试论变频技术在煤矿机电设备中的应用

第一篇：试论变频技术在煤矿机电设备中的应用

试论变频技术在煤矿机电设备中的应用

摘 要：随着煤矿企业机械化生产改造日益完善，煤矿开发中的机电设备用量越来越多，由此对于煤矿机械化操作效能提出了更高的要求。在煤矿生产所使用的机电设备，越来越多地采用了变频技术，因为变频技术不仅能耗低，而且操作更加灵活。因此，本文对变频技术在煤矿机电设备中的应用进行探讨，分析变频技术的基本原理，阐述其在煤矿机电设备中的重要作用，对变频技术在煤矿机电设备采煤机、提升机、皮带机、通风机等设备中的应用。

关键词：变频技术；煤矿机电设备；煤矿生产；技术应用

中图分类号：X752 文献标识码：A

随着我国煤矿生产从粗犷型开采向精细化生产转变，煤炭生产机械化操作越来越普遍，而为了构建节约型煤矿生产，将变频技术引入到煤矿机电设备中，通过对机械设备的合理规划与控制，提高煤矿生产水平，降低能耗，构建环保型生产体系是现代化煤矿企业重要的发展方向。

1.变频技术应用的基本原理

变频技术是一种可以灵活调节生产设备进行科学生产的一种技术，其改变了传统机电设备固态生产模式，使机电设备更加具有可操作性，在现代化生产中具有非常重要的实用价值。目前，变频技术已经融入到各类生产中，并结合信息技术、网络技术、自动化技术等，使生产更加人性化。变频技术的工作原理是通过半导体元件对交流电的控制使机电设备生产可根据需求进行调速，其中逆变器是变频技术的主要核心元件，通过逆变器可以机电设备的通电电流和电压发生改变，进而使电机设备具有无极变速的能力，让机电设备能够具有快速操作、中速操作、慢速操作等诸多的操作方法。变频技术的主要特点是能够使机电设备的电机根据需求进行加速和减速，在此过程中，转变电机设备原有固定转数的方式，使机电设备运转可根据需求进行转数的调整，这种方式大大降低了机电设备的损耗和能源的消耗，不仅利于生产，而且可以节约生产成本。变频技术具有很好的可控制和可操作性，随着自动化控制技术的发展，目前很多机电设备已经采用了人工神经网络、模糊自动化等智能变频，让劳动生产更加规范化、专业化，降低人工劳动强度，提高生产产能。

2.变频技术对于煤矿机电设备的重要作用

煤矿生产是国家重要的能源供给来源之一，改革开放以来，我国工业化发展进程越来越快，煤炭产量逐年提高，煤炭资源的储备量大幅度减少。而由于原有的开采技术落后，造成了大量的能源浪费，并且给环境带来了巨大的污染。随着能源结构的改革和先进机电设备的出现，现代化、科技化能源生产，成为了煤炭企业调结构、促发展的重要支撑。由此，大批的机电设备应用于煤矿生产中，煤炭企业得到了技术上的大幅度升级改造。目前，煤炭企业机械化生产已经成为一种常态，而大量的机电设备给企业带来的能源消耗也非常的巨大，用电量、用水量费用都是企业主要的财务支出，同时在节能减排的政策引导下，企业生产效率与降低能耗和减少污染相平衡，这就必须要采取科学的技术手段满足各方面的需求。将变频技术引入煤矿机电设备生产中，一方面能够人性化生产，另一方面可节能减排，减少煤炭企业成本开销，对于煤炭企业可持续发展具有非常重要的意义。

3.频技术在煤矿机电设备中的具体应用

随着机电设备的升级换代，变频技术在煤矿机电设备中的应用范围越来越广，并且融入了计算机控制技术、自动化技术、智能控制技术等，使变频技术在煤矿机电设备中的运用越来越灵活。其中在煤矿生产主要的机电设备中的应用尤为突入，如：在采煤机、提升机、皮带机、通风机中的应用等。

3.1 变频技术在采煤机电设备中的应用

采煤机是煤矿开采中不可或缺的机电设备，在开采过程中采煤机开采过程较为复杂，并且启动与停止频率较为频繁，强行受阻会影响采煤机的使用寿命。因此将变频技术引入到采煤机工作中，使采煤机能够以一种匀速的方式进行工作，控制采煤机下滑和溜车的现象，实现采煤机调节精准控制。

3.2 变频技术在提升机电设备中的应用

提升机在煤矿开采中的作用是将设备、物料、人员从地面输送到地下，或者把设备、人员等提升到地面，起到地上与地下的运输作用。在煤矿开采过程中，提升机每天都需要上下频繁使用，不同物资的运输对于速度的要求不同，例如设备的运输的速度要比人员运输的速度慢，如果都以运输设备的速度运输人员会降低煤矿生产的效率。并且频繁地上下操作提升机所消耗的电能非常大。所以引入变频技术，控制提升机上下运输的速度，可以满足不同运输的需求，同时还可以降低电能的消耗。此外，传统提升机在控制上下速度时会选择通过增减电机的电阻来完成速度的变化，这种方式一方面调节速度的范围较小，另一方面调速的稳定性难以保障，极易造成电阻的损坏。而引入变频技术，通过电路程式来调节提升机的速度，提高了变速的范围，并能够提升变速的稳定性，这样还可以延长提升机电机的使用寿命。

