能量回馈单元在离心机上的应用[五篇范文]

第一篇：能量回馈单元在离心机上的应用

能量回馈单元在离心机上的应用

离心机是一种大惯量恒转矩设备，正是这种机械特性使得制动单元成为离心机运行控制主要部件之一，对于离心机的工艺控制和机械效率的提高都有非常重要的意义。离心机降速时，如果采用自由停车，离心机的实际停车时间将超过2小时，这对于离心机使用及工艺控制都有很大的制约，采用机械制动方式，对于较大容量的离心机来说，不但时间太长，控制和安全方面则存在较大的隐患；所以只能利用变频调速制动方式。在利用变频调速制动时，变频器的设定制动时间较短，由于离心机的转动惯量很大，离心机的转鼓带动电动机转动，此时电动机的转速比变频器的输出同步转速高，电动机处于发电状态使得变频器直流母线电压升高，如果不能把这部分能量消耗掉，使得直流母线电压保持在正常范围内，变频器将出现直流过电压报警故障而不能正常工作；为了消耗掉这部分再生能量，使用制动单元及制动电阻互相配合，在制动单元检测到直流母线电压超过正常工作范围值时，打开直流母线和制动电阻之间的电路通道，将电动机产生的再生电能消耗在制动电阻上，从而限制直流母线电压，使得降速过程正常进行。

受到技术及成本上的限制，以前的离心机设备生产厂家都采用上述能耗制动方式，电动机产生的再生电能直接消耗在制动电阻上，大量的再生制动电能得不到利用，更由于制动单元及制动电阻在配备上受到配电室环境限制，从功率上不能做的太大，否则大量的发热将会导致制动单元及变频器过热保护，影响的生产的顺利进行。随着电子技术的不断发展，能量回馈式制动单元逐渐得到开发和利用，进口回馈制动单元由于价格高，回收期长，维护费用大，维护水平要求较高，因此在使用上受到限制。今年来深圳合兴加能开发出多系列的能量回馈产品，技术达到世界领先水平，这使得回馈产品的大量应用成为现实。

由众多国内外的回馈馈制动单元中，深圳加能生产的PSG系列能量回馈更为广大用户所接受，其特点如下：

1、高效，低噪，绿色环保。

2、适用于所有品牌的变频器。

3、PSG能量回馈会自动测量再生电能的大小，自动计算最佳制动力矩，用户不必设定任何参数。

4、较高的性价比，THD<5%,综合节能率达25%~60%。

5、接线简便易行，制动效果较好。节能分析 由于采用了PSG能量回馈，将离心机带料的转鼓运转势能在降速时转化为再生电能直接回馈到电网，因此将节约大量的电能，减少相应的电费支出。此外，采用PSG能量回馈以后，节约了配电室的空调使用，改善了电气设备的运行环境，在另一方面获得了节能效果。因此，此项投资对公司是非常有益的。

第二篇：能量回馈单元原理及应用

能量回馈单元基本原理及应用

收藏此信息打印该信息 添加：单升华来源：未知

单升华

北京时代新纪元技术有限公司，北京100085 摘要 TEFU系列能量回馈单元是与通用变频器配套使用的设备，采用正弦波电流跟踪技术，它主要应用于往复运动、频繁正反转和快速停车的场合，如油田抽油机、电梯、卷绕设备、大型龙门刨床、机床主轴等。与通常采用制动单元和制动电阻的方式相比，能量回馈单元可以显著节能，并且制动转矩响应动作迅速，是一款绿色、环保、节能的产品。介绍了它的基本原理、试验波形及应用。

关键字 正弦波电流跟踪；制动转矩；响应时间；节能

The Basic Theory and Application of TEFU Series Energy Feedback Unit

SHAN Shenghua Beijing New Century Technologies Co.Ltd.，Beijing 100085 China Abstract TEFU series energy feedback unit is a device that is used with general inverter, the sine wave current tracking technology is adopted.The fields of application include reciprocation,often changing direction and rapid brake,such as take out oil machine,elevator,winding device,large planer,principal axis etc.It can save more energy compared with brake unit and brake resistor,and the brake torque is bigger.It is a green, safeguard inviroment and save energy product.It's basic theory,test waves and applications is introduced.Keywords sine wave current tracking technology；brake torque；response time；save enengy

