1 裝煤火車鋼絲繩牽引系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦原先采用的鋼絲繩牽引“鐵?！弊儤O調(diào)速存在著不能夠平滑調(diào)速，使得裝載出現(xiàn)偏載、集載的現(xiàn)象；對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)造成頻繁的機(jī)械沖擊，降低了使用壽命；電氣系統(tǒng)的故障率高，不利于維護(hù)等缺點(diǎn)。為此，他們改用ABB ACS601-0120-6重型變頻器及其配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速調(diào)速，具有缺相、短路、過(guò)載等保護(hù)功能，提高了火車裝煤的質(zhì)量，在50Hz以下的時(shí)候還具有節(jié)能的效益。

    ①采用能耗制動(dòng)，避免了中間回路電壓上升對(duì)變頻器的損壞。鋼絲繩牽引“鐵?！睂儆诖髴T性設(shè)備而且操作頻繁，如果變頻器中沒(méi)有采取消耗能量的措施，這部分能量就會(huì)導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器電壓上升。在減速制動(dòng)過(guò)快或者緊急停車的時(shí)候，這部分能量會(huì)對(duì)變頻器造成損壞。與通用變頻器最常用的動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)和再生制動(dòng)狀態(tài)處理方式不同，他們選用了能耗制動(dòng)的方法。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染、成本低廉。缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低，特別是在頻繁制動(dòng)的時(shí)候要消耗掉大量的能量而且制動(dòng)電阻的容量將增大。

    ②“鐵?！弊詣?dòng)回窩控制。原有的控制是利用磁控限位開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在改為磁控開(kāi)關(guān)與變頻器控制回路相結(jié)合。為了避免“鐵?！被馗C出現(xiàn)過(guò)位的事故，要在牛窩附近增加一個(gè)磁控限位開(kāi)關(guān)。當(dāng)“鐵牛”經(jīng)過(guò)的時(shí)候，開(kāi)關(guān)動(dòng)作使相應(yīng)的繼電器得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使變頻器以比較低的恒速鎖定。當(dāng)“鐵?！被馗C到位的時(shí)候觸動(dòng)另外一個(gè)磁控限位開(kāi)關(guān)，相應(yīng)的繼電器得電，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)從而使變頻器停止工作。為了避免“鐵牛”出窩的時(shí)候該回窩系統(tǒng)動(dòng)作，電源取用變頻器反轉(zhuǎn)信號(hào)。

    ③兩套變頻系統(tǒng)的電氣隔離?？紤]到鋼絲繩牽引“鐵?！弊冾l系統(tǒng)出現(xiàn)不可控的故障情況而影響生產(chǎn)，采用了備用變頻系統(tǒng)，這樣就面臨兩套變頻系統(tǒng)的電氣隔離問(wèn)題。他們?cè)趦商鬃冾l器電源以及負(fù)荷側(cè)各增加一個(gè)接觸器并且相互電氣閉鎖。在單獨(dú)的“鐵?！被馗C控制箱內(nèi)增加兩個(gè)相互電氣閉鎖的繼電器，當(dāng)在用變頻調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)候相應(yīng)繼電器才得電并且接通回窩系統(tǒng)電源。

    2 中高壓大功率變頻技術(shù)

    在中高壓變頻領(lǐng)域，目前的功率器件耐壓能力在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)還不可能滿足高壓變頻調(diào)速的需要。為此，人們創(chuàng)造了一些電路拓?fù)?，如交—交變頻、功率單元串聯(lián)多重化電壓源型高壓變頻、電流源型中高壓變頻以及IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻。其中的IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻新技術(shù)徹底地解決了功率器件的耐壓?jiǎn)栴}，使得直接高壓變頻成為現(xiàn)實(shí)。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被兗州煤礦機(jī)械廠應(yīng)用到新研制的礦用隔爆型變頻器中。

    在IGBT直接串聯(lián)的二電平電壓型中高壓變頻器的主電路中，系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓6kV直接經(jīng)斷路器進(jìn)入變頻器，經(jīng)過(guò)二極管全橋整流、電容濾波，再經(jīng)逆變器逆變，加上正弦波濾波器，簡(jiǎn)單易行地實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出，直接供給高壓電動(dòng)機(jī)。