3.3 变频技术在皮带机电设备中的应用

皮带机是运输矿车的主要工具，由于矿料的重量大，所以皮带机运转需要大功率的电机，这样在皮带机启动和停止过程中，都会给皮带机造成强大的阻力，容易导致皮带机的损坏，而且会加剧皮带机皮带的老化和断裂。皮带机如果采用匀速运输，矿料进入皮带机传送和从皮带机卸下时，太快不利于人工的操作，太慢又影响生产效率。引入变频技术则可以通过数控使皮带机根据需求进行调速，启动和停止过程都予以缓冲，降低皮带机机械的磨损，同时根据矿料上皮带机和下皮带机的及时操作自动变频，使皮带机运输更加科学和人性化。

3.4 变频技术在通风机电设备中的应用

通风机是煤矿井下作业必备的气流交换设备，他可以保证井下工作人员的有氧呼吸。由于煤矿开采在随着深度的不断加大，换气压力也越来越大，通风机的功率要求就不断的增加，所以需要通风机具有随井深加深而不断提高通风的能力，如果采用同一风速，可能造成在一定深度一下供氧不足，或者在较浅深度通风过大，造成能源的浪费。这就需要变频技术对通风机进行控制，以保证在不同深度环境下作业的人员能够拥有充足的氧气。此外，通过变频技术对通风机风量的调节，可以在一定程度上减少能源的消耗，为煤矿企业节约生产成本。

结语

变频技术在煤矿机电设备的应用具有非常重要的作用，通过变频技术可以有效地控制煤矿机电设备的启动与停止，并通过调节变速器设备，控制煤矿的生产节奏，由此可以做到提高生产效率，降低能源消耗，实现节能环保目标。随着煤矿机电设备智能化的发展，变频技术的应用将更加广泛和频繁，并且随着机电一体化、人工智能技术、网络技术等的加入，变频技术与各项技术相结合，再由变频技术对煤矿机电设备进行控制，实现煤矿开采科技化、智能化。由此可见，变频技术作为未来各项技术对机电设备操作的关键环节，在任何技术上都具有不可或缺的作用。

参考文献

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第二篇：煤矿机电设备中变频技术的应用研究（模版）

煤矿机电设备中变频技术的应用研究

【摘要】从我国进行改革开放之后，我国逐渐走上了一条可持续发展之路，各个领域都以绿色、环保作为发展的前提，而变频技术在有着良好的节省能源、降低消耗的作用的同时，还具有高性能矢量控制以及强大的抗干扰能力，因此，这项技术如果能够在煤矿机电设备中运用得当，不仅能为企业创造更好的经济效益，还能够提高该行业的社会效益。本文就变频技术的特点以及如何将变频技术运用在煤矿机电设备当中做出了分析。【关键词】煤矿机电设备；变频技术；工作原理；实际应用

现阶段，我国正处于一个经济飞速发展的阶段，各个行业都力图在这个社会环境下取得更好的发展，而煤矿企业如果想要在如此激烈的市场竞争环境中脱颖而出，取得更好的发展前景，就必须要将节能效果更好的变频技术运用到实际的煤矿开采工作当中。与此同时，经济的飞速发展带来的是我国居民的生活水平大幅度提高，在这个前提之下，人们开始更加的关注环保，希望能够更进一步的改善生活环境，因此，煤矿企业就更应该将变频技术应用到煤矿机电设备当中，从而在提升煤炭开采效率的同时还能够保证节能环保。1 变频技术的工作原理

在过去，各大煤矿企业都没用能够将变频技术实际应用到煤矿机电设备当中，都是使用交流电发动煤矿机电设备来进行工作，这就造成了资源的大量浪费。在经过调查研究以及实际接触之后发现，将变频技术应用到煤矿机电设备当中能够使交流电的速度发生一定的变化，因此，能够在很大程度上的降低对于电能的消耗。就目前而言，变频技术不管是在实践上还是在理论上都已经取得了很大程度的进步，主要是包括以下几点：功率器件变得更加智能化；逐渐实现了模糊自由化控制；变频技术当中的控制理论变得更加成熟，主要表现在变频速度的提升；我国许许多多的煤矿企业已经开始大量使用变频技术来完成转矩以及对矢量的控制工作。对于煤矿机电设备来说，使用变频技术能够使得交流电按照工作环境的变化而发生变化，通过将大功率晶体管（即GTR）转换成为绝缘栅双极晶体管（即IGBT）来提高功率器件的智能化程度，这就是变频技术的实际工作原理。现阶段，调速系统的集成度在日益提升，这就使得变频器也开始日益综合化，不单单是基本调速功能可以被有效实现，还出现了许许多多的新功能，例如通信功能、编程功能以及参数的辨识功能等。将变频技术应用到煤矿机电设备中的优势

近些年来，我国的煤矿行业发展飞速，而为了能够确保经济的持续性增长，我国各个煤矿企业都在大力开采中国越来越少的煤矿资源，这使得我国的煤炭资源储藏量变得更加稀少，也导致煤炭行业的竞争变得更加激烈。在这些前提的制约之下，我国的煤炭行业如果想要获得更好、更长远的发展前景，就应当开始思考如何利用先进的技术来降低煤炭企业在日常的生产过程中所消耗的电力，通过尽量减少企业的工作成本来提高企业的经济收益。因此，煤炭企业应当尝试将变频技术应用到煤矿机电设备当中，通过新兴技术来实现企业生产过程中的节能减排，以此来提高企业的经济效益，与此同时，将变频技术应用到煤矿机电设备当中还能够减少设备向外界排放出的废物，大大的降低了煤炭开采活动对于生态环境产生的污染以及破坏。对于煤炭行业来说，在煤炭的开采过程中，各种机械设备每天消耗的电能非常多，只有合理的将变频技术应用到煤矿机电设备当中，大量增加具体的变频技术的应用案例，并以这些案例作为研究资料，才能够实现对变频技术的创新，从而更大程度上的提升对于煤矿机电设备的控制能力以及提升节能性。由此可见，将变频技术应用到煤矿机电设备当中是极为必要的。如何在实际工作中将变频技术应用到煤矿机电设备当中 3.1 将变频技术应用到提升机当中