0 引言

在变频器电气传动系统中，当电机的负载是位能式负载，如油田抽油机、矿用提升机等，或大惯量负载，如风机、水泥制管、动平衡机等，以及轧钢机、大型龙门刨床、机床主轴等需要快速制动类负载时，电机都不可避免地存在发电过程，即电机转子在外力的拖动或负载自身转动惯量的维持下，使得电机的实际转速大于变频器输出的同步转速，电机所发出的电能，将会通过变频器逆变桥的续流二极管组成的三相整流电路，储存在变频器的直流母线的滤波电容中。如果不把这部分能量消耗掉，直流母线电压就会迅速升高，影响变频器的正常工作。通常处理这部分能量的方法是增加制动单元和制动电阻，将这部分电能消耗在电阻上变成热能浪费掉，而采用TEFU系列产品完全可以替代制动单元和制动电阻，并且可以将这部分能量回馈给电网，供其他设备使用，实现绿色、环保、节能的目的。本文介绍的TEFU系列能量回馈单元提出了一种正弦波电流跟踪技术，使得回馈电网的电流波形畸变率<5%。1 电机再生能量的几种常用处理办法

在电机传动领域中，当电机快速制动或被其他力量拖动而工作在再生发电状态时，为避免变频器出现过流或过压故障跳闸，需要采取一些措施来处理电机的再生发电能量。

1）采用制动单元和制动电阻，制动单元的工作原理是通过检测变频器的直流母线电压来实现对再生能量的处理。当直流母线电压超过某一设定数值（如680 V）时，打开制动单元的开关将大功率制动电阻连接到直流母线上，释放储存在变频器内滤波电容上的电能，此时电阻将电能转变成热能消耗掉，制动能量被白白浪费，效率很低。采用这种方式时，投资较少，性能上的缺点是制动响应时间慢，制动转矩不足。2）在变频器的直流母线上并联超级大电容，这种方式的原理如图1所示。其原理是将电机制动时的再生能量储存在足够大的超级电容器中，当电机工作在电动机状况时，又将储存在超级大电容中的电能利用，因此，这样的方式效率最高，基本没有损耗，转换效率可达99%以上（不考虑电机的发电效率）。但是这种策略存在的致命缺点是电容的容量一般在法拉级，受制造工艺和材料的限制，超级大电容体积非常庞大，价格昂贵。

3）采用共用直流母线的策略，这种方式的原理如图2所示，但仅适合于多电机传动系统。当系统中某台电机处在再生发电状态时，它所发出的电能可以被处于电动状态的其他电机所利用。但是这种方案仅适用于多电机传动系统，而且要求处于发电状态的电机容量要远小于工作在电动状态的电动机容量，应用有一定的局限性。

由以上分析可见，不管采用上述何种方法处理电机的再生发电能量，都会或多或少地存在一些问题，不是耗能就是价格昂贵或者应用范围受限。针对以上问题，很多学者都在研究能量回馈问题。TEFU系列能量回馈单元基本原理

TEFU系列能量回馈单元，通过自动检测变频器的直流母线电压，采用正弦波电流跟踪技术，将变频器直流环节的直流电压逆变成与电网电压同频同相的三相交流电压，经多重噪声滤波后连接到交流电网。从而达到能量回馈的目的，并且实现单位功率因数回馈，回馈到电网的电能达到电机发电能量的97%以上，有效节省电能，其原理框图如图3所示。

具体的原理拓扑结构如图4 所示。这样的拓扑结构可以很容易做到控制交流侧和直流侧之间有功功率和无功功率的交换。所谓正弦波电流跟踪技术是指图4 中将电网电压的正弦波信号作为回馈电流的指令信号，通过闭环控制使得回馈电流波形跟踪电网电压信号的波形，从而实现回馈电流的正弦特性，减小回馈电流的畸变率。3 实验波形

从下面的实验波形中，可以看到该能量回馈单元可以很好地处理电机再生发电的能量，同时完成单位功率因数回馈，而且回馈电流畸变率< 5%。

图5是能量回馈单元回馈时某一相的相电压和回馈的相电流，图中光滑的波形是电网相电压，另一波形是回馈电流，从中可以看到回馈的功率因数约等于1，回馈电流逼近正弦波。

图6是能量回馈单元工作时回馈电流和变频器直流母线电压的波形（100 V/div），从图中可以看到，制动时变频器直流母线电压迅速上升，达到690 V 时，回馈单元立即工作，很好地将直流母线电压稳定在700 V以内，变频器的停车时间约在0.6 s，回馈单元响应迅速（2 ms以内），制动力矩大。应用

