自动调速（精选8篇）
自动调速 篇1
1 风门的现状及概述
伴随着煤矿企业规模的不断扩大, 煤矿企业对井下的人力、物力投资也与日俱增, 运输方式也呈现多样化。如何让这些资源更快地送达工作地点, 如何减少井下运输过程成了煤矿企业的研究课题。风门在井下的应用非常普及, 煤矿井下风门对于煤矿企业的安全以及运输的作用不言而喻。长期以来, 煤矿风门都是采用人工启闭或者电动基本控制的方式, 但是由此将引发如下问题:风门直接由电机控制, 在启动和关闭时, 风门门体有很大的冲击力。随着井下自动化程度的提高, 对风门的控制方式也提出了更高的要求, 因此大力发展和研究自动风门的变频调速, 对推动我国煤矿企业的自动化建设发展水平具有重要的理论意义和现实意义。
2 风门电控系统的组成
自动风门的变频调速电控装置的系统组成见图1。
如图1所示, 该自动风门的主要优势在于变频器的运用, 其工作核心为PLC可编程序控制器和变频器, 该系统的关键在于给风门配置的各种传感器, 如特制光电传感器 (主要是为了矿灯和车灯准备的) 、特制红绿灯 (为了给矿工显示该自动风门的即时运行状况) 和手动按钮 (主要是为了安全做准备) 等。该系统设计简单, 都呈模块工作, 易于检修。整个电气系统由电控箱和外围矿用本安传感器构成, 本安传感器的信号经过光耦隔离板进行本安与非本安的信号转换, 然后进入PLC可编程序控制器。主回路上, 由前级馈电开关将660V电源送至隔爆兼本安型电控箱, 经过隔离开关和快速熔断器将电源送至交-直-交变频器, 通过改变频率, 从而达到改变电机转速的目的。
因为是井下矿用产品, 所以在电控箱的壳体制造和加工上有特殊要求, 该电控箱、防爆分线盒以及各种外接传感器等都必须通过国家矿用安全标志认证, 方能下井使用。
3 自动风门变频调速系统的工作流程
以2#门为例, 对自动风门变频调速系统的工作流程作简短说明。自动风门的工作流程见图2。
如图2所示, 2#门在启动时, 利用车灯或者矿灯给光电传感器信号, 为防止不必要的动作, 需要车灯或者矿灯给信号闪烁3次, 风门方能启动;当2#门在接到车辆信号连续闪烁3次后, 风门系统开始正常工作, 同时在1#门外安装的红绿灯的红灯开始并一直闪烁 (直到整个系统工作完毕) , 警告和提示1#门外的车辆和行人, 2#门外有车辆和行人进入, 同时, 2#门开始打开, 先加速后减速, 为了安全考虑, 在每道风门上都安装了行程开关, 2#风门停止时, 2#门外的绿灯亮、红灯灭, 2#门可以通行车辆, 通行完毕或者自动设置时间到, 2#门开始关闭, 2#门工作结束;然后转到1#门工作, 1#门进行开门和关门, 但是如果在关门过程中遇到有人或者车辆进入, 风门立刻转到开门状态, 也即是防夹检测工作状态中, 待风门全部工作结束后, 红绿灯都变为绿色。
在风门的启动中, 需要考虑以下几个问题:
(1) 两道风门不能同时启动, 所以在本系统做了两道风门的闭锁, 为保证安全和可靠, 闭锁使用硬件和软件双向闭锁。
(2) 风门在关闭过程中不能发生被夹事故, 所以安装了光电传感器, 与电梯类似。
(3) 两道风门在接到信号开始启动后, 在整个系统工作完毕前不再接受开门信号, 但是为了给矿工更好地指示当前风门的工作状态, 特采用矿用本安型红绿灯做安全指示。
(4) 风门在开启和关闭过程中采用变频无级调速, 使用ABB进口变频器, 以保证质量, 风门在开启和关闭过程中均有加速、恒速和减速过程, 此为本系统的核心。
(5) 两道风门的加、减速时间以及两道风门启动和关闭之间的切换时间可以很方便地在控制箱上利用按钮进行显示屏 (触摸屏) 设定。
4 PLC及其程序
图3为该风门工作的部分梯形图, 由于本系统工作更多地涉及到连锁工作以及防止误动作方面, 因此在本系统的程序中通过灯光的闪烁次数来消除误动作的影响, 进而保证安全。
5 小结
煤矿井下自动风门的变频调速系统主要是通过控制变频器的加速、恒速以及减速, 从而达到控制电机和风门启动过程的目的。可以这么说, 在通用的自动风门的控制模式下, 变频调速的自动风门在启动和关闭过程中会更加平缓, 门体的冲击会非常小, 因此, 研究和制造自动风门的变频调速装置具有较高的推广价值。
自动调速 篇2
【关键词】斩波调速；电机车；技术改造
0.概况
我公司某矿井开拓方式为平峒—斜井开拓，主平峒承担运输、进风和排水，由15台ZK7-6/550型架线式电机车牵引矿车进行运输，运距达5400米。由于电机车使用频繁、启动冲击大、能耗高、故障率高，仅每年换修配件费用就达60余万元。2011年，国家安全监管总局国家煤矿安监局发布《禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录（第三批）》的通知，其中要求7吨以上（含7吨）电阻调速架线式工矿电机车在2013年起禁止使用。该矿15台电机车大多为2003年-2005年购置，库房贮存约200万元备件，若将现有电机车全部淘汰，新购机车，花费巨大，对矿井造成的经济冲击将是沉重的。因此，寻求新技术对现有电机车进行技术改造以满足安全生产需要，减轻经济损失，成为矿井的必然选择。
矿井随即派专业人员对目前国内电机车控制技术有关的厂家和科研院所进行了认真的调研和比对，最后选定湖南双马电气公司为技术合作伙伴，共同对15台架线式工矿电机车成功进行了技术改造。本次技术改造的成功，对同类企业有一定的借鉴意义。
1.技术改造方案的确定
2011年5月，合作双方对现用的电阻调速架线式工矿电机车进行了细致的技术分析和充分论证后，最终确定了技术改造方案。即：电机车的电阻调速器更换为双马电气公司的斩波式控制器；新控制器安装在原有控制器位置，新控制器安装尺寸由双马公司根据现有电机车自行设计制造；加装无线通讯系统、灯光信号等安全装置，以满足安全使用要求。