在煤炭开采人员进行煤炭开采工作的工程当中，需要频繁的使用提升机来到达各个工作地点，并且需要使用提升机来完成对开采工具、材料以及煤炭材料的运用工作，因此，提升机对于每一个煤炭企业来说都是必不可少的设备之一。一般来说，提升机拥有以下两个特点：提升机的运动速度情况比较复杂；提升机的启动以及停止行为比较频繁。提升机在工作的时候，主要是利用安装在机械设备内部的金属电阻来完成对于提升机的调速工作，而电机的转速主要是取决于这个金属电阻的电阻大小，因此，提升机在工作时就会消耗大量的电能。这种传统的调速方法过于依赖额外动力来制动电源从而完成提升机的工作，安全性能就没有过多的保障。为了提高提升机在运行中的安全性并降低工作时对于电能的消耗，相关的技术人员可以利用计算机来讲变频技术应用到煤矿机电设备当中，从而实现机电设备当中各个电路元件之间的连贯性，并加强各个元件之间的逻辑关系，从而最终实现对于提升机的优化。

3.2 将变频技术应用到皮带机当中

除了提升机之外，煤炭企业在进行煤矿的开采时，还需要运用到大功率的皮带机来完成对于开采出的矿物的运输工作，而这种皮带机在工作的时候，非常依赖电机来带动皮带的转动，因此，就需要使用非常大的电流量来启动电机，从而带动皮带的转动。传统的液力耦合器能够实现对于皮带机的功能，但也会使电路电压发生较大的变化，可能会降低皮带的使用寿命，而且由于液力耦合器在工作时会产生大量的热能，这也会加速皮带的老化。因此，为了能够降低皮带的损耗，延长皮带的使用年限，相关的技术人员可以将变频技术运用到皮带机当中，以此来实现皮带机软启动，从而确保皮带机的平稳运行，降低电能的消耗。将变频技术应用到皮带机当中，能够大大的提升耦合器的能量以及能源的利用效率，而且设备的维修费用也会大大的降低，从而增加煤炭企业的经济效益。3.3 将变频技术应用到通风机当中

在进行煤炭资源的开采时，还需要使用通风机来为煤炭开采人员提供一个更加安全的工作环境。通常情况下，在煤炭开采人员深入井下进行开采的时候，必须要一直保持通风机处于工作状态，因此，这也需要耗费巨大的电能，而且伴随着煤炭开采数量的不断增加，煤炭开采人员需要下到矿坑更加深入的地方来进行煤炭的开采，这对于矿井内的通风机也是一个巨大的挑战，这主要体现在以下几个方面：通风机的起动电流需要变得更大；通风机的设备损耗变得更大；通风机的功率随着矿井开采的深度增加而变得更大。而将变频技术应用到通风机当中，就可以使得通风机可以实现软启动，还可以减少对于电能的消耗从而解决矿井井下通风的问题，除此之外，还能够延长通风机的使用寿命。3.4 将变频技术应用到采煤机当中

煤炭企业在进行煤炭资源的开采时，必须要使用采煤机，因此，煤炭企业必须要做好四象限工作，并将变频技术应用到四象限工作当中，只有这样才能够在较大范围内完成对于采煤机的调节工作，从而确保采煤机能够时刻保持平稳的运行，很大程度上的减少了下滑以及溜车等情况的发生。除此之外，将变频技术应用到采煤机当中还能够极大的简化采煤机的操作工程，降低了煤矿开采的工作难度。4 总结

变频技术一经问世，就引发了人们的广泛关注，很多企业都逐渐意识到变频技术对于企业发展的重要性。因此，会有越来越多的企业将变频技术应用到实际工作当中，尤其是煤矿开采行业，变频技术对于煤矿开采行业的提升非常巨大，而在经过一段时间的应用过后可能还会变得更加巨大，因此，煤矿开采行业应当将变频技术应用到更多的煤矿机电设备当中，让煤炭企业在激烈的市场竞争中更具竞争力。【参考文献】

[1] 王恩标.煤矿机电设备变频技术的应用现状分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2014,(17):745-745.[2] 朱峰波.煤矿机电设备变频技术的应用现状分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(3).[3] 张建荣.变频技术在煤矿机电设备节能改造中的应用研究[J].低碳世界,2013,(20):245-246.

