者接四根線：開控制線、關控制線、N線(或公共線)、PE線，只有在改變閥門開關位置時才需要通電。從節能和運行壽命考慮，電動正反轉式電動閥更為優越。
在工程設計中，經常會用到軟啟動器,變頻器等可控矽裝置，半導體器件本身的物理特性決定了其短路耐受時間極短，採用普通空氣斷路器無法滿足其對短路分斷時間的要求，宜採用半導體快速熔斷器保護。
各軟啟動器、變頻器生產廠家的技術資料中，一般均給出其對應的半導體快速熔斷器具體型號，但進口產品價格昂貴。
低壓配電系統容易混淆的兩個詞：
級聯：通過合理的配置上下級斷路器，達到利用上級斷路器來增強下級斷路器的分斷能力的目的。
級連：全稱為級間選擇性連鎖(ZSI)，指通過各級斷路器脫扣裝置間的信號通訊(一般採用帶通訊模塊的電子式脫扣器)，達到保證系統短路保護選擇性的目的。
關於微型斷路器(MCB)的非常規使用：
1.普通(非專用)微型斷路器應用於直流系統保護(或其他非50-60Hz系統)時，其電磁脫扣動作電流須乘以修正係數，該係數並非常數，而是因開關而異。以直流系統為例，ABB公司的S250系列的修正係數為1.5;Schneider公司的C65H系列的修正係數為 1.38,NC100H系列的修正係數為1.42。
2.蓄電池供電的、可控矽整流供電的和電動機-直流發電機組供電的直流系統，其短路電流差別較大，使用普通(非專用)微型斷路器時，須注意其分斷能力。
3.直流專用型微型斷路器通常都標有極性(其短路分斷能力是有方向性的)，宜在圖紙中或交底時提請注意。
4.普通(非專用)微型斷路器應用於交流安全超低壓系統(低於50V)時，宜進行短路電流靈敏度校驗，所選微型斷路器額定電流不宜過大。
需注意變、配、輸電裝置的外殼防護等級會直接影響該裝置的電氣參數。例如變壓器的外殼防護等級高於IP20時，須降容使用。
    在高壓負荷開關櫃中，經常會用到負荷開關加熔斷器，此時應注意高壓負荷開關允許的的轉移電流值須大於熔斷器的最大轉移電流計算值。
在TN系統中，經常採用過電流保護兼作接地故障保護。當配電線路較長(或其他原因造成線路阻抗較高)，單相接地故障電流小於斷路器過電流整定值時，需考慮增加零序或漏電保護。
對《民用建築電氣設計規範》第8.6.3.5條的理解.
    消防泵等消防設備平時(非消防狀態)需要定期巡檢試車,此時應有過負荷保護,以避免不必要的損失.
在其二次控制迴路中，如是單台消防設備，則在熱過載繼電器長閉觸點兩端並聯消防控制信號(等於在消防狀態下熱過載繼電器不切斷主接觸器)，熱過載繼電器常開觸點用於報警;如是兩台或多台消防設備成組設置，一用一備或幾用一備，應考慮保留熱過載繼電器全部功能，以便在電機過載時，能及時自動投入備用設備。
在設計中，有時會遇到低壓櫃中配出小負荷迴路的問題(特別是變配電室低壓櫃)，例如消防控制中心電源、直流屏電源、人防電源等。
由於微型斷路器(MCB)的額定分斷能力一般小於10KA(高分斷能力的MCB價格極為昂貴),因此在低壓櫃中如必須使用微型斷路器時，需要對MCB下口發生的短路電流作出計算。如微型斷路器(MCB)的額定分斷能力不能滿足要求，須採取措施(如加裝熔斷器等)。一般情況下應避免在低壓櫃中使用微型斷路器。
在我們設計高層公用建築時，有時會遇到存在大量標準層的現象(幾層甚至幾十層建築平面完全一樣或相似)，在這種情況下尤其要注意照明配電幹線(或其他存在大量單相負荷的配電幹線)的三相平衡問題。
以每層照明配電總箱為例，在系統圖設計中，我們肯定會盡量配平三相，但也幾乎可以肯定各相所帶負荷不會絕對相等，總會存在少量的不平衡現象。這種少量的不平衡會因為是標準層而被大量的重複和累加，最後有可能在變電室低壓櫃的照明配電幹線上，看到嚴重的三相不平衡現象。
解決這個問題很容易，只需要將接線相序逐層輪換，每三層為一個循環即可。
    關於低壓最大供電半徑問題：
在工程設計中，我發現有不少人存在一提起低壓最大供電半徑，就想到線路電壓損失，而忽視線路保護裝置靈敏度的現象。由於目前大部分民用用電設備對電壓質量的適應範圍越來越寬，因此電壓偏移所造成的後果遠不如保護裝置拒動作所造成的危害。
1.採用過電流保護兼做接地故障保護，這個問題我在以前提到過，這次提供一些具體數據，以引起大家注意。