TEFU 系列能量回馈单元和变频器一起可以应用在位能式负载或大惯量负载和其他需要快速制动类负载的场合。下面是TEFU 系列能量该回馈单元与时代TVF 8000 系列变频器在河北某单位B2016A型龙门刨床上的应用情况。

B2016A 型龙门刨床是机械加工初用的大型机床，是制造重型设备不可缺少的工作母机，主要用来加工大型工件的各种平面、斜面和槽，在机加行业应用非常广泛。由于技术的限制，五六十年代的龙门刨床工作台的拖动采用了电机扩大机—直流发电机—直流电动机方式，造成故障率高，体积大、电耗大、控制精度差、效率低等诸多缺陷。基于以上种种弊端，我们对河北某加工厂的B2016A 型龙门刨床进行了变频改造，改造方案是采用时代TVF8000系列变频器配套TEFU 系列能量回馈单元方案+TVF8000 系列变频器配套制动单元和制动电阻方案。将这两种方案进行对比，采用回馈单元的方案比采用制动单元和制动电阻的方案多节能20%，节能效果显著。而且系统改造以后，运行稳定，可靠性高，系统维护简 单方便，回馈电能质量高，刨床的加工精度高，提高了加工质量与效率，延长了刀具的使用寿命。5 结语

采用正弦波电流跟踪技术研制的TEFU 系列能量回馈单元，具有自动识别电网相序，有过流、过热、短路等全面保护功能，是一款绿色环保的节能产品。

从控制性能指标上看本产品还有改进之处，如可以采用空间电压矢量控制SVPWM 调制技术产生纯净的正弦波回馈电流等。作者简介：

单升华（1967-），男，毕业于浙江大学电气学院，研究 方向为电力电子与电气传动。

第三篇：通用变频器共直流母线在离心机上的应用

通用变频器共直流母线在离心机上的应用 变频器/共直流母线/离心机/能量回馈/节能

1引言

在化工企业电气传动中，离心机的变频传动应用非常普遍，由于工艺和驱动设备的各种原因，再生能量的现象经常发生，在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。直流共母线的原理是基于通用变频装置均采用交－直－交变频方式，当电机处于制动状态时，其制动能量反馈到直流侧，为了更好的处理反馈制动能量，人们采用了把各变频装置的直流侧连接起来的方式。譬如当一台变频器处于制动而另一台变频器处于加速状态，这样能量可以互补。本文提出了一种通用变频器在化工企业离心机中共直流母线的方案，并阐述了其在离心机上回馈单元的进一步应用。

目前直流共母线有多种方式：

（1）公用一个独立的整流器

该整流单元可以是不能逆变，也可以是可逆变的。前者能量通过外接制动电阻消耗掉，后者可以充分地将直流母线上的多余能量直接反馈到电网中来，具有更好的节能、环保意义，缺点是价格比前者要高。

（2）大变频单元接入电网

小变频器公用大变频器的直流母线，小变频器不需接入电网，故也不需要整流模块，大变频器外接制动电阻。

（3）每个变频单元各自接入电网

每个变频单元均带有整流、逆变回路并外接制动电阻，直流母线相互连接起来。这种情形多用于各变频单元功率接近的情况。解体后还可以独立使用，互不影响。本文介绍的直流共母线为第三种方式，相比前两种有很大优势：

● 共用直流母线可以大大减少制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠。

● 共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大，能减少电网的波动。

● 各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性。

● 各个变频器在电网中产生的不同次谐波干扰可以互相抵消，减少电网的谐波畸变率。

2改造前变频调速系统方案

2.1 离心机控制系统介绍

改造的离心机共12台、每台控制系统都是一样。变频器为艾默生EV2000系列22kW，恒转矩型，回馈单元皆为加能的IPC-PF-1S回馈制动单元，所有控制系统集中在一个配电室中。两台离心机共用一个GGD控制柜，限于篇幅只画出其中四台，其余八台与此类似。系统图如图1所示。