2.技术改造的分析
本次技术改造使用的斩波式控制器，是湖南双马电气公司自行研发的第二代IGBT斩波调速控制器，其内部关键技术获得国家发明专利，与国内同类型产品相比较最大的优势是性能稳定、节能显著、保护齐全、使用安全可靠、操作简单、故障率低等优点。斩波调速原理是利用可控硅整流调压来达直流电动机调速的目的。利用可控硅的开关特性，控制其通断时间从而实现斩波，以改变转子两端的电压来调节直流电机的转速。斩波调速系统采用了IGBT高压大功率开关器件，控制方法为定步调宽 （PWM方式），当驱动脉冲为高电平 （+15V）时器件导通，反之低电平 （0V或-15V）时关断。 由于开关频率高，实际电机的电流等效为直流电流，通过改变 IGBT 的导通与关断的比例 （即调压比α=tan/T或V出/ V入），即可改变电机两端的电压平均值，从而改变电机的转速，实现机车调速的目的。由于 IGBT工作在开关状态，导通关断时损耗很小，所以调速状态下节能效果显著。斩波器的各种保护功能（软起动、欠压、过压、过流）亦通过 IGBT导通与关断的比例来实现。
3.技术改造后的分析
（1）2011年7-8月，该矿按上述技术改造方案对全部15台电机车成功进行了改造。经过几个月的运行实践，电机车改造效果显著，一举解决了原架线式电机车能耗高、故障率高、维修费用大、运输能力偏弱、安全隐患多等问题。并具有以下技术优点：1）技术先进，IGBT斩波调速控制器是目前国内较先进的调速控制器，在功能设计上，对电气部分加装了逆变电源，照明电源模块、警音控制、前后灯控制全部集中在斩波调速控制器内部，操作十分方便。2）有过流保护，当机车超载时，电流保护电路动作，使电机电流恒定，确保了电机车安全运行。3）有过压欠压保护，当电网电压超过或低于斩波器整定的电压值时，控制盒的过压欠压保护电路动作，保护电机和斩波器。4）直流接触组件触点无弧通断，在正常操作下，所有直流开关触点均无弧通断，故障率低，大大延长了触头的使用寿命。5）调速控制器适用性广。IGBT斩波调速控制器不但适用于电阻调速机车技术改造，更是目前新型电机车的热门配套部件，由于厂家有核心专利技术，可设计增加功能，满足不同的用户需求。
（2）经济分析：购置15台新机车需花费380万元，15台机车和200万元备件全报废损失约420万元，共计约800万元；采用与厂家技术合作改造15台旧机车方案，共花费230万元，实际直接节约资金570万元。
（3）存在问题及建议：一是该斩波调速系统对井下架线电网的电压要求较高，斩波调速电机车因架线电网电压波动较大等问题，导致预充电阻、IGBT、储能电容等主要元件的损坏。建议矿井对井下电网供电电压实施监测，保持电压波动在允许范围内，有条件的企业可以加装先进的稳压装备，以满足电机车用电需求。二是调速控制器内部控制件集成较高，对故障维修人员要求较高。建议企业与厂家建立技术服务机制，派员接受厂家技术培训，以期在较短时间内服务企业。
4.结论
自动调速 篇3
牵引部是采煤机的重要组成部分, 是采煤机的关键部件和易损件。牵引部的结构可靠性决定着采煤机的质量和使用效果。随着煤田开采条件日趋复杂, 高产高效工作面对采煤机牵引速度和牵引力的要求不断提高, 为提高其可靠性和适应性, 需要对采煤机牵引部关键零件进行研究与分析, 以完善和提高牵引系统的可靠性。同时, 采煤机在行走和截煤的过程中, 牵引速度越快, 生产效率越高, 电动机的负载也越重。如果牵引速度过高, 就有可能使电动机过载。生产中既要充分发挥采煤机的生产能力, 又要保证电动机的安全, 使电动机保持满载而不过载, 这就需要根据电动机的负载情况随时调节牵引速度, 而牵引速度的大小又与牵引电机的转速及输出转矩有关。同时, 牵引电机输出转矩的变化还会影响采煤机各零部件的受力情况。
1 采煤机牵引部的自动调速机理
采煤机在生产过程中, 一边靠其自身的牵引系统沿着刮板输送机行走, 同时驱动滚筒来完成落煤和向输送机装煤的任务。为了提高采煤机的产量和工作效率, 一方面要求增加采煤机的截割功率、牵引力和牵引速度, 另一方面, 采煤机应有良好的自动调节特性, 以适应在生产过程中各种不同工况的要求, 充分发挥采煤机的生产能力。
由于采煤机司机很难预计工作面煤质变化情况, 而凭经验调速又有很大的盲目性, 因此采煤机上都装有牵引部自动调速系统。使采煤机能自动根据煤质变化情况调节牵引速度, 以保持功率和牵引力达到额定值。
采煤机的自动调速是指随着采煤机的电动机功率或牵引力变化而自动调整牵引速度, 以保证采煤机满载运行, 避免过载并充分发挥采煤机的效能。
采煤机截割电机的负载大小与多种因素有关, 如煤层硬度、煤层夹矸厚度、夹矸硬度、采高、截深以及牵引速度等。在诸多因素中, 除了截深和牵引速度外, 其他因素都是由自然条件决定的, 不能人为控制。因此对于特定型号的采煤机型号, 可以通过调节牵引速度来补偿其他因素对截割电机负载的影响。
理论分析和实际使用都证明, 采煤机消耗的功率P和牵引力F都与牵引速度Vq成正比, 即:
式中:P0为采煤机空载消耗功率, 其值取决于截割机构形式、结构和传动效率;K为系数, 取决于煤的性质、压酥程度、截割参数、截齿形状及磨钝程度;F0为引阻力的不变分量, 取决于采煤机的重量、倾角、导向情况及摩擦系数;R为系数, 取决于煤的性质、截齿形状及磨钝程度。
由于煤质分布的随机性, 当采煤机以牵引速度Vq在中硬煤层中工作时, 其功率和牵引力分别达到额定值Pn和Fn (图1) ;当采煤机割到硬煤或软煤时, 功率和牵引力相应就增大到P1、F1或减小到P2、F2。前者超过了额定值, 将会导致电动机超载损坏;而后者欠载, 会使电动机效能得不到发挥。为此, 必须根据煤质情况及时调整牵引速度:遇到硬煤时Vq1, 速度自动降到, 遇到软煤时, 速度自动升到Vq2, 从而保证电动机满载工作。通常把采煤机的这种能力称为恒功率调节特性。