以常用的1600KVA變壓器(D/Y11)為例：當配出電纜為3x240+2x120,保護斷路器過負荷定值為350A時，滿足保護裝置接地故障靈敏度的最大供電半徑為90米;當配出電纜為3x35+2x16,保護斷路器過負荷整定值為100A時，滿足保護裝置接地故障靈敏度的最大供電半徑僅為70 米。隨變壓器容量降低，滿足保護裝置接地故障靈敏度的最大供電半徑也相應減小。 2.按斷路器單相短路靈敏度確定的低壓最大供電半徑，大家可以查到相關的資料或自己計算，一般都是按四芯等截面電纜滿載和斷路器瞬動、短延時動作電流為4-6倍過負荷整定值。但是在這一問題上有一個比較特殊的地方，就是電動機配電保護和電動機Y/D啟動。電動機配電保護斷路器瞬動、短延時動作電流為 12-14倍過負荷整定值;而電動機在Y/D啟動方式下，由於接至電動機的6根導線(除PE線外)內流過的是相電流，往往會因此減小導線截面，造成短路阻抗增加。
以1600KVA變壓器(D/Y11)為例：55KW電機直接啟動，電動機配電保護斷路器整定值160A,熱繼電器整定值120A，使用 3x70+1x35電纜時，滿足斷路器單相短路靈敏度的最大供電半徑為90米;55KW電機Y/D啟動，電動機配電保護斷路器整定值160A,熱繼電器整定值70A，使用兩根3x35+1x16和3x35電纜時，滿足斷路器單相短路靈敏度的最大供電半徑僅為40米。
3.順便說一下，滿足上述兩種靈敏度條件的線路肯定滿足電壓損失條件。

變頻器概述

2010-09-29T22:00:00.000+08:00

變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對於如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。

變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。 20世紀60年代以後，電力電子器件經歷了SCR(晶閘管)、GTO(門極可關斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應管)、SIT(靜電感應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術的不斷發展。 20世紀70年代開始，脈寬調製變壓變頻(PWM－VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。 20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優化問題吸引著人們的濃厚興趣，並得出諸多優化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。 20世紀80年代後半期開始，美、日、德、英等發達國家的VVVF變頻器已投入市場並獲得了廣泛應用。

變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、 PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

VVVF：改變電壓、改變頻率CVCF：恆電壓、恆頻率。各國使用的交流供電電源，無論是用於家庭還是用於工廠，其電壓和頻率均為 400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz)，等等。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC)。

用於電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。

變頻器的工作原理

我們知道，交流電動機的同步轉速表達式位：

n＝60f(1－s)/p(1)

式中

n———異步電動機的轉速；

f———異步電動機的頻率；

s———電動機轉差率；

p———電動機極對數。

由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的範圍內變化時，電動機轉速調節範圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。
變頻器控制方式
        通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都採用交—直—交電路。其控制方式經歷了以下四代。
1U/f=C的正弦脈寬調製(SPWM)控制方式
其特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由於輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控製曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。
    2電壓空間矢量(SVPWM)控制方式
它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調製波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用後又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。
    矢量控制(VC)方式
矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流 Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當於直流電動機的勵磁電流；It1相當於與轉矩成正比的電樞電流)，然後模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然後分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由於轉子磁鏈難以準確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控製過程中所用矢量旋轉變換較複雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。
    直接轉矩控制(DTC)方式
1985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，並以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鍊和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多複雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。
    矩陣式交—交控制方式
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。
其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應運而生。由於矩陣式交—交變頻省去了中間直流環節，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流、磁鍊等量，而是把轉矩直接作為被控制量來實現的。具體方法是：
——控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現無速度傳感器方式；
——自動識別(ID)依靠精確的電機數學模型，對電機參數自動識別；
——算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉矩、定子磁鏈、轉子速度進行實時控制；
——實現Band—Band控制按磁鍊和轉矩的Band—Band控制產生PWM信號，對逆變器開關狀態進行控制。
矩陣式交—交變頻具有快速的轉矩響應(<2ms)，很高的速度精度(±2％，無PG反饋)，高轉矩精度(<＋3％)；同時還具有較高的起動轉矩及高轉矩精度，尤其在低速時(包括0速度時)，可輸出150％～200％轉矩。