第三篇：智能变频调速装置在煤矿中的应用

智能变频调速装置在煤矿中的应用

沈占彬

张晓军

(平顶山工业职业技术学院，河南

平顶山

467001)

矿用交流提升机在减速和爬行段的速度控制困难，不能实现恒减速控制，转子串电阻调速能耗十分大，控制电路复杂，经常产生故障和损坏等问题。在斜井提升机系统中应用变频器，节能效果显著，应用前景广阔。目前矿用提升机普遍使用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，特别在负载变动时很难实现恒减速控制，经常会造成过放和过卷事故。提升机频繁的启动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗，转子串电阻调速控制电路复杂，这种转子串电阻调速属于有级调速，低速转矩小，转差功率大，启动电流和换档电流冲击大，中高速运行振动大，制动不安全不可靠，对再生能量处理不力，斜井提升机运行中调速不连续，容易掉道，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，故障率高，影响生产效益。特别是在煤矿生产中不能实现防爆要求。针对串电阻调速系统的这些问题，本文介绍变频器在提升机调速系统中的应用。变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，能很好的防止提升机过卷和过放事故发生。变频器的调速还可以实现电动机的软启动，去除了转子串电阻造成的能耗，具有十分明显的节能效果。变频器调速控制电路简单，克服了接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏的缺点，降低了故障和事故发生。交频器灵活的调速控制便于实现提升机的多段速控制，能防止叉道和弯道脱轨事故。因此，变频器在提升机调速系统中的应用有十分广阔的前景。

鉴于变频调速提升绞车的优越性，我矿采用唐山开诚电器有限责任公司生产的ZJT-30型隔爆兼本安智能变频调速装置。该变频调速装置主要整流及逆变元件和PLC及辅助元件均采用进口产品，具有可靠性高、使用寿命长等特点。它能有效地保护电机，延长电机的使用寿命。由于变频调速装置采用了隔爆兼本质安全型设计，符合《煤矿安全规程》的要求，可应用于煤矿井下含有煤尘、瓦斯爆炸危险的环境中，作为局部风机、水泵、空压机、提升绞车、皮带运输机及其它设备电机的变频调速和起停及保护控制，从而实现节能降耗、安全生产、延长电机使用寿命等多重目的。

系统的优点

本系统设有一条硬件安全电路和两条软件安全电路，这三条安全电路相互冗余与闭锁，一条断开时，另二条也同时断开。安全电路断开后，系统会立即解除运行控制指令，封锁变频器，分制动油泵，断开安全阀和KT线圈,进行紧急制动。

(1)实现了软启动、软停车，减少了机械冲击，使运行更加平稳可靠。

(2)起动及加速换挡时冲击电流很小，减轻了对电网的冲击，简化了操作、降低了工人的劳动强度。

(3)运行速度曲线成S形，使加减速平滑、无撞击感。

(4)安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外，还设有过卷、等速超速、定点超速、PLC编码器断线、错向、传动系统故障、自动限速等保护功能。

(5)设有回馈制动、抱闸制动制动方式，更加安全可靠。

(6)该系统四象限运行，可实现绞车的调速、换向、能量回馈制动等功能，且不受回馈能量大小的限制，适应范围广，节能效果更加明显。

(7)采用双PLC控制回路，能够实现双回路保护，一回路出现故障，另一回还可以继续运行。提升机变频调速的系统结构

图1：绞车电控系统图

图1所示，提升机ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能变频调速其主要配置为变频调速系统、PLC控制系统及轴编码器监测系统组成，其中变频调速系统（图2所示）又分为输入电抗器、可控整流系统、电容平波系统、输出逆变系统。变频器主要对提升机的升降实现变频调速等，可控整流系统是一种可回馈电能的逆变器，它可单独作为高质量的无功补偿器使用，也可与其他系统相结合组成新的系统，以实现能量在交流侧和直流侧的双向传输，同时，系统可将交流侧的功率因数调整到任何希望的数值，且交流侧的电流为近乎完美的正弦波。电容平波系统主要对电网脉动整流滤波使其达到输出的波形平稳。PLC控制系统主要对提升机的变速、停车和精确制动、提升启动、下降启动、故障复位及紧急制动等操作控制。抱闸制动主要实现提升机停车控制。轴编码器监测系统是把运行的速度及方向和位置信号进行转换传输到PLC控制系统中。

3-AC660V1L11L21L3电抗器箱变频器箱+HA-Q01BUS++L1L2L3185KW,660V+UVWPE+M~BUS-图2 变频调速系统提升机变频调速系统按工作方式又分为变频器、行程控制、操作控制和抱闸控制。1.变频器

在提升机系统中的应用中，变频器主要进行恒加速变频调速启动、恒减速变频调速停车及行程变频调速运行等变频调速。变频调速是通过改变电机输入电源的频率来调节电机转速的，因此调速范围很宽，一般变频器基本上都可以达到0～400Hz，频率调节精度一般为0.01Hz，可以很好地满足提升机的恒加速和恒减速无级调速的要求。采用变频器后，电机可以实现真正意义上的软启动和平滑调速。变频器调速有别于转子串电阻调速，降低了转差率，提高了电路的功率因数，可以恒转矩输出，输出功率随转速变化，因此具有很好的节电效果。另一方面，变频器还可通过软件，很方便地改变输出转矩（即调整转矩补偿曲线）和加减速时间、目标频率、上下限频率等。变频器还具有强大的兼容功能，并根据使用要求进行功能组合，参数设置（修改）和动态调通。变频器也可通过端子排控制，对行程进行多段速度控制。图3为变频器恒加速和恒减速调速过程示意图，加速和减速过程可以灵活的调节，这种调速方式对防止提升机的过卷、过放、脱轨等都是十分有利的。

2.行程控制（PLC控制）

图3是提升机提升和下降过程示意图，行程控制分为2个过程，一个为正向提升行程，另—个为反向下降行程。行程控制主要将提升机的升降过程划分成不同的行程区间，根据每一行程区间的实际情况，可以用不同的变频调速控制提升机的升降速度。行程控制不仅控制提升机整个升降行程过程的变频调速，而且控制提升机的停车和制动过程。行程控制可以很好的防止提升机过卷、过放、脱轨和翻车等事故发生，特别适合具有弯道和叉道的特殊斜井。