2 采煤机恒功率自动控制系统分析
要实现自动调速, 必须用传感器将表征电动机功率或牵引力大小的信号拾取出来, 并和额定值进行比较, 然后将比较结果经转换、放大, 输送到牵引部控制系统, 以进行调速。采煤机牵引部恒功率控制自动调速原理如图2所示。
在电牵引采煤机恒功率控制过程中, 首先给控制器以参照功率, 然后经控制器计算分析, 发出对变频器的控制电压信号, 变频器将控制电压转化为供给牵引电动机的频率, 来控制牵引电机的运转。当煤壁的硬度变化时, 负载传感器把来自截割电机的负载电流信号经过处理 (放大、滤波、数模转换等) 传输给控制器并与给定的额定功率进行比较后由控制器给出控制调节电压。
牵引部控制系统结构如图3所示, 该系统采用功率闭环调节, 功率调节器的给定值P*为截割电机的额定功率, 反馈值P为截割电机的实际功率, 通过截割电机的功率传感器得到, 由理论分析可知该值与牵引速度成正比例关系。速度环、转矩环、磁链环以及逆变器构成交流电机变频调速系统。速度给定为n*, 由截割电机的功率调节器APR的输出量提供, 改变速度给定值n*, 可以改变交流电机的转速。逆变器的直流电源由PWM整流器提供, 此整流器的能量流动是双向的。因此, 可以使交流电机工作在四个象限, 以满足采煤机在较大倾斜煤层条件下的电牵引工艺要求。
如图3所示, 采煤机在中硬煤层工作时, 实际功率P等于额定功率。当采煤机截割到软煤时, 滚筒受的截煤阻力F减小, 截割电机实际功率P小于额定功率P*, 此时, 功率调节器会发出调节信号使n*增加, 并经变频调速系统, 使牵引电机转速增加, 再经牵引部传动系统使采煤机牵引速度Vq增加, 进而增加截割电机的输出功率P, 直到实际功率等于额定功率;当采煤机截割到软煤时, 截割电机的实际功率P大于额定功率, 此时功率调节器会使n*减小, 再经变频调速系统, 使牵引电机转速下降, 牵引速度降低, 实际功率P下降, 直到等于额定功率。
在这一过程中, 要求采煤机牵引电机具有良好的调速性能及快速的响应时间, 因此应该重点对牵引电机变频调速系统进行研究, 研究系统的动态特性及转速、转矩响应。另一方面, 在采煤机恒功率调速过程中, 由于牵引速度和电机输出转矩的变化, 会使牵引部传动系统各零部件所受的外载荷发生变化, 而载荷的变化势必会对零件的结构强度产生影响。
3 结束语
总之, 随着我国市场经济的快速发展, 能源的使用量正在急剧加大, 煤矿开采的高产高效化是煤炭行业发展的必由之路, 大规模综采现已经成为现代煤炭行业发展的一个趋势, 作为煤矿生产最为重要的设备之一, 采煤机的发展将直接影响着煤矿开采的产量及效率, 决定着煤矿高产高效化的进程。
参考文献
[1]翟刚.采煤机[M].北京:煤炭工业出版社, 2000.
[2]李夙.感应电动机的直接转矩控制[M].北京:机械工业出版社, 2001.
[3]王树.变频调速系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[4]刘燕飞.基于智能控制策略的异步电机直接转矩控制系统的研究[D].成都:西南交通大学, 2007.
自动调速 篇4
加工稻草绳的半自动机已经被人们应用很久了, 但是生产效率低, 所生产的数量远远满足不了市场发展的需求。全自动机的功用就应弥补半自动机的不足, 它不但生产效率高, 而且操作应更加简便易学, 这样培训工人的时间大大缩短, 让工人在最短的时间内掌握自动机的操作方法、使用要领以及维护保养等。半自动机生产的草绳粗细以及均匀度需要人为地控制调整, 掌握起来比较费力, 工人很难在短的时间内掌握技术要领, 加之半自动机较全自动机运转速度慢, 所以生产的效率低、产品数量少, 不足以满足市场的需求。全自动机就是要解决喂入草的问题, 草绳的直径、均匀度完全取决于喂入草的量和喂入速度, 如果喂入草量少、速度慢, 则加工生产出的绳偏细, 反之, 则绳偏粗并且容易在搓合管处草大量堆积, 产生断绳现象。其工作原理应是在射草针选择合理的情况下均匀地射草, 喂入草量的多少要有一个感应和反馈机构, 感应的部位应在搓合管处并且联动弹簧, 草量的变化通过搓合管反应给联动弹簧, 通过联动弹簧的伸缩感应传递给反馈机构, 这样就能够把草量的变化转变成机器构件的反应变化。反馈机构应对感应机构传递来的信息变化进行处理并同时作出相应的反馈动作, 从而完成草量变化对绳粗细的影响, 使绳变得粗细均匀。如图所示。
1.联动弹簧 2.联动座 3.顶丝1 4.传动连杆 5.搓合管套筒 6.搓合管 7.拉杆 8.棘轮 9.大摩擦轮 10.小摩擦轮 11.塔轮 12.涨紧机构 13.丝杠轴 14.主动锥体斜面轮 15.涨紧皮带 16.被动锥体斜面轮 17. 顶丝2 18. 顶丝3