變頻器的失速防止功能

2010-09-29T21:52:00.002+08:00

1、加速過程中：（1）加速時間若預置的過短，容易因過電流而跳閘。（2）加速時間過長，又會影響機台運行效率。況且，生產機台的工況也時有變化，這給用戶在預置“加速時間”時帶來了困難，難以迅速地預置的恰到好處。變頻器在加速過程中出現過電流時，可以不必跳閘，而啟動“防止跳閘”程序(也叫自處理程序)。具體方法是：如果在加速過程中，電流超過了預置的上限值(即加速電流的最大允許值)，變頻器的輸出頻率將不再增加，暫緩加速，待電流下降到上限值以下後再繼續加速。

2、減速過程中：對於慣性較大的負載，如果減速時間預置的過短，會因拖動系統的功能釋放得太快而引起直流迴路的過電壓。如果在減速過程中，直流電壓超過了上限值(即直流電壓允許最大值)，變頻器的輸出頻率不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設定值以下後再繼續減速。我們常常把這種功能稱之為防失速功能。

變頻器抗干擾問題的探討

2010-09-29T21:48:00.000+08:00

1 引言

　　隨著電力電子及其控制技術的發展，變頻器及其變頻調速已經被廣泛應用到工業控制的各個領域，如變頻調速在供水、空調設備、過程控制、電梯、機床等方面的應用，變頻器的廣泛應用也帶來了不能忽視的干擾問題。這種干擾表現在現場供電和其他用電設備對變頻器的干擾和變頻器運行時產生的高次諧波對電網和周圍設備的干擾兩個方面。如果變頻器的干擾問題解決不好，不僅變頻器系統無法可靠運行，還會影響其周邊其他電子、電氣設備的正常工作。因此，變頻器應用系統中的干擾問題倍受理論界和工程應用界的廣泛重視。下面結合自己的工作實踐，主要討論變頻器及其調速系統的干擾及其抑制方法。

2 變頻器系統的主要干擾

2.1 外部對變頻器的干擾
(1) 非線性用電設備對變頻器的干擾
由於各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備、照明設備等非線性負載的應用，這些負載成為電網中的大量諧波源，使電網電壓、電流產生波形畸變。圖1示出晶閘管換相引起的畸變。

圖1 晶閘管換相引起的畸變

變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網的干擾後，若不加以處理，電網噪聲就會通過電網電源電路干擾變頻器。供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電；浪湧、跌落；尖峰電壓脈衝；射頻干擾。其次，共模干擾通過變頻器的控制信號線也會干擾變頻器的正常工作。
(2) 補償電容器的投入和切出對變頻器的干擾
許多用戶都在變電所內採用集中電容補償的方法來提高功率因數，在補償電容器投入和切出的暫態過程中，網絡電壓有可能出現很高的峰值，如圖2所示，其結果是可能使變頻器的整流管因承受過高的反電壓而擊穿。

圖2 補償電容投入時的電壓畸變

2.2 變頻器對外部的干擾
變頻器對電網來說也是非線性負載，它所產生的諧波會對同一電網的其他電子、電氣設備產生諧波干擾。另外，逆變器採用spwm技術，當其工作於開關模式並作高速切換時，產生大量耦合性噪聲,對共網的其他的電子、電氣設備來說是一個電磁干擾源。
(1) 輸入電流的波形
ac-dc-ac壓型變頻器的輸入側是整流和濾波電路，只有在電源的線電壓ul大於電容器兩端的直流電壓ud時，整流橋中才有充電電流。因此充電電流總是出現在電源電壓的振幅值附近，呈不連續的衝擊波形式，如圖3a)所示。它具有很強的高次諧波成分，其中5次諧波和7次諧波分量很大，如圖3b)所示。