图1 改造前变频器及制动单元系统原理图

由图1可知，每一台变频器需要一台回馈制动单元，各自的控制系统完全独立。2.2 刹车时制动工作分析

当离心机刹车时，电动机将处于再生发电制动状态，系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升，此时电容的直流母线电压抬升，当升至680V时，制动单元开始工作，即回馈多余的电能到电网侧，此时单台变频器直流母线电压维持在680V(有的690V)以下，变频器不至于报过电压故障。单台时变频器制动单元刹车时的电流曲线如图2，刹车时间为3分钟，测试仪器为FLUKE 43B 单相电能质量分析仪，分析软件为《FlukeView Power Quality Analyzer Version 3.10.1》。

图2 制动单元工作时的电流曲线

由此可见每次刹车时，制动单元必然工作，最大电流达27A。而制动单元的额定电流为45A。显然制动单元处于半载状态。3 改造后变频调速系统方案

3.1 共直流母线的处置方法

采用共用直流母线很重要的一点就是上电时必需充分考虑到变频器的控制、传动故障、负载特性和输入主回路维护等。该方案包括三相进线（坚持同一相位）、直流母线、通用变频器组、公共制动单元或能量回馈装置和一些附属元件。对于通用变频器而言，图3所示为在其中一种应用比较广泛的方案。选用第三种改造方案后的主电路系统图如图3，图3中空气开关Q1至Q4是每个变频器的进线保护装置，KM1至KM4为每台变频器的上电接触器。KMZ1至KMZ3为直流母线的并联接触器。1#、2#离心机共用一个制动单元，组成一组，3#、4#离心机共用一个制动单元，组成一组，当两组都正常时可以并接在一起。同时也是基于现场操作工人的工作时序，1#、2#离心机不同时刹车，3#、4#离心机不同时刹车。正常工作时一般为两台离心机1#、3#为一组，2#、4#为一组，四台离心机一般不会同时刹车。由于实际工作现场的复杂环境往往会导致电网的动摇并发生高次谐波。也可用于增加电源阻抗并协助吸收附近设备投入工作时产生的浪涌电压和主电源的电压尖峰，从而最终维护变频器的整流单元。每台变频器也可以使用进线电抗器来有效地防止这些因素对变频器的影响。本项目改造中由于原设备没有装进线电抗器，故并没有画出进线电抗器及其他谐波治理装置。

图3 改造后变频器及制动单元系统原理图

3.2 控制系统的方案

控制线路如图4，四台变频器上电后，每台变频器运行准备好后，设置变频器故障继电器输出端子的输出选项为“变频器运行准备好”，只有变频器上电，并且正常以后，才可以并接在一起，如任意一台有故障，直流母线接触器就不吸合。变频器故障继电器输出端子TA、TC为常开触点，上电后变频器“变频器运行准备好”，各变频器的TA、TC吸合，直流母线并联接触器依次吸合。否则接触器就断开。

图4 改造后的制动单元并联控制原理图

图5 改造后的制动单元工作电流监视图

3.3 该方案特点

（1）使用一个完整的变频器，而不是单纯的整流桥加多个逆变器方案。

（2)不需要有分离的整流桥、充电单元、电容组和逆变器。

（3）每一个变频器都可以单独从直流母线中分离进去而不影响其他系统。

（4）通过连锁接触器来控制变频器的DC共用母线的联络。

（5）连锁控制来保护挂在直流母线上的变频器的电容单元。

（6）所有挂在母线上的变频器必需使用同一个三相电源。

（7）变频器故障后快速地与DC母线断开以进一步缩小变频器故障范围。3.4 变频器主要参数设置

运行命令通道选择 F0.03=1 最高操作频率设定 F0.05=50 加速时间1设定 F0.10=300 减速时间1设定 F0.11=300 故障继电器输出选择 F7.12=15 AO1输出功能 F7.26=2 3.5 改造后的测试数据

停车时进线电压： 3PH 380VAC 母线电压： 530VDC 直流母线电压： 650V 当一台升速时，母线电压降低，此时另一台降速，直流母线电压在540~670V波动，制动单元在此时没有开启，制动单元一般工作的DC电压为680V如图5测试分析。