    ①自動(dòng)均壓的IGBT串聯(lián)技術(shù)。利用容性母排技術(shù)1+N（只）串聯(lián)及采用2/3限壓動(dòng)態(tài)均壓、鉗壓技術(shù)，克服了IGBT動(dòng)態(tài)電阻及極電阻不同步引起的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)電壓不均衡的問(wèn)題。不管主電路電壓有多高，但是分配給每個(gè)管子的工作電壓是在其額定電壓之內(nèi)的，使單個(gè)IGBT不容易損壞，即使損壞了但是由于有冗余也不會(huì)影響到輸出波形。

    ②正弦波技術(shù)。中高壓電動(dòng)機(jī)對(duì)變頻器的輸出電壓、電流波形有著嚴(yán)格的要求。直接串聯(lián)技術(shù)從優(yōu)化PWM波形即SVPWM技術(shù)和研制特種濾波器兩方面著手。由于三電平的11、 13、17諧波含量特別高，處理起來(lái)特別困難，若不加濾波器則只能用供應(yīng)商的專用電動(dòng)機(jī)。而二電平只要波形優(yōu)化得好，60次以下的諧波皆可大大降低，而且對(duì)于60次以上的諧波濾波自然容易得多。交—交變頻器、功率單元串聯(lián)多重化電壓源型高壓變頻器、電流源型中高壓變頻器都是利用變壓器協(xié)助間接解決功率開(kāi)關(guān)的耐壓?jiǎn)栴}，而IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻器徹底去掉了變壓器，真正實(shí)現(xiàn)了高進(jìn)高出，為高壓變頻開(kāi)拓了新的領(lǐng)域。

    3 變頻器在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

    由于無(wú)級(jí)調(diào)速受到成本等方面的限制，目前的塔式起重機(jī)絕大多數(shù)都是采用有級(jí)調(diào)速。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司第三十七工程處針對(duì)4繩最大起重量小于或者等于6 t的中小型塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用了矢量變頻器實(shí)現(xiàn)交流變頻調(diào)速的方式，為此問(wèn)題給出了完善的解決方案。他們?cè)诓辉龃笞冾l器選型與適當(dāng)犧牲速度的方法，使得變頻無(wú)級(jí)調(diào)速的成本與帶渦流制動(dòng)的多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)變極調(diào)速差距不大，性能卻有了很大的提高。

    應(yīng)用比較廣泛的中小型塔式起重機(jī)是QTZ315塔式起重機(jī)，其最大起重量為3t，起重速度為52/26/5.5m/min，起重機(jī)構(gòu)采用15/15/5.5kW的4/8/32多極電機(jī)，減速機(jī)速比為12.5，滾筒直徑為300mm。中小型塔式起重機(jī)選用變頻調(diào)速方式，最大起重量和滾筒直徑這兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)不能夠有太大的變化，對(duì)于速度的要求也比較高，因此需要對(duì)相關(guān)的設(shè)備和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。起重機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)由主令控制器或者電位器作為輸入給定，通過(guò)變頻調(diào)頻調(diào)速電控設(shè)備、荷重測(cè)控儀、限位開(kāi)關(guān)和制動(dòng)器等配合使用，來(lái)控制起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)等交流變頻異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、可逆運(yùn)轉(zhuǎn)與調(diào)速。設(shè)備選型參數(shù)：動(dòng)滑輪2倍率，起升機(jī)構(gòu)18.5kW的4極異步鼠籠電機(jī)，減速機(jī)速比31.5，滾筒直徑300mm。經(jīng)計(jì)算，理論起升重量為5.1198t，考慮傳動(dòng)效率為0.264則最大起升重量為3.28t，與要求的最大起升重量相比有1.1倍保險(xiǎn)系數(shù)，基本符合要求；最大起升速度為21.7m/min。在變頻模式下，電機(jī)的最大起升速度降低了很多，通過(guò)縮短起動(dòng)和就位時(shí)間、空鉤高于50Hz運(yùn)行等多種協(xié)調(diào)方法，使得實(shí)際運(yùn)行中不會(huì)明顯感覺(jué)到速度減慢。采用先進(jìn)的現(xiàn)代交流變頻調(diào)頻技術(shù)對(duì)塔式起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，使起重機(jī)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作、提高運(yùn)行效率、改善超負(fù)荷作業(yè)、消除起動(dòng)和制動(dòng)沖擊、減少電氣維護(hù)、降低電能消耗和提高功率因數(shù)等均可以取得良好實(shí)效。