其具体的工作情况应是这样:当稻草由射草轮射出, 通过喂入筒, 经过喇叭口时由于喇叭口的旋转, 给稻草加上了捻劲后, 再经由合绳器把加过捻劲后的两股稻草变成一根合股绳, 同时机器构件的旋转给绳以合理的捻劲, 然后由抽绳辊对辊把绳抽出, 最后缠卷到卷绳盘上。由于稻草自身的情况各不相同, 包括茎杆的粗细、茎节的长短与多少、含水量、软硬度等, 每次拨草针所拨下的草的量也不尽相同, 有时会产生或多或少的情况。当双侧射草针拨下的草量都多时, 到达搓合管6处通过就非常费力, 抽绳对辊就会拉动草绳、搓合管6和与搓合管联动的套筒5一起向前移动, 从而对弹簧1有个压力, 弹簧1压缩后通过传动连杆4带动拉杆7, 拉杆7把变化传递给, 然后传到塔轮11 (当机器正常工作时塔轮11一直在转动, 且在一大一小的两个摩擦轮9和10之间, 间隙均约在1mm左右) , 塔轮11和摩擦轮接触, 依靠摩擦作用令摩擦轮旋转, 与摩擦轮一体的长轴通过棘轮8令丝杠轴13转动, 从而丝杠轴上13的皮带涨紧机构12在丝杠上移动, 带动皮带15移动, 皮带15连接主动锥体斜面轮14和被动锥体斜面轮16, 主动锥体斜面轮14一直在转动, 通过皮带15传动带动被动锥体斜面轮16转动。由于主动锥体斜面轮的转速一定, 所以皮带在它的不同半径位置上就具有不同的线速度, 这样传递到被动锥体斜面轮上也具有不同的线速度和转速, 其变化后的转速信息传递给送草机构, 从而改变射草的速度。因此草量大时, 皮带向被动锥体斜面轮大端移动, 使之转速减慢, 从而射草速度减慢, 这样就减少了射草量, 直至达到搓合管刚好满满通过并且不堵塞为止。同样, 当双侧射草针拨下的草量都少时, 弹簧依靠自身的弹力张开, 这种变化通过传动连杆带动拉杆传递给塔轮, 塔轮和大摩擦轮接触, 使之向逆时针方向转动, 带动皮带涨紧机构向被动锥体斜面轮小端方向移动, 令被动锥体斜面轮转速加快, 从而射草速度加快、频率高, 这样就增加了射草量, 直至达到搓合管刚好满满通过并且不堵塞为止。通过自动调速机构的调整, 保证了草绳的均匀度和绳径的粗细。
存在的不足:正常生产时, 也会出现一侧射草量正常或者偏多, 而另一侧射草量偏少或者连续偏少的现象, 虽然如此, 双股稻草经过加捻劲后在通过搓合管时也能恰好满满通过且又不堵塞。此时, 稻草的自动调速机构不发挥作用, 生成的稻草绳出现偏拧现象, 即一股草明显多于另一股草, 这样的草绳结实度不理想, 容易断绳, 成为不合格品。
调速压力机自动停准上死点方法 篇5
许多压力机都要求采用调速来控制,调速的方法有采用变频器调速和电磁调速电机调速两种方法。无论采用何种调速方法,飞轮的的速度不同,冲床的制动角当然也就不一样。
要想使冲床停准上死点,目前采用的方法有:首先根据机器的调速范围将速度分成几段,调速器在不同速度段给出不同的开关量信号,使PLC能够辨别出当前的速度是在哪个范围内,或者使PLC直接读取出当前的速度值来判断速度范围。有几个速度段,就选用几个制动凸轮,PLC能够根据不同的速度段,判断出选用哪个制动凸轮来停准上死点。在每个速度段中,速度也是变化的,制动角当然也是变化的,只是偏离上死点的位置小了点。这样做的结果会使PLC的输入点数增加不少。
2 利用编码器来控制调速
为此,我们利用编码器,准确计算出上一次停止位置与上死点的偏差,自动调整制动角,使压力机精确停在上死点位置。
2.1 硬件选择及接线
这里PLC为三菱FX1S系列PLC,编码器选用国产增量编码器即可。金属光栅,旋转一圈输出360个脉冲,两路输出,原点负逻辑输出。具体接线见图1所示。
X0、X1、X2为PLC高速计数器输入点,分别接编码器的A相、B相、Z相,对应的计数器为C252。SQO为机械凸轮的行程开关。需将编码器的原点调节到与机器的上死点一致。
2.2 程序流程图(图2)
2.3 计算机程序
0 LD M8000
1 OUT C252 K999//编码器计数程序
6 ABSD D200 C252 M200 K6//凸轮指令
15 MOV K350 D200
20 MOV K10 D201//以上两句为上死点角度的设置
25 MOV K175 D202//制动凸轮开始点
30 LD M8002
31 OR X11
32 MOV K325 D203//制动凸轮关闭点赋初始值
37 LD M8000
38 SUB K360 C252 D180//若没到上死点判断压力机偏离上死点的距离
45 LD X006//单次
46 OR X007//连续
47 ANB
48 ANDP T40//压力机停上死点后0.1s
50 ANI M201//非正常停止
51 CMP K180 C252 M410//判断压力机是超过了上死点还是没到上死点
58 MPS
59 AND M412//没到上死点
60 ADD D203 D180 D203//将偏移上死点的距离增加给制动凸轮的关闭点D203
67 MPP
68 ANI M412//超过上死点
69 SUB D203 C252 D203//将制动凸轮的关闭点D203中超过的量减掉
76 LD M8000
77 CMP K180 D200 M420
84 CMP K360 D200 M425//以上三句判断制动角是否合理
91 END
2.4 注释
2.4.1 ABSD D200 C252 M200 K6为凸轮指令,共6组凸轮,受C252控制;D200-D211共12个寄存器,分别为6组凸轮的开始角度和凸轮关闭角度;M200-M205分别为6组凸轮的输出,见表1所示。
注:M200——上死点;M201——制动凸轮。
2.4.2 双联阀在断电0.1s之后,压力机能够停下来,这时才可以判断机器停止位置相对上死点差多少。注意,这只能在单次和连续时才能判断,非正常停止时,不能作判断。
2.4.3 如果制动角被计算出来的值超过一定范围,那么将会报警。为了防止编码器失效,应该增加一个机械凸轮SQO,程序里将X3与M201串联起来一起控制。这样即使在编码器失效的情况下,机械凸轮也能够发出制动信号,为压力机提供安全保护。
3 总结
上述的控制方法,使各种方式的调速压力机能够准确停在上死点,不需要再去一个一个的调节凸轮,而且大大减少了凸轮的数量,减少了PLC的输入点数,降低成本。缺点是,当速度发生较大变化时,首次停的位置不太准确。
参考文献
[1]陈松立.控制电器与控制系统.徐州:中国矿业大学出版社,2001.