4节能分析

回馈制动单元相比电阻能耗制动本身就是一种节能的应用，可是要求每台变频器需要刹车时配用一台制动单元。必然要求有几台变频器就得配几台制动单元，而制动单元的价格和变频器价格相差不大，工作持续率却不是很高。共用直流母线变频器驱动在离心机上的广泛应用，较好的解决了当一个变频器升速，另一个变频器刹车时，均衡了“一个吃不饱、一个吃的吐”，的问题，该方案减少了制动单元的重复设置，降低了工作次数的，也减少了对电网的干扰次数，提高了电网的电能质量。在减少设备投入，增加设备使用率，节约设备、节能方面有特别重要的意义。

5结束语

通用变频器共用直流母线的广泛应用，较好的解决了电能消耗与电能回馈时间段不同步这个问题，对减少设备投入、降低电网干扰和提高设备利用率有特别重要的意义。

白献刚

夏乃学

贡俊鹏

熊彦梅

更多请访问：中国自动化网(http://www.xiexiebang.com)

第四篇：变频器在提升机上的应用

河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务 矿井提升机的变频调速改造

一、概况

矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。某煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周，其两端分别挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来，同时把一列空车从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行，不会出现空行程，电机总是处于电动状态。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意如图1所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。提升机的基本参数是：电机功率55kW，卷筒直径1200mm，减速器减速比24︰1，最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。

目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动﹑调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务

二、改造方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率（0~50Hz）范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如图2所示：

图2 矿井提升机变频调速方案

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务 考虑到绕线式电动机比鼠笼式电动机的力矩大，且过载能力强，所以仍用原来的4极160kW绕线式电机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。提升机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不能运行。为显示运行时车厢的位置，使用E6C3-CS5C 40P旋转编码器，即电机旋转1圈旋转编码器产生40个脉冲，这样每两个脉冲对应车厢走过的距离为1200。则与实际距离的误差值为4-3.9=0.027mm，卷筒运行一圈误差为0.027，已知钢丝绳长度为120m，如果两个脉冲对应车厢走过的距离用近似值3.9mm计算，120m全程误差为120000。再考虑到实际检测过程中有一个脉冲的误差，则最大的误差在821mm~829mm之间，对于数十米长的车厢来说误差范围不到1米，精度足够。因此，用计数器实时统计旋转编码器发出的脉冲个数，则可计算出车厢的位置并用显示器显示。另外一个问题是计数过程中有无累计误差存在？实际检测时，在一个提升过程开始前，首先将计数器复位，第一个重车厢经过某个位置时，打开计数器计数，车厢在斜井中的位置以此点为基准计算，没有累计误差。在操作台上，用SWP-AC系列智能型交流电压/电流数字仪表显示交流电压和电机工作电流，用智能型数字仪表显示提升次数和车厢的位置。

三、方案实施

斜井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩檫力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限。在重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。另外，有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务 提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频器时适当地留有余量，因此，宝米勒MC200G1850T4 185KW变频器。由于提升机电机绝大部分时间都处于电动状态，仅在少数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和制动电阻，就可以满足重车下行时的再生制动，实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器，类似电磁抱闸，此制动器用于重车静止时的制动，特别是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机械制动器制动。液压机械制动器受PLC和变频器共同控制，机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制，起动时当变频器的输出频率达到设定值，例如0.2Hz，变频器KB、KA端口输出信号，表示电机转矩已足够大，打开液压机械制动器，重车可上行；减速过程中，当变频器的频率下降到0.2Hz时，表示电机转矩已较小，液压机械制动器制动停车。紧急情况时，按下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器同时起作用，使提升机在尽量短的时间内停车。

提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正﹑反转个三挡速度。为适应操作工人这种操作方式，变频器采用多段速度设置，X1、X2设为正反转，X3、X4、X5可设挡速度。变频调速原理图如图3所示：

变频器的设置详请参见MC200T系列变频器用户手册。

四、提升机工作过程

提升机经过变频调速改造后，系统的工作过程阿盛大的变化。操纵杆控制电机无极调速。不管电机正转还是反转，都是从矿井中将煤拖到地面上来，电机工作在正转和反转电动状态，只有在满载拖车快接近井口时，需要减速并制动，提升机工作时序图如图4所示：

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务

图4 提升机工作时序图

图4中，提升机无论正转、反转其工作过程是相同的，都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等七个阶段。每提升一次运行的时间，与系统的运行速度，加速度及斜井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，运行的时间由操作工人根据现场的状况自定。图中各个阶段的工作情况说明如下：