    4 基于CAN總線的智能變頻器

    淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司和兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)了一個(gè)帶CAN總線接口的智能變頻器。

    隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子半導(dǎo)體器件的進(jìn)步和發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)得到了很大的發(fā)展，變頻調(diào)速器以其調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、保護(hù)功能完善、過(guò)載能力強(qiáng)、節(jié)能顯著、使用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。在各種現(xiàn)場(chǎng)總線中，CAN總線因其性能優(yōu)越、價(jià)格便宜、通信距離遠(yuǎn)、速率高、抗干擾能力強(qiáng)，非常適用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域?；贑AN總線的智能變頻器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要是由CAN總線接口、雙口RAM、變頻器控制電路和變頻器主電路組成的。變頻器和CAN總線接口是相互獨(dú)立的兩個(gè)部分。變頻器的核心部件為AT89C51，主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及各種控制和保護(hù)功能；CAN總線接口的核心是SJA1000和AT89C51，SJA1000是CAN總線控制器，負(fù)責(zé)將CAN總線傳來(lái)的數(shù)據(jù)拆包，并將其送往AT89C51，同時(shí)將AT89C51傳來(lái)的數(shù)據(jù)打包，上傳給CAN總線。變頻器和CAN總線接口的數(shù)據(jù)交換通過(guò)雙口RAM IDT7005S35J完成。

    基于CAN總線的變頻器研制成功以后，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)表明：長(zhǎng)遠(yuǎn)個(gè)單片機(jī)加上雙口RAM構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、反應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、成本低、故障率小、維護(hù)量少，適用于交流電動(dòng)機(jī)的全數(shù)字化控制，同時(shí)亦可以作為多種調(diào)速方案的試驗(yàn)平臺(tái)；雙口EAM的使用，解決了雙機(jī)之間數(shù)據(jù)的大量快速雙向傳送，而且可靠性高，占用PCB板面積小，具有很好的性能價(jià)比；特別是在該變頻器與其它控制系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)相連的時(shí)候，更加顯示出其優(yōu)越性。

    5 電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的研究與應(yīng)用

    鍋爐引風(fēng)機(jī)是發(fā)電廠的主要廠用負(fù)荷，屬于耗電大戶，素有“電老虎”之稱。在煤礦自備發(fā)電廠中，僅引風(fēng)機(jī)的耗電量就占到全廠用電量的25%左右。而且，為了維護(hù)鍋爐爐膛的負(fù)壓以及正常燃燒，人們通常采用傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)擋板的方式進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，這樣就會(huì)給生產(chǎn)造成很多問(wèn)題，從而危及鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦矸石熱電廠與山東科技大學(xué)合作，在鍋爐引風(fēng)機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)以后，使上述這個(gè)困擾多年的問(wèn)題終于得到了解決。

    此項(xiàng)成果具有以下功能：①負(fù)壓變送器采集爐膛負(fù)壓，該系統(tǒng)在CPU監(jiān)控下可以實(shí)時(shí)跟蹤爐膛負(fù)壓的變化，變頻調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，自動(dòng)維持爐膛負(fù)壓的恒定，不再需要調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)。②通過(guò)觸摸鍵來(lái)設(shè)定爐膛負(fù)壓及其上下限、電動(dòng)機(jī)上下限頻率和加減速時(shí)間、通信速率等參數(shù)，其中的“設(shè)定爐膛負(fù)壓”可以在引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中隨時(shí)改變給定值，從而增加了引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的靈活性。爐膛負(fù)壓實(shí)值、電動(dòng)機(jī)頻率、電動(dòng)機(jī)功率、電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、變頻時(shí)間、電量計(jì)數(shù)等工作參數(shù)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示，其中的“爐膛負(fù)壓”實(shí)值還可以用趨勢(shì)圖形來(lái)顯示，便于監(jiān)盤(pán)和調(diào)整。③設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種運(yùn)行方式，除了能夠?qū)崟r(shí)跟蹤爐膛負(fù)壓、自動(dòng)維持爐膛負(fù)壓恒定的調(diào)節(jié)方式以外，還可以切換自動(dòng)跟蹤爐膛負(fù)壓系統(tǒng)，手動(dòng)操作觸摸鍵來(lái)變頻控制引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，為啟停爐等特殊工況提供了更加靈活的控制方法。④引風(fēng)機(jī)采用變頻軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流從0逐漸上升到額定電流值，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。⑤具有電動(dòng)機(jī)過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)、通信故障等11種故障類型顯示，并且有蜂鳴報(bào)警，按照故障提示可以迅速檢查出故障的原因。⑥設(shè)有聯(lián)鎖輸出接口，在事故的情況下，當(dāng)引風(fēng)機(jī)的頻率低于設(shè)定的下限頻率以后可以輸出一個(gè)聯(lián)鎖信號(hào)，自動(dòng)停止送風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)的運(yùn)行。