[2]齐占庆.机床电气控制技术.北京:机械工业出版社,1994.
[3]杨祥根,韦勇.电子凸轮控制器在机械压力机上的应用.锻压装备与制造技术,2008,43(6):52-56.
自动调速 篇6
平高集团有限公司 (以下简称平高集团) 座落在河南省平顶山市, 前身是平顶山高压开关厂。经过40多年的创新发展, 现已成为中国高压、超高压及特高压开关等重大装备的研发制造基地之一。
为实现节能减排, 提高企业效益, 平高集团组织实施了大量的技术改造工程, 采用变频调控技术对供水系统的改造就是其中1项。现已取得显著效益。
1 平高集团的供水系统
1.1 水源井基本情况
由于建厂初期市政供水能力不足, 经过水行政主管部门批准并核发《取水许可证》, 平高集团实行自备井供水。自备水源井的情况见表1。
1.2 原供水系统基本构成
平高集团地下管网全长10 km, 建有1座200 m3储水塔。原供水系统采用3台水泵将地下水抽到储水塔后再向用水单位供水, 3台水泵全部采取人工管理, 并利用电接点压力表辅助控制水泵供水压力及水泵的启停。
1.3 原供水系统存在的主要问题
1.3.1 供水压力波动大无法满足生产生活需求
整个供水系统由3个水泵站组成, 由3个值班工分别根据各泵出口压力, 自行决定各井的开停, 水压直接受到值班人员的主观影响, 无法实现最佳开停匹配, 无法达到满足供水压力的需求。
1.3.2 电能浪费多管网承压大
整个供水系统需要24 h不间断供水, 用水量及对供水压力的要求随季节、生产周期、每天工作时段的变化。采用人工调节, 即使值班人员责任心很强, 也很难及时有效地调节。造成高峰时压力不足, 低谷时压力过高, 电机空转。
1.3.3 供水条件复杂管理十分困难
由于水塔容积只有200 m3, 供水量及供水压力受水塔本身限制。同时, 水塔建在生产区正中央, 影响企业整体规划。
生产区和生活区用水采取统一供水系统, 尤其是生活区平房、多层楼房、高层住宅交叉分布, 用水需求情况不同, 供水压力无法在最佳经济区间运行。
居民生活用水由企业供应, 不利于节水意识的培养。多年来居民用水回收率在50%左右, 浪费严重, 且实行低于成本收费, 增加了企业供水系统成本。
2 变频调速技术的发展及节电原理分析
2.1 变频调速供水技术的发展
变频调速恒压供水技术是20世纪80年代后期发展起来的[1]。随着电力技术的发展, 以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备, 其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式以及齐全周到的功能, 使供水系统实现节水、节电、节省人力, 最终达到高效运行的目的[2]。
变频调速恒压供水技术能实现水泵的软启动, 减小水泵启动时的冲击电流, 不仅延长了水泵的使用寿命, 且在调节水泵流量时, 节约了可观的能量。变频调速恒压供水系统实现水泵电动机无级调速, 根据用水需求, 自动调节系统的运行参数, 在用水量发生变化时, 保持水压恒定, 可满足用水要求。
变频调速恒压供水的主要特点是, a) 供水量在短时间内 (几个小时) 的变化可达几倍甚至是10倍;b) 其供水压力随供水流量的变化而变化, 甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力;c) 一般情况下, 其供水流量受消耗量的控制, 其水流量通过供水水泵的输出来提供。
变频调速恒压供水技术, 在短短几年内, 经历了逐步完善的发展过程, 早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替。目前, 变频调速恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种的方向发展[4]。
2.2 变频调速节电分析
2.2.1 变频调速电机节电分析
变频调速器将电网中的三相交流先整流成直流电, 再通过逆变器将直流电逆变为电压可调、频率可调的三相交流电去驱动异步电动机, 实现了调速和节电。
三相异步电机转速计算式[4]为
其中, n2为转子转速, r/min;n1为同步转速, p为极对数, f1为电源频率, Hz, s为转差率。
由计算式可知, 调整转速可通过改变电源频率、绕组的极对数或转差率等3种方式实现, 一般p, s不变, 则n2与f1成正比例。
水泵转速是根据每分钟旋转的圈数计算的。铭牌中规定的转速是最大的转数n, 不能任意提高, 降低转速不宜低于50%, 水泵转速改变时, 它和轴功率N的变化关系是,
即变速后轴功率=原轴功率× (变后转速/原转速) , 一般原功率、原转速一定, 设f1降为a%, 则n2下降a%, 因此, 可把计算式改写为,
N2∝ (1-a%) n2∝ (1-a%) f1,
示例:若f1降30%, 则变速后轴功率变为,
即若f1降30%, 消耗功率为额定功率的34.3%, 则节电率为65.7%。
2.2.2 变频调速供水系统节电分析
变频调速供水系统的节电原理见图1[1], 其额定运行时工况点D是泵的特性曲线Nn与管路阻力曲线R1的交点。
传统供水系统利用阀门控制水泵, 如, 需减小用水, 即流量从Qn减小到Q1, 需关小阀门, 使阀门的摩擦阻力变大。即阻力曲线从R1转移到R1', 扬程则从H3升到H4, 运行工况点从D点转移到A点。
变频调速供水利用变频器控制水泵, 阀门不需要有开度变化, 因此, 阻力曲线R1不变。为使流量改变, 只需改变水泵转速。如果把速度从nn降到n1, 特性曲线也从Nn转移到N1。此时, 运行工况点从D点转移到C点, 扬程从H3下降到H2, 流量从Qn减小到Q1。则A点水泵的功耗为PA=kH4Q1/η, C点水泵的功耗为PC=kH2Q1/η, 两者的差值为,
即用阀门控制水泵流量时, 有ΔP功率被浪费, 且这个损耗随着阀门开度的关小而增加。
3 平高集团供水改造方案及可行性分析
3.1 整体供水改造方案