（1）第一阶段0～ｔ1：串车车厢在井底工作面装满煤后，发一个联络信号给井口提升机操作工人，操作工人在回复一个信号到井底，然后开机提升。重车从井底开始上行，空车同时在井口车场位置开始下行。

（2）第二阶段 t1～t2：重车起动后，加速到变频器的频率为f2速度运行，中速运行的时间较短，只是一过渡段，加速时间内设备如果没有问题，立即再加速到正常运行速度。

（3）第三阶段 t2～t3：再加速段。

（4）第四阶段 t3～t4：重车以变频器频率为f3的最大速度稳定运行，一般，这段过程最长。（5）第五阶段 t4～t5：操作工人看到重车快到井口时立即减速，如减速时间设置较短时，变频器制动单元和制动电阻起作用，不致因减速过快跳闸。

（6）第六阶段 t5～t6：重车减速到低速以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定的位置停车。

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：*** 河南远航工控设备有限公司 竭诚为您服务（7）第七阶段 t6～t7：快到停车位置时，变频器立即停车，重车减速到零，操作工人发一个联络信号到井下，整个提升过程结束。

以上为人工操作程序，也可按PLC自动操作程序工作。图中加速和减速段的时间均在变频器上设置。

五、结语

绕线式电机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，消耗的转差功率越大。使用变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。另外，提升机变频调速后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。

携手远航 共创辉煌 电话：0371-67250191/192/193 传真：0371-67250102热线：***

第五篇：复合材料在飞机上的应用（本站推荐）

复合材料在飞机航空中的应用与发展

学校：

专业：

学号：

姓名：西安航空职业技术学院 金属材料与热处理技术 12806216 郭远

摘要

复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一；复合材料构件的整体成型、共固化技术不断进展，复杂曲面构件不断扩大应用；复合材料的数字化设计，设计、制造一体化，以及基于三维模型铺层展开的专用设计／制造软件等技术的开发是先进复合材料发展的基本技术保障.复合材料在飞机航空中的应用与发展

复合材料大量用于航空航天工业和汽车工业，特别是先进碳纤维复合材料用于飞机尤为值得注意。不久前，碳纤维复合材料只能在军用飞机用作主结构，但是，由于技术发展的进步，先进复合材料已开始在民航客机止也应用作主结构，如机身、机翼等。

一．飞机结构用复合材料的优势

现今新一代飞机的发展目标是“轻质化、长寿命、高可靠、高效能、高隐身、低成本”。而复合材料正具备了上面的几个条件，成为实现新一代飞机发展目标的重要途径。

复合材料具有质轻、高强、可设计、抗疲劳、易于实现结构/功能一体化等优点，因此，继铝、钛、钢之后迅速发展成为四大飞机结构材料之一。

复合材料在飞机结构上的应用首先带来的是显著的减重效益，复合材料尤其是碳纤维复合材料其密度仅为1.6g/cm3左右，如等量代替铝合金，理论上可有42%的减重效果。

近年来随着复合材料技术的深入研究和应用实践的积累，人们清楚地认识到：复合材料在飞机结构上应用效益绝不仅仅是减重，而且给设计带来创新舞台，通过合理设计，还可提供诸如抗疲劳、抗振、耐腐蚀、耐久性和吸透波等其它传统材料无法实现的优异功能特性，可极大地提高其使用效能，降低维护成本，增加未来发展的潜力和空间。尤其与铝合金等传统材料相比，可明显减少使用维护要求，降低寿命周期成本，特别是当飞机进入老龄化阶段后效果更明显，据说B787较之B767机体维修成本会降低30％，这在很大程度上应归功于复合材料的大量应用。同时，大部分复合材料飞机构件可以整体成型，大幅度减少零件数目，减少紧固件数目，减轻结构质量，降低连接和装配成本，从而有效地降低了总成本，如F/A-18E/F零件数减少42%，减重158kg。复合材料整体成型技术还可消除缝隙、台阶和紧固件，无疑对提高军机的隐身性能也具有非常重要的贡献。

二．飞机结构用复合材料的发展过程 先进复合材料于上世纪60年代中期一问世，即首先用于飞行器结构上。30多年来先进复合材料在飞机结构上应用走过了一条由小到大、由次到主、由局部到整体、由结构到功能、由军机应用扩展到民机应用的发展道路。