    南屯煤礦矸石熱電廠于1998年5月對(duì)1#爐的引風(fēng)機(jī)安裝了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，由于不再需要調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，故將風(fēng)門(mén)的擋板拆除，不但完全消除了節(jié)流損失，節(jié)約了大量的電能，而且大大降低了引風(fēng)機(jī)的故障率，減少了壓火停爐的次數(shù)，維持了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定。在正常情況下，變頻器運(yùn)行在“自動(dòng)”工作方式，實(shí)時(shí)跟蹤爐膛的負(fù)壓，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值上，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)踐表明：控制器操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行參數(shù)變化一目了然。引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由于頻率能夠手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整，因此不僅不會(huì)對(duì)供電電網(wǎng)造成沖擊，同時(shí)還能夠使開(kāi)關(guān)設(shè)備的故障率大為減少，延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)電器的使用壽命，減少了設(shè)備的維護(hù)工作量。為了將爐膛的負(fù)壓設(shè)定值穩(wěn)定地維持在-20Pa（正常范圍為0～-50Pa），將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率調(diào)整到較佳的36～38Hz，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率在80kW左右，一年就可以節(jié)約電能為50萬(wàn)kWh，年節(jié)約效益達(dá)到20萬(wàn)元，變頻器的全部投資費(fèi)用可在1～2年內(nèi)完全回收。

    6 濟(jì)三煤礦變頻恒壓供水工程實(shí)踐

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦的生產(chǎn)、消防及生活等用水均由地面聯(lián)合泵房供給。原先的供水系統(tǒng)是通過(guò)人工調(diào)整水泵臺(tái)數(shù)來(lái)調(diào)控供水壓力和流量，由于各臺(tái)水泵本身的運(yùn)行工況難以調(diào)整，造成系統(tǒng)壓力與流量脈動(dòng)大、工作不穩(wěn)定、電耗高。為了消除以上弊端，他們和山東科技大學(xué)聯(lián)合研制了恒壓變頻自動(dòng)供水裝置。經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，泵站工作穩(wěn)定，節(jié)電效果明顯。

    該礦原先設(shè)計(jì)的生產(chǎn)與消防供水為同一個(gè)泵站，水源為由礦井水處理站供水的工業(yè)水池，由4臺(tái)水泵組成，揚(yáng)程分為2種規(guī)格，分別用于生產(chǎn)供水和消防供水。新研制的這種變頻恒壓供水系統(tǒng)主要是由變頻器、壓力傳感器、高低水位計(jì)、控制柜、水泵等環(huán)節(jié)組成的。

    他們根據(jù)離心式水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比、揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比的運(yùn)行理論，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組電源頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到壓力與流量按需要進(jìn)行相應(yīng)改變的目的。工作時(shí)，只要將供水管網(wǎng)的水壓通過(guò)壓力變送器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再經(jīng)集成電路放大后送至壓力調(diào)節(jié)器與給定壓力進(jìn)行比較，其差值經(jīng)比例、積分、微分運(yùn)算后控制變頻器的輸出頻率，并最終控制水泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)管網(wǎng)用水量增加時(shí)，管網(wǎng)壓力降低，與給定壓力比較后變頻輸出頻率增高，供水量增大；而當(dāng)系統(tǒng)的用水量減少時(shí)，管網(wǎng)壓力會(huì)變大，變頻器就會(huì)得到減小輸出頻率的指令，供水量就會(huì)減少，使系統(tǒng)保持恒壓供水。高低水位計(jì)選用浮球式控制開(kāi)關(guān)，當(dāng)水位降低到最低水平的時(shí)候，水泵控制停機(jī)。此外，變頻器本身保護(hù)也很完備，對(duì)電動(dòng)機(jī)缺相、堵轉(zhuǎn)、過(guò)流、過(guò)熱、欠壓等保護(hù)靈敏可靠。 