生产区保留自备井供水, 取消水塔, 取消人员值班, 全部采用变频调速技术对3口井进行恒压供水智能控制系统改造。生活区生活用水改造结合平顶山市实施的自来水“一户一表、水表出户”改造工程进行, 改造后居民供水管理、抄表收费及管道维修工作由平顶山市自来水公司负责, 对由于市政供水压力较低, 无法直接供水的局部高层住宅, 加装变频恒压供水设施。
3.2 可行性分析
采取自备井供水符合当地政府有关水资源管理的政策。由于当地供水能力不足, 允许企业在获得取水许可手续后, 继续采用自备水源井自行供水。自备水源井供水有利于降低企业生产成本。
3.2.1 自备水源井供水成本
自备水源井供水成本主要包括向市政府缴纳的污水处理费和水资源费, 用电成本、设备折旧、设备维修、运行管理以及漏失损耗等费用。
平顶山市规定的污水处理费收费标准是按取水量的40%计算的, 收费标准为0.8元/t;地下水资源费收费标准为0.65元/t;平均用电为0.52 kW·h/t水, 电价按0.7元/k W·h, 平均电费为0.364元/t水;运行费用包括值班人员13人, 工资支出26×104元, 平均运行费用为0.132 65元/t水;设备折旧及维修费用平均为5×104元/a, 平均费用为0.025 5元/t水;管网漏失率为10%。综合以上因素企业自备水源井供水综合成本为1.64元/t水。
3.2.2 市政供水成本
市政工业用水价格为2.6元/t, 市政居民生活用水价格为1.85元/t, 主要包括基本水价、公用事业附加费、污水处理费、水资源费等费用。
居民区采用市政直接供水, 符合国家有关居民用水社会化管理及自来水“一户一表、水表出户”改造的政策, 有利于加强管理, 减少企业负担, 支持企业发展。
平高集团自备水源井供水综合成本为1.64元/吨, 如考虑回收低 (50%左右) 以及管理、抄表、维修等费用, 企业居民自供水成本在3.5元/t。由市自来水公司直接管理, 居民生活用水价格仅为1.85元/t, 不需要企业再承担其他费用。同时, 改造后基本不增加居民的负担。
4 平高集团变频调速供水改造实施
4.1 生产区供水系统变频调速技术改造实施
平高集团恒压供水智能控制系统以std总线工控机为中心, 利用变频器对主要水泵的压头进行连续调节, 辅以对其他水泵的开关控制来实现恒压供水。同时, 具备对各种数据进行处理、报警保护、故障处理等功能。具体见图2。
该系统通过2号泵的变频连续调节及1号泵、3号泵的开关控制, 保证系统供水总管的压力稳定。该系统主要功能有, a) 实时检测、控制供水总管的压力 (压力值可以设定) ;b) 实时检测流量及累计总供水量;c) 实时检测电机工作电流及温度;d) 各种参数的瞬时值、变化曲线可由显示屏显示、打印机定时或强制打印;e) 该系统具有断电后资料保护不少于8 h的功能, 来电后能保持所有数据不丢失, 且能继续累计;f) 系统包括独立的自动控制部分和手动控制部分, 具有方便的手动/自动切换功能, 可进行远距离控制和现场控制;系统具有完善的自检和保护功能, 能对水压超限、电机故障等进行声、光报警, 并能自动进行故障处理。
4.2 生活区居民供水改造实施
平高集团有4个居民区3 000户居民, 平均用水10×104t/月, 全部改为市政直接供水。宿舍区有两处因原供水系统水压不足, 采取了无塔供水措施。改为市政供水后, 靠近市政主管道的8层住宅, 由于市政水压较高, 可实现市政直接供水, 取消原无塔供水设施。另一处, 200户的7层居民住宅4楼以下实现市政直接供水, 5层及以上供水压力不足。为不影响整体改造移交, 保证居民用水, 同时减少用电消耗, 平高集团结合供水改造工程对原无塔供水系统进行改造。
中国的变频调速恒压供水设备由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、智能PID调节器、压力变送器、PLC控制单元等部分组成, 控制系统原理见图3。
5 运行及效果分析
5.1 运行分析
平高集团整个供水系统2005年12月31全部改造完成。通过多年的运行统计分析, 达到了预期目的和设计要求。系统运行可靠, 供水压力稳定, 能够满足生产生活用水要求。
改造后, 正常生产条件下, 典型工作日24 h生产供水压力、取水及用电单耗检测统计结果见表2。从表2可看出, 平高集团最小用水量为18.5 t/h, 出现在3:00到5:00之间;最大用水量为326 t/h, 最高供水量是最低供水量的17.6倍。在供水量出现周期性巨大波动的情况下, 平均供水压力始终稳定在0.2713 MPa左右, 有效保证了生产生活供水。生活区供水情况正常, 没有出现供水不足或压力过大现象。
5.2 实际节电效果分析
5.2.1 生产区节电效果及成本统计分析
通过抄表统计, 生产区供水系统节电情况见表3。
5.2.2 生活区供水节电效果及成本统计分析
生活区供水系统用电节电情况见表4。
通过以上统计分析, 平高集团变频调速供水改造项目实施后, 节电69.14×104k W·h, 折人民币48.398×104元。
5.3 投资效益分析
5.3.1 改造投资分析
平高集团变频调速供水系统改造投资见表5。
5.3.2 投资效益分析
a) 改造后节约电费48.398万元;b) 减少自备水源井值班人员13名, 减少居民用水管理、抄表、收费及维修人员4名。按人均工资2×104元/a计算, 节约运行成本34×104元/a;c) 改造后减少了漏失, 节水价值为56.58×104元/a;3项合计节约138.978×104元/a。
5.3.3 投资回收期分析
投资回收期= (改造总投资/改造后总收益) ×12=11.22 (月)
6 结语
通过平高集团变频调速供水改造及运行统计分析, 可以看出, 采取变频调速供水改造, 投资小, 见效快, 技术成熟, 在解决企业供水压力不稳及降低运行成本的基础上, 取得了很好的节电效果。
摘要：叙述了变频调速供水技术的发展状况、平高集团变频调速供水系统的构成及工作原理, 指出, 平高集团变频调速供水系统以std总线工控机为中心, 以变频器为核心部件, 根据企业用水需求自动控制水泵投入的台数和电机转速, 自动跟踪管网与给定压力的偏差变化进行压力调节, 实现了闭环自动恒压供水。
关键词：变频器,变频调速,恒压供水,节能
参考文献
[1]方秀琴.变频恒压供水系统的设计[J].杭州科技, 2005 (5) :54-55.