圖3 輸入電流的波形及其諧波分析

圖4 輸出電壓與電流的波形

(2) 輸出電壓與電流的波形
變頻器的逆變橋大多采用spwm技術，其輸出電壓為佔空比按正弦規律分佈的系列矩形波，其輸出的電壓和電流的功率譜是離散的，並且帶有與開關頻率相應的高次諧波群，如圖4a)所示。其高載波頻率和場控開關器件的高速切換(dv/dt可達1kv/μs以上)所引起的輻射干擾相當突出。
3 電磁干擾的傳播途徑
變頻器能產生功率較大的諧波，對系統其他設備干擾性較強。其乾擾途徑與一般電磁干擾途徑一樣，有電磁輻射、電路耦合、感應耦合等[1]，現分析如下。
3.1 電磁輻射
變頻器對電網來說是非線性負載，它所產生的諧波對接入同一電網的其它電子、電氣設備產生諧波干擾。當變頻器的金屬外殼帶有縫隙或孔洞，則輻射強度與乾擾信號的波長有關，當孔洞的大小與電磁波的波長接近時，會形成乾擾輻射源向四周輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會干擾變頻器的正常工作。
3.2 電路耦合
上述的電磁干擾除了通過與其相連的導線向外部發射，還可以通過阻抗耦合或接地迴路耦合，將乾擾信號帶入其它電路。比較典型的傳播途徑是：接自工業低壓網絡的變頻器所產生的干擾信號可沿著配電變壓器進入中壓網絡，並沿著其它的配電變壓器最終又進入民用低壓配電網絡，使接自民用配電母線的電氣設備成為遠程的受害者。
3.3 感應耦合
當變頻器輸入或輸出電路與其它設備的電路很近時，變頻器的高次諧波信號可通過感應的方式耦合到其它設備中去。其中電流乾擾信號主要以電磁感應方式傳播，電壓干擾信號主要以靜電感應方式傳播。
4 抗電磁干擾的措施及注意事項
為防止干擾，可採用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是最基本和最重要的抗干擾措施，總的原則是抑制和消除乾擾源、切斷干擾對系統的耦合通道、降低系統對乾擾信號的敏感性，可從“抗”和“防”兩方面入手採取措施抑制干擾[2]。
4.1 正確安裝、合理佈線
　　變頻器對安裝環境要求較高。一般變頻器使用手冊對環境溫度、通風、濕度、海拔高度都有明確規定。以下幾個方面的安裝工藝要求值得注意：
(1) 確保控制櫃中的所有設備接地良好，應該使用短、粗的接地線(最好採用扁平導體或金屬網，因其在高頻時阻抗較低)連接到公共地線上。按國家標準規定，其接地電阻應小於4歐姆。另外與變頻器相連的控制設備(如plc或pid控制儀)要與其共地。
(2) 安裝佈線時將電源線和控制電纜分開，其它設備的電源線和信號線應盡量遠離變頻器的輸入、輸出線，例如使用獨立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉，應成90°交叉佈線。
(3) 使用屏蔽導線或雙絞線連接控制電路時，確保未屏蔽之處盡可能短，條件允許時應採用電纜套管。
(4) 確保控制櫃中的接觸器有滅弧功能，交流接觸器採用rc抑制器，也可採用壓敏電阻抑制器，如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的，這一點特別重要。
(5) 所有的電源線和信號線都應盡量屏蔽，用屏蔽和鎧裝電纜作為電機接線時，要將屏蔽層雙端接地。
(6) 如果變頻器運行在對噪聲敏感的環境中，可以採用rfi濾波器減小來自變頻器的傳導和輻射干擾。為達到最優效果，濾波器與安裝金屬板之間應有良好的導電性。
4.2 加入電抗器
在變頻器的輸入電流中，頻率較低的諧波分量(5、7、9、11、13次諧波等)所佔的比重比較高，這些諧波除了可能干擾其它設備的正常運行外，還消耗大量的無功功率，使線路的功率因數降低。在輸入電路中串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法，如圖5所示。根據接線位置不同，分以下兩種：