    7 變頻調(diào)速器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司唐村煤礦的非煤產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大，造成生活、生產(chǎn)用水量大增，供水壓力波動(dòng)大。如用手動(dòng)控制供水，壓力很難控制在工藝范圍之內(nèi)。每天數(shù)次開(kāi)泵停泵，各泵始終處于工頻—停止—工頻運(yùn)行狀態(tài)，不僅啟動(dòng)頻繁，而且能耗大，夜間低峰時(shí)壓力更難控制。因此，他們?cè)O(shè)計(jì)采用了恒壓供水系統(tǒng)，較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

    整個(gè)系統(tǒng)是由壓力傳感器、變頻器、電控設(shè)備、電動(dòng)機(jī)和泵等組成的。啟動(dòng)設(shè)備以后，PC機(jī)控制變頻器從輸出端輸出逐漸上升的頻率和電壓，對(duì)1#泵進(jìn)行軟啟動(dòng)。當(dāng)頻率上升達(dá)到電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速而壓力仍然不能滿足要求的時(shí)候，則PC機(jī)控制1#泵脫開(kāi)變頻器轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行；此時(shí)，PC機(jī)控制2#泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，并根據(jù)管網(wǎng)的壓力調(diào)速運(yùn)行來(lái)控制管網(wǎng)的壓力，壓力過(guò)高時(shí)PC機(jī)發(fā)出指令，1#泵停止工作；當(dāng)壓力再次降低時(shí)（低于設(shè)定值），2#泵變頻升速到電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，直至轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行，1#泵變頻軟啟動(dòng)。

    供水管網(wǎng)的供水量和供水壓力是隨用戶的用水要求全日瞬時(shí)變化的，水泵機(jī)組如果按照額定流量和額定壓力工頻運(yùn)行，則能耗大，壓力隨流量的變化而波動(dòng)。通過(guò)出口壓力傳感器將實(shí)際運(yùn)行中的壓力信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，輸入給PC機(jī)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大處理后，再根據(jù)偏差的大小來(lái)自動(dòng)地整定P、I、D控制參數(shù)，控制變頻器和水泵機(jī)組，按照實(shí)際的用水量和壓力要求來(lái)變頻運(yùn)行，以達(dá)到高效節(jié)能和改善供水品質(zhì)的目的。

    運(yùn)行實(shí)踐證明，該系統(tǒng)節(jié)能效果在25%以上，管網(wǎng)壓力平穩(wěn)，避免了在控制壓力臨界點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的頻繁啟停，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

    8 羅茨風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

    山東省煤炭科學(xué)研究所對(duì)兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司焦化廠冷鼓系統(tǒng)煤氣輸送環(huán)節(jié)上的ML83WD型132kW羅茨風(fēng)機(jī)實(shí)行變頻調(diào)速及自動(dòng)控制改造以后，有效地改善了原有的落后運(yùn)行方式，使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以隨著煤氣量的變化而變化，節(jié)約了大量的能源，保證了煤氣收集系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供氣質(zhì)量的可靠性。

    這個(gè)廠改造以后的新系統(tǒng)具有以下功能：①M(fèi)T-140E-132kW變頻器內(nèi)置PI控制功能非常適用于對(duì)流量或者壓力的自動(dòng)控制，是專門(mén)為適應(yīng)風(fēng)機(jī)、泵類等平方力矩特性負(fù)載設(shè)計(jì)的變頻器，可以在極低的變頻下啟動(dòng)電機(jī)，能夠避免過(guò)大的啟動(dòng)電流。②通過(guò)安裝在羅茨風(fēng)機(jī)之前的煤氣管道上的壓力傳感器測(cè)得的壓力信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著集氣管壓力的變化而變化。因?yàn)檩S功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，而有功功率的輸出呈立方下降，所以極大地降低了電動(dòng)機(jī)的能耗，而且提高了煤氣輸送環(huán)節(jié)的自動(dòng)化程度。③變頻器具有過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱、過(guò)頻等十幾種故障自動(dòng)保護(hù)功能。④變頻器可以在自動(dòng)（即通過(guò)壓力信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率）和手動(dòng)（由人工來(lái)設(shè)定工作頻率）兩種狀態(tài)下工作，并且具有自耦減壓?jiǎn)?dòng)與變頻器啟動(dòng)的互相切換功能，當(dāng)其中的一種工作方式處于檢修或者發(fā)生故障的時(shí)候，能夠由人工切換到另外一種工作方式上去，而不會(huì)影響到正常的生產(chǎn)。⑤自耦減壓?jiǎn)?dòng)柜與變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的啟停及二者的功能切換均可以就地操作。
這個(gè)廠的運(yùn)行實(shí)踐表明：利用限定變頻器頻率的方法來(lái)降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以使風(fēng)量正好符合工藝的需要，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