[2]贝西电器.变频器在恒压供水方面的应用[EB/OL].[2005-07-19].http://www.gzbc.com.cn/Display.aspid=143.
[3]中国工控网.交直交变频器[EB/OL].[2008-07-28].http://www.gongkong.com/webpage/paper/200807/200807281347-2800001.htm
自动调速 篇7
1 变频器的性能与节能作用
目前, 变频器主要是应用在交流电动机 (异步电动机、同步电动机) 的转速的调节方面, 是目前为止公认的最有前途的交流电动机调速的方案。变频器在具有优秀的调速性能外, 还具有显著的节能作用。在中国是在20世纪80年代所引进的, 随之在我国节能的应用方面, 变频器成为了很重要的节能自动化设备, 得到了迅速的发展与大范围的应用, 如:在电力行业、建材行业、石油行业、造纸行业、食品饮料行业等;在公共的设施中, 例如:中央空调调节器、供水设备、电梯设备等设施中都应用到了变频器。
变频器在生产之初是在对速度进行调控方面来发挥作用的, 我国目前将这种调节速度的功能应用在节能的功能上, 并且取得了一些成效。我国能源消耗的非常厉害, 在国家每一年的电力消耗中, 有60%~70%是动力电, 在总容量5.8亿的电动机中, 变频控制的电动机设备只有2000万千瓦, 所以, 我国提倡节能降耗的同时也非常注重发展变频调速技术的发展。变频调速技术使电动机在节能的转速形式下运行, 并且在一定程度上对电动机的转速控制精度进行提高。在实际中的具体应用如下:在风机水泵中, 依据流体力学的原理, 轴功率与转速三次方形成正比, 当设备所需要的风量减少时候, 风机的转速自然就降低了, 设备的功率也在同一时刻按照转速的三次方逐渐下降。可见精确调速在节电方面的效果非常好。所以, 采用变频调速, 可以有效提高电动机运行的工作效率, 具有高节能潜力。
2 变频调速在工业电气自动化控制中的运行
电气设备的负载程度决定了变频调速的节能效果。本文以矿井提升机为例子, 在矿井提升机的电控系统中拥有着多种保护, 如:过卷、松绳、超速、低速, 对这些都在时刻的进行着保护, 在提升机运行的过程中, 这些保护会对提升机的安全进行着监视, 当提升机运行中不正常的情况发生时, 就会立刻发出警报的信号并且实施紧急的制动措施, 以确保提升机运作的安全。
2.1 深度指示器的保护失效
矿井提升机在运作的过程中其包含的多重保护是以提升机的运作行程作为主要依据的, 深度指示器起着至关重要的作用, 一旦它失效会导致多种保护随之失效, 所以, 对深度指示器在设计的时候, 一定要设计失效保护。具体的操作如下:启动电动机后, 把在采样周期内的各个编码器所发送的脉冲数进行累加, 对比采样前与采样后的数值, 如果数值没有发生变化, 那么, 深度指示器已经是失效状态。在深度指示器出现失效的情况下, 首先要去判断提升容器是否已经进入到了爬行区, 如果爬行区中提升容器没有进入, 就需要将声光报警的信号发送出去, 直到司机接受到提醒的信号;如果提升容器已经进入到了爬行区中, 就需要采取安全制动措施, 并同时发出声光的报警信号。
2.2 等速段超速进行保护
等速段超速度保护在提升的系统中是速度检测机构对提升机速度进行测量的依据, 当提升机的速度超出额定15%的速度时, 继电器的动作慢于安全回路的速度, 则会将安全回路断开, 并实施紧急的制动措施。由于在等速段内提升机有着较高的运行速度, 在进行紧急制动实施时, 会产生冲击危害, 所以等速段保护在设定的时候, 应该分两个阶段:当速度超过额定运作速度的10%, 系统需要发出声光报警信号, 提醒司机实施制动措施;当速递恢复正常运作速递时, 系统自动解除报警讯号, 恢复正常工作。这样的保护设定, 可以将紧急制动造成的伤害降到最低。
2.3 减速段超速进行保护
减速段在提升机整体的运行过程中是最重要的阶段, 同时, 在减速点之后也是提升机事故的多发点。从减速点开始就是提升机能否安全的到达所指定的停车位置的关键时期, 按照规定在减速点进行减速是极其重要的。PLC将对提升容器的运行速度不断的进行采样, 并将所采集的速度同规定的速度进行差值对比, 一旦采集的速度超过规定的速度, PCC控制系统就会自动的发出警报, 并对提升机实施安全制动措施。
以上是矿井提升机系统中变频调速的应用, 我们可以见到变频调速在提升机中的应用是很广泛的, 提升机每一部分的设备操作变频调速都发挥了一定的作用, 对矿井提升机的安全性与可靠性起到了基本保障的作用。在这里, 笔者只是用矿井提升机来举例说明变频调速在工业电气自动化控制中是什么样的运行路线与思路, 以致于让大家能够对变频调速在实际的工业电气自动化控制中有详细的了解, 而不再是理论上的了解。
3结论
变频调速就像是每个厂家设备的改造与产品的生产都会需要的新产品、新技术, 有了变频调速就可以改造系统进一步节能降耗。在今后的变频器设计上还需要对其不断的完善与优化, 更好的提升它本身的性能, 来发挥着显著的节能效果, 并达到改善工艺条件的目的。
摘要：由于电力传动在特性上趋于复杂, 电动机不断正反方向的运行, 使电动机长期处于负荷运转, 导致电动机在电动、制动状态中不断转换。随着交流电动机变频技术的日益完善, 变频调速器被广泛应用于交流异步的电动机调速中, 并已经发展成为电动机调速节能的主要技术, 它的安全性与可靠性被普遍关注。本文以矿井提升机为例, 探讨变频调速在工业电气自动化控制中的运行思路。
关键词：变频调速,节能,电气自动化
参考文献
[1]黄仁勇.浅谈变频调速技术在电气自动化控制中的应用[J].电源技术应用, 2013.