行程控制是根据提升机的升降位置（行程区间）实施控制，PLC将行程位置转换成开关信号 3（如图1所示），发出指令控制信号传输到变频器进行多段速变频控制，停车控制和制动控制等。

3.制动控制

提升机的安全使用必须要有良好的制动和制动控制系统。制动一般采取回馈制动和抱闸制动相结合，回馈制动主要利用提升机的惯性在减速和下降行程所产生的再生能量进行制动。变频器使用回馈单元实现回馈制动，这是一种软制动形式，能很好的防止机械冲击和快速下滑。为了防止滑车等事故，使用抱闸对提升机实施抱死制动，抱闸制动—般在停车时使用，当运行到停车位置时，PLC对变频器发出停车信号。同时，对抱闸制动器发出抱闸控制信号，实施抱闸制动。当发生脱轨等事故时，操作控制实行紧急抱闸制动。

4.操作控制

操作控制主要执行提升启动、下降启动各紧急抱闸制动等控制。“提升启动”操作控制变频器正转运行，提升过程由行程控制器的提升行程控制完成。“下降启动”操作控制变频器反转，下降过程由行程控制器的下降行程控制完成。“紧急制动”操作主要控制异常时的变频器停止和抱闸制动。

工作原理

ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能变频调速系统的工作原理是：操作台发出操作指令信号，传输到PLC-A1和PLC-A2，PLC-A1和PLC-A2根据轴编码系统、保护系统传回的信号进行内部比较，然后根据程序控制变频器执行起动、停车、制动、保护等功能。在PLC-A1故障或与其有关的编码器故障时，将“应急方式”转换开关打在“应急1”位置,利用PLC-A2可实现应急手动开车；同样在PLC-A2故障或与其有关的编码器故障时，将“应急方式”转换开关打在“应急2”位置,这时在PLC-A1内可把与PLC-A2相关的信号旁路掉，利用PLC-A1可手动开车。

变频器是通过改变电机定子供电频率来改变电机的转速，以实现绞车的调速。交流异步电动机的转速公式为

n=60f1(1－S)／p 其中n—电机转速 f1—定子供电频率

p—极对数 s—转差率

其中变频调速系统的工作原理如图2所示，系统内部采用矢量控制思想，“交—直—交”变频理论最终产生PWM电压。AC660V电源由隔爆接线腔 R、S、T 三个接线柱接入隔爆主腔内，经整流平波电路输入 IGBT 逆变桥，由逆变电路输出 U、V、W 来驱动电机的运行，对电机频率的调整控制，可根据现场的工况需要，由外部速度钮，以无级调速的方式设定好实际需要的参数值（即频率／速度值），以达到精确地适应所需频率 ／速度 ／功率的输出的要求。当工作现场的工况要求发生变化时，可随时用本质安全型参数程序控制器（键盘或 CCS 操作台）来修改参数，应用方便、灵活、可靠。

现场应用情况及运行效果

从2004年10月份到目前，平煤集团四矿使用该ZJT-30-MSC型智能变频调速装置以来，经过测算和试用相比较，节电率达到30%以上。同时变频绞车改造后绞车运行的稳定性和安全性大大增加。因此大大减少了运行故障和维修时间，节约了大量人力和物力，在很大程度上提高了四矿的运输能力。

第四篇：变频技术在游梁式抽油机中的应用

变频技术在游梁式抽油机中的应用

作者： 刘卫丰

摘要：在保留游梁式抽油机优点的基础上，将游梁式抽油机固定运动特性改变为随油井工况可调节的可变运动特性。根据油井工况，通过调整电机频率来控制抽油机冲次，从而满足开采工况复杂多变的油井和复杂油藏的需求，最终使油井供排液系统达到动态协调，泵充满度明显提高，并具有明显的增产、节能效果。关键词：变频；游梁式抽油机；可变运动特性

一、变频调速技术改造的必要性

（一）游梁抽油机无法满足复杂油藏的要求

目前热河台油田已进入开发生产后期，但是由于受构造影响，部分小断块尚未实现注水开发，地层亏空严重，油井供液不足。需要降低抽油机参数生产。低冲次的开采工艺即可保证产液量稳定，又可以延长设备使用期限。但是，长期的低冲次生产，又使油井的动液面得到恢复，有时动液面监测，发现动液面上升，为了提高单井产量，又需要加快冲次。生产过程中，经常需要根据动液面变化情况，适当调整冲次。而目前的游梁式抽油机因无法调节其运动规律很难满足要求。

（二）游梁抽油机调节费时、费力

目前的游梁式抽油机只能靠更换皮带轮来调节冲次，这样的维修费用高，工人的劳动时间长，强度高，原油的生产成本高，且浪费了大量的生产时间。因此，生产中急需能够随时调节抽油机冲次的技术，来满足生产需要。

二、变频技术的选择

在保留游梁式抽油机优点的基础上，将游梁式抽油机固定运动特性改变为随油井工况可调节的可变运动特性，最简单的方法是应用电动机调速技术。目前异步电动机调速方法有改变电动机的磁极对数、改变转差率和改变电源频率等3种。其中改变电源频率调速即变频调速是近年来广泛应用的成熟技术，变频调速所达到的指标堪与直流电动机的调速性能相媲美。变频调速技术在我国石油工业的原油集输、供水系统和采暖供热系统上已广泛应用。采用变频调速技术将游梁式抽油机改造成为可调频抽油机，可根据油井工况调节运动特性，从而满足开采工况复杂多变的油井和复杂油藏的需求。实践证明，在油田设备上应用变频调速技术不仅节能效果明显，而且降低了工人的劳动强度，减少了工作量，综合效益明显提高。因此，可采用变频调速技术作为改造游梁式抽油机的主要技术。