圖5 變頻器中串入電抗器

(1) 交流電抗器
交流電抗器串聯在電源與變頻器的輸入側之間，如圖5中la所示，其作用是抑制諧波電流、　提高功率因數、削弱輸入電路中的浪湧電流對變頻器的衝擊、削弱電源電壓不平衡等。
(2) 直流電抗器
直流電抗器串聯在整流橋和濾波電容器之間，如圖5中的ld，其作用是削弱輸入電流中的高次諧波成分並可提高功率因數。
　　4.3 加入濾波器
如圖6所示，為減少電磁噪聲和損耗，在變頻器輸出側可設置輸出濾波器；為減少對電源的干擾，可在變頻器輸入側設置輸入濾波器。若線路中有敏感電子設備，可在電源線上設置電源噪聲濾波器，抗傳導干擾。

圖6 濾波器接法

(1)輸入濾波器
根據結構和作用不同，可分為線路濾波器和輻射濾波器。
線路濾波器主要由電感線圈構成，如圖6中f11，通過增大線路在高頻下的阻抗來削弱通過線路傳播的頻率較高的諧波電流。
輻射濾波器由高頻電容器構成，如圖6中f12所示，通過吸收的方法來削弱通過輻射傳播的干擾信號。
(2) 輸出濾波器
在變頻器的輸出側和電動機之間串入由電感構成的輸出濾波器，可以有效的削弱輸出電流中的高次諧波電流引起的附加轉矩，改善了電動機的運行特性，如圖6中的f0所示。
必須注意，在變頻器的輸出端不允許接入電容器，以免在逆變管導通(或關斷)瞬間，產生峰值很大的充電(或放電)電流，損壞逆變管[3]。
4.4 隔離
變頻器輸入側的諧波電流常常從電流側進入各種儀器，成為許多儀器的干擾源。針對此情況，應在受干擾儀器的電源側採取有效的隔離。方法有電源隔離法和信號隔離法[4]，如圖7和圖8所示。

圖7中接入隔離變壓器，隔離變壓器的特點是一、二次繞組的匝數相等，但一、二次側之間應由金屬薄膜進行良好的隔離。一、二次電路中都可接入電容器，如圖7中的c1、c2。
圖8中在信號側接入光電耦合器進行隔離，適用於一些傳感器傳輸線路較長，並採用電流信號的場合。需注意的是：所用光電耦合器應是傳輸比為1的線性光耦合器；光電耦合器兩側的電容器對傳輸信號應無衰減作用，即為直流信號時電容量可大些，脈衝信號時則應根據脈衝頻率的大小適當選擇。
　　4.5 接地
實踐證明，接地往往是抑制噪聲和防止干擾的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制內部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統的抗干擾能力。變頻器本身有專用接地端子pe端，從安全和降低噪聲的需要出發，必須接地。這裡須提醒大家的是：
(1) 不能將地線接在電器設備的外殼上，也不能接在零線上；
(2) 可用較粗的短線一端接到接地端子pe端，另一端與接地極相連，接地電阻取值<100ω，接地線長度在20m以內；
(3) 注意選擇合理接地方式。變頻器的接地方式有單點接地、多點接地及混合接地等幾種形式，要根據具體情況採用，要注意不要因為接地不良而對設備產生干擾。
●單點接地
單點接地指在一個電路或裝置中，只有一個物理點定義為接地點，在低頻下的性能好；
●多點接地
多點接地是指裝置中的各個接地點都直接接到距它最近的接地點，在高頻下的性能好；
●混合接地
混合接地是根據信號頻率和接地線長度，系統採用單點接地和多點接地共用的方式。
以上諸種抗干擾措施，可根據系統的抗干擾要求來合理選擇使用。若係統中含控制單元如微機等，還須在軟件上採取抗干擾措施。
5 結束語
本文通過分析變頻調速系統中存在的干擾源，提出了通過設計設置抗干擾環節、注意安裝工藝等實際方法，克服和抑制各種干擾。隨著變頻器抗干擾技術的發展和工業現場和社會環境對變頻器的要求不斷提高，變頻器的干擾和抗干擾問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決，“綠色”變頻器一定會面世。