    9 變頻技術(shù)在煤氣輸送中的應(yīng)用

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司焦化廠在煤氣鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)采用了變頻技術(shù)，提高了煤氣收集質(zhì)量，保證了冷鼓、硫銨、粗笨等生產(chǎn)系統(tǒng)的正常工作，消除了因煤氣純度帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)，使自動(dòng)化管理水平得到提高，節(jié)省了電費(fèi)開(kāi)支，同時(shí)還延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)、元件及控制設(shè)備的使用壽命，效果十分顯著。

    該廠132kW煤氣風(fēng)機(jī)用變頻控制系統(tǒng)的主控制參數(shù)是焦?fàn)t集氣管的煤氣壓力，當(dāng)集氣管壓力變化的時(shí)候保證機(jī)前吸力在小于4.413kPa的范圍內(nèi)變化。該裝置首先將檢測(cè)到的集氣管實(shí)際壓力與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，如果實(shí)際壓力值低于設(shè)定壓力，則進(jìn)行PI數(shù)據(jù)處理，使變頻器降低電源頻率，從而降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以減小機(jī)前吸力。反之，如果檢測(cè)到的實(shí)際值比設(shè)定值大，變頻器就升頻來(lái)增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增大機(jī)前吸力，使煤氣的收集根據(jù)焦?fàn)t生產(chǎn)量的大小來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證煤氣收集質(zhì)量。通過(guò)變頻器調(diào)速，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著系統(tǒng)壓力的變化而變化，使系統(tǒng)在最優(yōu)方式下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

    由于羅茨風(fēng)機(jī)在工頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，原始啟動(dòng)方式為自耦降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流大，設(shè)備及控制開(kāi)關(guān)、元器件使用壽命短，生產(chǎn)成本高，同時(shí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的排氣、壓力條件全靠旁通管打回流來(lái)實(shí)現(xiàn)，旁通閥的開(kāi)度一般在20%左右，這就意味著要有20%左右的流量回流才能調(diào)節(jié)機(jī)前吸力。

    采用變頻調(diào)速以后便不存在回流調(diào)節(jié)的問(wèn)題，從而節(jié)約了49%的電能，年節(jié)約電費(fèi)20萬(wàn)元以上。專家們指出：雖然變頻調(diào)速裝置的主機(jī)價(jià)格較高，但其性能好、可靠性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，一般可用15年左右，而2年的節(jié)能費(fèi)用就可收回設(shè)備的投資，經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。

    10 中密度纖維板壓力機(jī)變頻節(jié)能改造

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司楊村煤礦針對(duì)木材廠生產(chǎn)纖維板的壓力機(jī)多臺(tái)高壓油泵在每個(gè)壓板周期內(nèi)有較長(zhǎng)時(shí)間處于卸荷空轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況，采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)控制，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
該壓力機(jī)含有15層5100mm×1750mm的壓板，用來(lái)同時(shí)壓制15層鋪好的板坯。因在壓制過(guò)程中需要較高的壓力，壓力機(jī)底部有8只Φ400mm行程3810mm的柱塞油缸，需要的系統(tǒng)壓力最高達(dá)28Mpa。壓力機(jī)液壓系統(tǒng)由兩個(gè)8.5m3的低壓蓄能器、三臺(tái)A7V500LV5.1RPFHO斜軸式軸向變量柱塞泵、四組葉片泵及各自的閥組組成。每組葉片泵包括一臺(tái)兩端輸出的電動(dòng)機(jī)和T6D-035和T6E-066兩臺(tái)葉片泵。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)采用星形—三角形啟動(dòng)，壓力機(jī)整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)有多臺(tái)泵處于較長(zhǎng)時(shí)間的空轉(zhuǎn)狀態(tài)，白白浪費(fèi)了較多的電能。如僅用PLC控制接觸器使電動(dòng)機(jī)啟停，又會(huì)使電動(dòng)機(jī)因?yàn)轭l繁啟動(dòng)而造成電流過(guò)大跳閘，更會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)及電氣元件造成較大的損害。