三、变频技术的原理

游梁式抽油机电动机电源频率为50Hz，电压为380V，油田普遍使用低转速的普通异步电动机，具有较硬的外特性，其转速随载荷变化很小，因而驴头悬点的运动规律基本不变。而变频技术是随着电子技术的发展而逐渐成熟，并广泛应用于抽油机电动机的一种新技术，在降低电机功耗，改善其运行状况中取得了显著效果。但在现场使用中，由于各油井的工况不同，对电动机频率通常是以经验来调节的。电机的输出功率为P=M1ω，式中，M1电动机输出扭矩，ω为电动机输出轴角速度。可见，降低电动机转速就可以实现降低电动机输出动率的目的。变频技术的机理就是通过改变电源频率，来达到改变电动机转速的目的。

四、现场应用效果

热河台油田目前有抽油机井20口，产油量较高的井有7口，含水较高的井有7口，低产井6口。其中安装变频柜的抽油机有7口，今年新安装变频柜的有5口。通过使用变频柜，热河台油田产液量、产油量较去年相比，均有所增长。图为2012年、2013年热河台油田日均产液量、产油量对比（不含新井）： 年份 2012年 2013年 对比 日均产液量 85.8 111 +25.2

日均产油量 32.3 34 +1.7

我们根据各井测试结果，通过变频适当调节冲次，来满足生产需要，对比效果如下： 热18-6通过地质测试，动液面较高，我们适当提高冲次，产量对比变化如下：

井号 热18-6 对比

下： 冲次/分 6 9 +3

日均产液量 14.1 17.2 +3.1

日均产油量 8.1 9.4 +1.3

热热11-

5、热7-07井，由于测试结果显示含水较多，我们适当降低冲次，来满足生产需要，对比效果如井号 调整前 对比 调整后 对比

冲次/分

热11-5 热11-5 热7-07 热7-07 7 4-3 6 2-4.5

日均产液量 日均产油量 5.9 5-0.9 7.8 5-2.8

0.3 0.3 0 0 0 0

热河台仍有部分井建议安装变频柜，如热

21、热27，以满足复杂多变的生产需要。

实践证明，变频调速应用到目前的游梁式抽油机，其投资少、见效快、实用性强，不仅能够节约成本，提高产量，还能延长抽油机的使用寿命，符合我国提倡的用高新技术改造传统产业的方针。

第五篇：变频调速技术在暖通空调中的应用

变频调速技术在暖通空调中的应用引言

近十几年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，变频器已广泛地用于交流电动机的速度控制。因为其具有高效率的驱动性能及良好的控制特性，在各行各业得到很好的应用。在暖通空调领域应用变频调速技术，一方面可以极大地节省水泵或风机的电能，实现系统的节能运行；另一方面可以提高系统的运行品质，实现高精度控制，满足对环境的舒适度和生产工艺过程对环境的温、湿度精度要求，从而有效地提高经济效益和产品质量。变频器不仅在大型的通风、空调、供热等系统中得到了有效地利用，而且也已进入家电产品中，如家用空调器，电冰箱等家电设备中都用到了变频调速技术。可以说在暖通空调领域，凡是有需要速度控制的场合，变频器都以其操作方便、体积小、控制性能好而获得了广泛应用。

本文仅就变频器用在泵与风机中的节能运行机理、变频调速控制系统的一般组成，以及变频调速技术在暖通空调领域中的几个具体应用方向做一简单的介绍。泵与风机应用交流变频器节能的运行机理2、1 泵与风机的特性

泵与风机的轴功率N与其流量Q、扬程H(压力)之间的关系为：

N∝Q×H

当流量由Q1变化到Q2时，电动机的转速由n1变为n2，此时Q、H、N相对于转速的关系如下：

可以看出，泵或风机的轴功率与转速的3次方成正比。扬程与转速的2次方成正比，流量与转速的1次方成正比。图1示出泵和风机的扬程与流量的关系曲线。

2、2 系统特性

流体在管路系统中的特性可以表达成如下的关系式：

其中H为管路系统的压差阻力；P2、P1为流体高、低压面的压强，Hz为流体高、低压面的高差。S为管路系统的阻力系数，与管路系统的沿程阻力和局部阻力以及几何形状有关。

2、3 泵与风机的工作点

根据管路系统特性所提出的流量及其相应的压头必须由泵或风机来满足。将泵或风机的性能曲线和管路系统的性能曲线同绘在一张坐标图上，如图3所示，两条曲线相交的点O就是泵或风机的工作点。其中O～O′为系统的流动阻力。

在设计工况下,泵或风机可以在流量为Q0的条件下向管路系统提供H0的扬程。

2、4 当需要的流量减少时传统的调节方法

通常泵或风机的容量是按照系统需要的最大要求而设计的，然而在实际应用中，系统大多数时间里在远小于设计容量下工作。传统的调节方法是在泵或风机的出口处加装阀门，用关小阀门加大系统局部阻力即改变管路系统特性曲线的方法来进行调节。如图4工作点从0变到1。这种方法简单有效，但严重影响了系统的效率。虽然流量减少了，但消耗在阀门上的损耗增加了，实践证明，这种调节方法在流量减少的情况下，泵或风机的轴功率基本没有改变。