1.复合材料在军用飞机上的发展过程

纵观国外军机结构用复合材料所走过的道路，大致可分为三个阶段： 第一阶段复合材料主要用于受力较小或非承力件，如舱门、口盖、整流罩以及襟副翼、方向舵等，大约于上世纪70年代初完成。

第二阶段复合材料主要用于垂尾、平尾等尾翼一级的次承力部件，以F-14硼/环氧复合材料平尾于1971年研制成功作为标志，基本于上世纪80年代初完成。此后F-

15、F-

16、F-

18、幻影2000和幻影4000等均采用了复合材料尾翼，此时复合材料用量大约只占全机结构重量的5%。

第三阶段复合材料开始应用于机翼、机身等主要的承力结构，受力很大，规模也很大。主要以1976年美国原麦道公司研制成功FA-18复合材料机翼作为里程碑，此时复合材料用量已提高到了13%，军机结构的复合材料化进程进一步得到推进。此后世界各国所研制的军机机翼一级的部件几乎无一例外地都采用了复合材料，其复合材料用量不断增加，如美国的AV-8B、B-

2、F/A-

22、F/A-18E/F、F-

35、法国的“阵风”（Rafale）、瑞典的JAS-

39、欧洲英、德、意、西四国联合研制的“台风”（EF2000）、俄罗斯的C-37等，具体如表1所示。

应该指出继机翼、机身采用复合材料之后，飞机的最后一个重要部件——起落架也开始了应用复合材料，向着全机结构的复合材料化又迈进了一步。复合材料用在起落架上是代钢而不是代铝，可有更大的减重空间，一般可达40%左右。

2.复合材料在民用航空上的发展

继军机之后，国外大型民机也大量采用复合材料，以波音飞机为例，其进程大致走过了四个阶段：第一阶段：采用复合材料制造受力很小的前缘、口盖、整流罩、扰流板等构件，该阶段于上世纪70年代中期实现。第二阶段：制造升降舵、方向舵、襟副翼等受力较小的部件，该阶段约于80年代中期结束。第三阶段：制造垂尾、平尾受力较大的部件，突破了尾翼级部件在大型客机上的试用，随后B777设计应用了复合材料垂尾、平尾，共用复合材料9.9吨，占结构总重的11%。第四阶段：在飞机最主要受力部件机翼、机身上正式使用复合材料，如波音公司正在研制的B787“梦想”飞机，其复合材料用量达50％。下图为B787“梦想”中复合材料的使用情况。

图中深蓝色部分为飞机的碳层合板，用于机身主体的机构，浅蓝色为碳夹芯板，用于飞机的尾翼部分和侧翼的少部分部件，绿色部分是玻璃纤维，红色部分为铝，黄色部分为铝/钢/钛吊架。

空客也于70年代中期开始了先进复合材料在其A300系列飞机上的应用研究，经过7年时间于1985年完成了A320全复合材料垂尾的研制，此后A300系列飞机的尾翼一级的部件均采用复合材料，将复合材料的用量迅速推进到了15%左右。已于2005年初下线并首飞的A380超大型客机，其复合材料用量达25%，主要应用部位包括中央翼、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等，开创了先进复合材料在大型客机上大规模应用的先河。

上面的图为空客大型民机结构用复合材料的进程。

3.复合材料在我国飞机制造的应用

我国于上世纪 70 年代已开展军机用先进复合材料的研究。“六五”期间作为预研项目研制了两个机型的复合材料垂尾，1985 年开始研制某型机带整体油箱的复合材料机翼，90 年代初研制了某型机复合材料垂尾和前机身，此后多种机型均正式采用了复合材料，其复合材料用量接近10％。

虽然我国在航空和汽车领域中，对于复合材料已经有了一定的了解和应用，但是复合材料的开发和投用在我国仍是一个重大的难点，我国航天事业起步慢，也没有核心技术的支持，但是我相信，在长期的努力之下，我们国家一定会拥有自己的复合材料的技术，并用于飞机，汽车等的制造中。