    為了不對(duì)電氣設(shè)備造成損害又能起到節(jié)能的效果，他們對(duì)兩臺(tái)柱塞泵電動(dòng)機(jī)和四臺(tái)葉片泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。所使用的變頻器為施耐德Altivar71型，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率選用。通過(guò)設(shè)定加速段的斜坡時(shí)間為25s，使電動(dòng)機(jī)緩慢加速到工頻50Hz，壓力機(jī)上升及第一階段全速運(yùn)轉(zhuǎn)。第二階段為升壓階段，根據(jù)原設(shè)備壓力傳感器4～20mA信號(hào)，依據(jù)板坯厚度及工藝需要設(shè)定邏輯信號(hào)處理程序，使泵按照需要的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，提供合適壓力并使壓力平穩(wěn)上升。自從第二階段保壓開(kāi)始，電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定減速斜坡時(shí)間25s緩慢停止。待到壓力機(jī)下降的時(shí)候此泵緩慢加速，準(zhǔn)備下一個(gè)工作循環(huán)。

    由于避免了多臺(tái)泵空轉(zhuǎn)時(shí)間，減少了液壓油循環(huán)量，有效降低了液壓油溫度，較好減少了因油溫過(guò)高、控制閥芯動(dòng)作不可靠導(dǎo)致的設(shè)備故障。按照平均每小時(shí)生產(chǎn)10車板計(jì)算，每天可以節(jié)約電能634kW·h，全年至少節(jié)約電能19萬(wàn)kW·h，約為10萬(wàn)元。

    11 恒水位變頻技術(shù)在生活污水泵房的應(yīng)用

    兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦將恒水位變頻技術(shù)和PLC自動(dòng)監(jiān)控裝置應(yīng)用在生活污水處理系統(tǒng)中，對(duì)污水處理過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化控制。

    這個(gè)煤礦的生活污水由污水池經(jīng)2臺(tái)防腐污水泵排放。其中一號(hào)泵為15kW、60m?/h的離心式耐酸陶瓷泵，二號(hào)泵為30kW、400m?/h的離心式污水泵，2臺(tái)泵共用1條Φ200mm排水干管。原先由值班人員根據(jù)液位高度變化人工掌握開(kāi)啟一號(hào)或二號(hào)泵。由于生活污水是晝夜不停排放且流量不斷變化的，值班人員對(duì)水位很難控制，兩臺(tái)泵難以及時(shí)切換。另外，二號(hào)泵由于流量較大，又無(wú)節(jié)能調(diào)速措施，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。為此，他們對(duì)生活污水排放進(jìn)行了技術(shù)改造：對(duì)二號(hào)泵增加變頻調(diào)速裝置，以節(jié)能降耗，減少運(yùn)行費(fèi)用；實(shí)現(xiàn)有水位控制的污水泵站自動(dòng)化，達(dá)到無(wú)人值守的目的。離心式水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，通過(guò)改變電源頻率、調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到按需要改變流量的目的。此系統(tǒng)主要由變頻器、液位傳感器、控制柜、水泵等組成。

    工作的時(shí)候，只要將污水池的水位與給定的水位進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過(guò)運(yùn)算以后控制變頻器的輸出頻率，并且最終控制水泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。擋水池水位增高的時(shí)候，與給定的水位比較以后變頻輸出頻率增高，排水量增大；反之亦然，使得系統(tǒng)保持恒水位排水。高低水位計(jì)選用浮球式控制開(kāi)關(guān)，擋水位降低到最低水平時(shí)，水泵停機(jī)。此外，變頻器本身保護(hù)也很完備，對(duì)電動(dòng)機(jī)缺相、堵轉(zhuǎn)、過(guò)流、過(guò)熱、欠壓等保護(hù)靈敏可靠。該自動(dòng)化控制系統(tǒng)還可與螺旋泵房等設(shè)施配合使用，通過(guò)超聲波濁度儀對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用螺旋泵房等配套設(shè)施將不達(dá)標(biāo)的生活污水排入處理站重新進(jìn)行處理，直至達(dá)標(biāo)外排。