2、5 变频调速的方法

如果系统安装有变频调速控制装置，当需要的流量减少时，不总采用关小阀门出口的方法，而是利用变频调速控制装置改变泵或风机电动机的转速。在减少系统流量的同时降低了系统阻力，就可以达到既减少流量，又可以极大地减少电动机的轴功率，达到节能的效果。泵或风机的轴功率与转速的3次方成正比，而流量与转速的1次方成正比，故泵或风机的轴功率与流量的3次方成正比。它们之间的关系如图6所示。从图上可以看出，当流量减小为原流量的80％时，轴功率减少为原轴功率的51％；当流量减少为原流量的60％时，轴功率减少为原轴功率的22％左右。如果和改变泵或风机出口阀门开度的方法相比，变频调速方法的节能效果是非常明显的。变频调速控制系统的组成暖通空调中用到的变频调速控制系统一般由传感器、变送器、调节器、控制器、变频器、电动机及被控制设备几部分组成。传感器用来感测被控设备中的被控参量，它可以是流量、压力、温度、湿度、气体含量等，一般是利用传感器把被控参数转换成电信号。变送器的作用是把传感器得到的电信号进行放大、整形等处理，然后统一调整为规则化的电压，如0V～5V或电流信号4mA～20mA等作为调节器的输入。调节器或控制器，它们其实就是一个由单片机组成的微型控制系统。本身具有计算、判断、逻辑分析功能。它有数字和模拟输入端、数字和模拟输出端，可以在软件的控制下实现PID或模糊控制等控制规律，还可以利用数字输出口，指挥数台电动机的调频与工频之间的切换、被控设备相关部件的开启或关闭等多种操作。变频器是利用电子器件的智能控制技术把电压频率固定的交流电变成了电压频率可变的交流电的一种控制设备。用变频器输出的频率、电压可变的交流电去驱动电动机就可以达到电动机的调速。变频器一般由供电部分、输出部分、控制部分、保护部分、显示部分和给定部分组成。容量从几十瓦到几百千瓦，既有三相的也有单项的。十多年以来，变频器的可靠性越来越强，价格越来越低，应用的领域越来越广泛。电动机和被控设备一起构成了生产过程的动力源和执行机构，用以保证生产或系统工作的正常。以上说明的控制系统是一种闭环控制系统，有时对于一些简单的控制系统也采用开环式的控制系统，这时传感器、变送器和调节器由人的五官和大脑来担任。当观测到或感觉到系统的被控参数发生偏差以后，用人工的方法去调整变频器的给定值，使电动机的速度改变，从而达到控制被控参数的目的。变频调速技术在暖通空调中的应用4、1 变风量控制系统

空调系统的设计一般都是按室内负荷和室外温湿度最不利的情况来设计的。但一年中这

种设计工况的维持时间只有数天或数十小时，绝大多数情况下都是在非满负荷下工作。我国目前大部分空调系统都是采用的定风量系统，在这种系统中，当空调冷负荷变小以后，常采用机器露点不变，再对冷却的空气进行不同程度的“再热”的方法来解决。这种方法虽然可以满足空调负荷变化的需要，但都增加了不必要的“再热”能量，是一种不经济的运行方式。变风量系统在室内冷负荷变小的时候，不是增加“再热”而是用减少风量的方法来适应负荷的变化，即去掉了“再热”又减少了风机的轴功率，如系统全年均在70％风量下工作，风机耗电约可减少一半，因此是一种节能的空调运行方式。在变频器技术不成熟以前，改变交流电动机转速的工作非常困难，限制了变风量空调系统的发展。随着变频器技术的成熟和价格的降低，变风量空调系统将得到广泛的应用。

4、2 变冷水量系统

在非设计负荷条件下，空调区域的需冷量减少，一般是采用二通阀来调节末端设备冷水的流量来适应需冷量的变化，在一级泵系统中，流过末端设备的冷水和流过冷机蒸发器的冷水是串联的。通过冷机蒸发器的水流量是不能低于所需水量额定值的，否则将导致结冰的危险。一般冷机厂家要求通过蒸发器的水流量恒定，即定流量工作。为了解决负荷侧变流与冷源侧定流量之间的矛盾，一般采用在供回水管路上设旁通管，在旁通管上装压差调节器，控制旁通管上的二通阀，即改变旁通水量的方法来解决。这样虽然可以解决上面的矛盾。但是这种系统水泵的能耗没有因为需冷量的减少而降低，因此是不经济的。为了达到既变水量又节能的目的，可以采用二级泵系统，在这种系统中冷源侧采用定流量控制的一次泵，负荷侧增加了采用变流量控制的二次泵。当系统的需冷量减少，二通阀关小，用户侧供回水管压差增大时，降低二次泵的转速以维持用户侧供回水管压差的恒定，这样就达到了节能的目的。实践证明采用具有变频调速功能的二级泵变流量冷水系统具有显著的减少输送能的节能效果。

4、3 锅炉鼓引风机的节能运行

设计人员在确定锅炉鼓引风机的电动机功率时，由于有些系数的具体数值难以准确确定，往往会造成装机容量超过锅炉最大负荷时所需功率的情况，同时锅炉不可能总在满负荷下运行，随着室外温度的提高，供暖负荷会有相应的减少，为了适应负荷的变化就要减少燃料的供应量，同时减少鼓引风机的通风量。采用关小风阀的办法可以达到减少通风量的目的，但会增加系统的阻力和噪声，是不经济的调节方法。采用变频调速技术，根据锅炉的实际燃烧情况，通过控制器直接去调节鼓引风机的转速就可以达到调节风量又节能的要求。据有关锅炉鼓引风机改造工程的实际数据，一台14MW的热水采暖锅炉的鼓引风机年节电可达18万kWh。