三．飞机结构复合材料在将来的发展及前景

人们以前一直担心树脂基复合材料结构的使用寿命问题，30多年来的应用发展历史证明了先进复合材料具有优异的使用性能，使用寿命不成问题，这也是目前飞机结构复合材料用量大幅提高的基础和前提。自20世纪70年代先进复合材料进入飞机结构以来，各种飞机从未因大量使用复合材料引发飞行事故，这无疑为复合材料的应用增加了信心和安全置信度。最早的装机件历经30余年的使用，已到设计的使用寿命，最近的检测结果表明，空中使用和地面验证情况相符，疲劳和使用环境未造成剩余强度下降，仍可承受既定的设计载荷，绝大多数制件至今仍处于良好状态。曾以为树脂基复合材料的老化可能是影响使用的严重问题，国外的大量使用经验证明，老化不成问题，性能衰退未超过使用要求。同时使用经验还表明，复合材料随飞机结构成功地经受了疲劳与温度、吸湿及腐蚀等环境的考验，有些问题并不像当初预计的那样严重。实践还使人们认识到复合材料越是用于主结构问题越少，使用性能可能更好。如复合材料薄板，特别是薄的蜂窝结构面板常出现冲击损伤容限等问题，但主结构板厚增加，如A380中央翼盒处板厚可达45mm，损伤阻抗能力提高，损伤容限已不成问题。当板厚超过8mm损伤容限问题会急剧下降，厚板的吸湿、温度传导等问题均会下降，机体结构内部的框、梁、肋用复合材料冲击、吸湿、耐温等敏感问题也会相应下降，因此材料许用值和结构设计值可适当放宽。国内20余年的飞机结构用复合材料结果也表明复合材料确是一种使用性能优异的新材料。

如今复合材料在四大机种上的大量应用，已形成目前世界航空领域再度起飞的发展新态势，事实雄辩地证明复合材料是实现飞机现代化的必由之路，飞机结构复合材料化也是大势所趋。未来飞机特别是军机为了进一步达到结构减重与降低综合成本，复合材料将不断取代其他材料，用量继续增长。美国一报告中指出：到2020年，只有复合材料才有潜力使飞机获得20%～25%的性能提升，复合材料将成为飞机的基本材料，用量将达到65％。

2000年统计，铝，钢，钛，复合材料各占飞机部件材料的65%,15%,5%,15%。铝占的比重仍然是最大的，而预计将来，复合材料降占主导位置。下图为现在与将来预计飞机用材料比例图。

飞机结构用复合材料的发展趋势概括起来可归纳为以下几个方向：（1）高性能化。高性能化趋势从材料角度主要体现在三个方面，一是提高力学性能，二是提高耐热性能，三是提高耐服役环境性能。

（2）多功能化。同一结构实现多种功能是复合材料的优势之一，如承力/吸波，承力/吸波/减振、降噪一体化是飞机结构用复合材料的一个重要发展方向。要实现多功能化，设计是首位，材料是根本，工艺是保证。

（3）智能化。智能化对提高结构效率和可靠性具有重要作用，是飞机结构设计越来越重视的方向。开发飞机结构用复合材料自感知、自诊断、自适应智能化技术，可以实现复合材料飞机结构噪声抑制、振动控制、主动变形、健康监测。

（4）低成本化。这是一个永恒的主题。成本过高仍是制约飞机结构大量应用复合材料的主要障碍，因此低成本化仍为复合材料发展中急需解决的关键技术。低成本化重点考虑制造技术低成本化、设计方法低成本化、全寿命低成本化。

（5）制造过程数字化。有利于减少试验量，缩短研制周期，降低废品率及提高生产效率。应发展复合材料制造过程模拟与工艺参数优化技术，实现复合材料制造过程数字化与飞机结构设计数字化趋向相适应。

（6）设计制造一体化。在设计阶段就考虑制造与装配中的问题，可加快产品研制进度, 提高质量，有效降低成本。采用全新的设计理念和手段，将设计和制造融为一体，是复合材料发展的又一个重要趋势。

飞机的绝大部分结构将采用复合材料的这一预言已经实现，人们期待着复合材料在飞机上更广阔的应用前景，甚至全复合材料飞机的出现。随着材料方面的新进展，比如智能复合材料的出现，以及复合材料设计／制造技术朝着数字化、集成化、知识化等方向的不断发展，将会大大加速这一进程。

近年来，我国的复合材料技术得 到了迅速发展，开始朝着实现复合材料构件设计、制造、检测一体化方向发展。借鉴国外的先进技术和经验，对加速我国的复合材料技术的发展、扩大复合材料的应用具有重要意义。