[2]华爱琴.变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的运行[J].电子制作, 2013.
自动调速 篇8
1 新颖技术特有的节能价值
异步态势下的电动机, 若在设定好的基频之下, 去调整速率, 那么常常接纳恒压的路径, 设定出压降补偿的惯用控制路径;若在设定好的基频之上, 去调整速率, 那么可接纳恒压变频的惯用管控路径。整合如上的情形, 可以获取异步态势下的管控特性。依循DIT架构下的对称原则, 若分出两个特有的数值组, 那么对应框架内的频域, 就会建构出奇偶抽选路径下的分组办法。依循如上的办法, 形成了惯用的FFT架构, 可被看成频域抽选的特有算法。
惯用的变频器, 涵盖着的制动电路, 是异步态势下的制动需要。在变频器衔接着的调速架构以内, 为限缩电动机原初的速率, 或妥善去停机, 可以渐渐去限缩原初的输出频率。用如上的办法, 去限缩异步态势下的转速, 从而也限缩了电动机原初的速率。在限缩速率的流程以内, 比对异步态势下的现实转速, 同步态势下的这种转速, 会带有偏低的特性。转子电流产出的相位, 带有相反的总倾向。因此, 异步态势下的电动机, 就会产出特有的制动转矩, 涵盖了再生架构下的制动状态。
对那种容量偏大的变频器, 为了限缩原初的耗费, 通常接纳电源再生这样的单元, 把获取到的那些能量, 供给现有的供电电源。然而, 对于容量偏小的那种变频器, 则可接纳制动电路, 把异步态势下的电动机产出的反馈能量, 耗费在架构以内的电路之上。实践层级内, 对于再生出来的那些制动能量, 要依循通用架构下的变频容量, 妥善予以存留。一般接纳电阻泄放的办法、存留在回电网以内的办法。
2 自动管控的运用路径
2.1 新颖的调速特性
变频调速特有的配件, 都安设了300毫米这一规格的晶圆;与此同时, 建构在TSMC根基上的、带有低K工艺这一特性的制备路径, 能获取到期待中的运转速率, 并限缩成本。这一调速路径, 接纳了最小化态势下的新颖硅区;可以只安设一个芯片, 就能支撑住带有复杂态势的数字体系, 且耗费掉的建构成本, 只相当于惯用的集成电路。高性能架构下的、带有通用特性的变频器, 能满足设定好的工程需要。如上的体系, 涵盖了这些配件:独立架构下的变频器、直流母线衔接着的变频器、能夹带能量的那种回馈单元。
在这之中, 独立式架构下的变频器, 是安设特有规格的整流单元, 以及特有规格的逆变单元。把它们安设在机壳框架以内。如上的安设办法, 是最多被接纳的。通常情形下, 只要安设一台合规的电动机, 用于惯常态势下的工业负载。选取出来的配置办法, 是整合起AS的特有配置, 以及JTAG这样的配置。因此, 设定好的电路, 要同时与如上的路径相吻合。在这之中, 要查验配置芯片现有的规格。依循这样的搭配路径, 来设定可用的连接方式, 并查验引脚的属性。
串行态势下的配置芯片, 接纳了EPCS1这样的规格;带有针头插口的那些配件, 能衔接起JTAG这样的配置;下侧方位内的配件, 能安设AS这样的配置。高性能态势下的变频器, 在驱动特有的电梯、驱动特有的升降机、驱动可逆路径下的机械时, 都要安设四象限这样的运行架构。因此, 能量回馈搭配着的单元, 就要把制动产出的能耗, 再去运送给现有的电网, 以便保护好这样的再生能量。
2.2 自动化管控的真实应用
带有自适应特性的、电动机特有的模型单元, 是经由查验, 去输入现有的电压及电流;在这以后, 就要接纳自动的路径, 辨识这一时段内的根本参数。自动辨识出来的这种参数, 带有精准的优点。这样的配件模型, 把直接态势下的转矩控制, 当成本源的管控单元。对工业架构下的应用场合, 若现有的转动速率, 超出了预设的精度, 则可接纳闭环转速特有的反馈体系。
转矩比较器、磁通态势下的比较器, 都可把接纳的反馈数值, 去比对既有的参考数值。每隔某一时段, 就去比对一次。两点式架构下的滞环调节, 可以输出现有的磁场状态, 或者现有的转矩状态。脉冲优化衔接着的选择器, 安设了特有规格的芯片, 以便处理偏多的信息。OFDM架构下的调制办法, 预设了足量的信号源。五个特有的模块, 建构起了FPGA这一框架内的模块电路。
具体而言, 它涵盖了新颖的星座映射、插入循环衔接着的前缀、缓冲必备的那种模块。OFDM配有的信号源, 能对现有的多样模块, 予以模仿和查验。电解产出的电容量, 都带有偏大的离散特性;这样的状态, 造成如上的配件, 都荷载了不等态势下的电压。因此, 可在现有的电容边上, 并联上特有的均压电阻, 来限缩离散干扰。
3 结束语
电气自动化这一架构下的惯用控制, 要妥善衔接起现有的电控盘, 多接纳了电气路径下的连接线。这样的衔接路径, 会耗费掉偏多的修护工作, 也缺失质量管控的特有保障。若线路带有复杂态势, 则后续时段内的安设及调试, 会增添麻烦。施工场地涵盖着的开路及短路弊病, 也增添了修护疑难, 干扰到运转态势下的顺畅。要接纳新颖的变频办法, 明晰调速技术现有的运用前景, 并创设最佳情形下的应用架构。
参考文献
[1]黄仁勇.浅谈变频调速技术在电气自动化控制中的应用[J].电源技术应用, 2013.
[2]刘铁中.PLC技术在电气设备自动化控制中的应用[J].科技视界, 2013.