4、4 采暖与空调水系统的恒压点控制

采暖与空调水系统的定压常采用高架开口水箱(膨胀水箱)的方法。但有时会遇到没有适当的架设位置的困难，这时常采用气压罐定压和补给水泵等方式，气压罐定压占地面积比较大，在锅炉房面积比较小的地方难以采用。补给水泵定压又可分为间歇补水定压和连续补水定压。间歇补水定压的定压点在上、下限压力之间波动，通常波动范围为0.05MPa左右，波动范围过小，则接触开关频繁动作易于损坏。连续补水定压的工作原理如图12所示。它有两种工作方式，第一种利用自力式补水调节阀，当定压点6的压力过低时补水调节阀开大，增加进入网路的补水量，使压力上升到要求的压力，如压力过高，补水调节阀关小，减少进入网路的补水量，使压力下降到规定值。在这种工作方式下，水系统定压点的压力稳定，但补给水泵始终以50Hz的频率工作，是不经济的。第二种方式是把补给水泵改成变频调速控制，利用远传压力表测量到的定压点的实际压力值与预先设定的控制压力值在控制器中进行比较，根据其差别的大小调整控制器的输出，进而改变补给水泵运转的速度，达到恒定定压点的要求。因为补给水泵可以根据压力的不同情况在不同的频率下工作，所以可以节省补给水泵电动机的能耗。实际工作表明这种定压方式，控制精度高，定压点的压力值可以精确地控制在0.01MPa的范围内。

4、5 冷却塔风机的变速控制

冷却塔风机的作用是驱动空气与在冷凝器吸收了热量的冷却水强行进行热湿交换，以使冷却水降温后再返回冷凝器进行吸热。为使制冷设备在一定的负荷范围内稳定运行，必须使进入冷凝器的冷却水温度保持稳定。对于吸收式制冷机，冷却水温度过低将出现溶液结晶事故。对于大型封闭式离心机组，冷凝压力过低会引起电机冷却液流动不畅，可能造成电机局部过热甚至烧毁。冷却水温度过高则会降低制冷机效率。稳定冷却水温度可以采用调节运行台数或调节风机转速的方法，也可以采用利用三通阀调节通过冷却塔的水量与通过旁通水量比例的方法。利用三通阀调节旁通水量的方法，冷却水泵的输送能量并没有减少，如果把冷却水泵改成变频泵，因为流过冷凝器的水量一般情况下不能变化很大，所以变频的范围也受到了限制。较好的方法是采用变频调速技术去调节冷却塔风机转速，可以把冷却水温度控制在一个比较高的精度范围内，又可以节省风机的电耗。

4、6 变频空调器

一般的窗式空调器或分体式空调器，采用ON/OFF控制方式，这种控制方式室内温度和湿度会发生波动，影响人的舒适感。压缩机在启动时有很大的冲击电流，需要配置比连续运行时更大的电源容量，为了克服以上缺点，近几年出现了所谓的变频空调器，这种空调器中的控制器根据传感器得到的被控房间的温度值与预先给定的温度设定值比较，根据二者的偏差去控制变频器的频率输出，进而改变制冷压缩机的转速，达到调节被控房间温度的目的。使用变频空调可以达到以下效果：

(1)在轻负载时，压缩机在较低转速下工作，相对压缩机容量，蒸发器和冷凝器在相对比率较高的情况下工作，整体效率有所提高，因而可以节能。

(2)由于使用了变频技术，压缩机的开停次数减少，制冷系统的压力变化损耗减少。

(3)室内温度不再是一个波动值而是在设定值上下一个极小范围内变化。人的舒适度得到了改善。

(4)减少了电动机的启动电流，可以增加压缩机的使用寿命。日本大金公司生产一种所谓的VRV的变频控制空调系统，它分成室内机和室外机两部分。室内机中由蒸发器、风机组成。室外机由可变频的压缩机、冷凝器、冷凝风机和节流元件组成。两边通过制冷剂管路联接。一台室外机可以根据需要带数台至十几台室内机，它强大的自动控制系统可以根据系统配置的实际情况和被控点的温度情况及时地调整室外机中压缩机的转速及制冷剂的流量，使整个

系统协调一致高效地工作。该产品还有单冷型、热泵型和带热回收型几种型式。

变频调速技术在大型制冷机特别是离心式制冷机中也得到了很好的应用。如美国约克公司生产的离心式制冷机，使用了变频调速技术大大改善了制冷机的调节特性。结论

变频调速技术是随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术发展起来的一门新兴的应用技术，具有控制性能好，运行效率高，体积小，操作方便的特点，特别是在泵与风机的控制方面有很好的节能效果。暖通空调系统耗能在整个建筑物耗能中所占的比例日益增大，其中泵与风机的流体输送能耗又占了很大比例，把变频调速技术应用于暖通空调系统，对减少建筑物的整体能耗，提高系统运行效率有很大的意义。同时，应用变频调速技术还可以改进自动控制系统的控制效果，可以提高被控环境的质量和生产工艺过程对温湿度的精度要求，从而提高产品质量，有很好的经济效益和社会效益。