第一篇：调速在雷达管制中的应用
【摘要】而速度调整是雷达管制中保持安全间隔的重要方法，也是管制员最常用的管制技能，因此能掌握航空器速度的特征、使用方法和时机，是一名优秀管制员高效、优质地实施空中交通管制服务的前提保障。
【关键词】航空；调速；雷达管制
中图分类号：v35文献标识码a文章编号1006-0278（2015）10-138-01
航空器速度：是飞行过程中表示其运动特征的重要指标，也是关系飞行安全和效率的关键要素之一。速度是矢量，即它有大小和方向。航空器的速度按方向分为水平速度垂直速度。
一、水平速度
水平速度表达了航空器运动时间和距离的关系，反映了航空器在水平方向上的运动规律和特征，是体现航空器飞行动态的重要指标。
（一）管制中常用的水平速度及其应用
指示空速ias：又称表速，是管制员对于中低空飞行航空器速度进行调整的对象。
真空速tas：是航空器相对于空气运动经过修正后得到的速度。它不是管制员的调整对象。
地速gs：是航空器相对于地区表面的飞行速度，是判断航空器间间隔变化的重要依据。
马赫数：航空器在空气中的运动速度与该高度前方未受扰动空气中音速的比值，管制员常以马赫数作为对高空航空器调速的对象。
（二）各种速度之间的关系
1.真空速、指示空速与地速
标准大气条件下航空器在海平面运动时的指示空速与真空速相等；恒定的指示空速上升时，真空速会越来越大；指示空速和地速都是管制员最为关注的速度。
2.真空速、指示空速与马赫数
同高度马赫数相同，其真空速也相同；航空器以恒定马赫数下降，真空速会增大。
3.调整速度的目的
调速的目的主要是调整间隔和落地顺序等，还包括满足前方的流量控制、避免过多的雷达引导、减少管制员的工作负荷、保持高速顺畅的空中交通流量等。
4.调速的规则与原则
（1）调速幅度与频度
调整速度时应避免要求驾驶员做大幅度调速；还应避免对单一航空器多次调速。
（2）调速限制
一般情况不对离场或飞越航空器调速；应避免对同一航空器进行交替的增速和减速；高空飞机一般使用马赫数调整技术。
（3）性能原则
调速要在航空器性能范围之内，并且调速指令应该得到驾驶员的认可；如果不能执行调速指令，飞行员应及时通报管制员。
（4）通报要求
调速时应简要通报飞行员速度调整的原因；管制员和飞行员都应将调速的实施情况及时通报对方，并且管制员在不需要调速时应及时告知驾驶员恢复正常速度。
（5）调速标准
6.调速的方法与技巧
（1）调速的方式
调速的方式根据航空器的不同飞行阶段和管制意图，总的来说可以分为进场调速、高空调速和保持调速。
1）进场调速.对于进场的航空器，通常可以指挥驾驶员调到最大速度/最小光洁速度/最小速度，或直接指定具体的某指示空速
2）高空调速
在高空飞行时，考虑到最大速度限制等原因，对于在8900m（不含）以上的高度飞行的航空器，一般调整马赫数，且马赫数以0.01的倍数调整。
3）保持速度
可以指示航空器保持速度，目的是为了保证安全间隔和合理排序；也可以指示航空器保持最大速度或最小速度。
（2）调速的对象
地速是雷达上直接显示出来的速度，是调速的“落脚点”；指示空速是调速的“出发点”，因此要求管制员在发指令前要把预期调整的地速转换为指示空速，再指示驾驶员调速。
（3）早调与晚调
不要过早将进场航空器的速度减小得过多，在条件允许的情况下，应尽量使航空器保持大表速进近，可以起到加速流量的作用；“前机晚调速，后机早调速”方法可以避免进场飞机的追赶。
（4）粗调与细调
离本场较远时可以要求上一管制区先整体粗调速度，进入终端区后再精细调整，这样可以放缓整体节奏，建立最佳间隔，保证航空器运行的流畅
（5）速度与经济性
航空器在光洁状态飞行可以减少航油的消耗，因此，在条件允许的情况下，管制员应该尽可能的使飞机保持光洁构型自主飞行，调整速度时尽量避免“最小速度”等字眼。
（6）高度与速度
根据规律，相同指示空速的航空器在同时下降中，前机处于低高度层，真空速将小于后机，为了避免追赶，可以调整两机指示空速形成速度差，建成“前快后慢”的运行态势。
（7）调速与引导
调速与雷达引导需要结合使用方能达到最佳效果；另外飞行员调速过程需要一定的时间，管制员应有心里准备，做好提前量。
二、垂直速度
垂直速度反映了航空器在垂直方向上的运动规律和特征，管制员只能通过二次监视雷达标牌上的高度和上升/下降率的信息来感知。
（一）航空器的垂直速度
航空器的垂直速度具体体现为上升率和下降率两个方面。上升率是航空器上升时，在单位时间内增加的高度；下降率又称下降速度，是航空器正常下降时，在单位时间内减少的高度。
（二）调整垂直速度的目的
调整垂直速度是为了让航空器加速到达目标高度，避免飞行冲突，或用于紧急情况处置时。
（三）调整垂直速度的方式
调整垂直速度可用的指令有：加速上升/下降至某高度；以指定的上升率/下降率上升/下降至某高度；上升/下降率不小于某个值到底某高度；在指定位置点或点之前到达指定高度。
（四）注意事项
1.速度与高度的操作冲突
应先指示航空器下降高度，改平后在发送减速指令并给出原因；避免先减速再要求航空器大下降率的错误做法；利用雷达引导技术引导航空器使其延长飞行距离，以抵消航空器加速下降、再减速所增加的额外飞行时间。
2.机型
不同机型的速度范围，尤其是上升/下降率相差很大，了解不同机型上升率和下降率的大致范围，避免发出超出航空器能力限度的指令。
3.舒适性
为了便于驾驶员便于操作和乘客的舒适性，原则上尽量减少对航空器的上升率和下降率干预，除非为了安全和效率的需要；在不需要时应及时解除上升/下降率限制。
第二篇：军用雷达技术在现代战争中的应用
军用雷达技术在现代战争中的应用
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军用雷达是专门为特定的军事用途而设计制造的无线电探测和定位装置。它的基本战术性能指标有：探测目标类型、覆盖空域、发现概率和虚警概率、测量座标数及精度、数据更新率、处理目标容量、全天候、全天时能力、电子反对抗能力、抗摧毁能力、目标识别能力、电磁兼容性、可用性、耗电量和全寿命周期费用等。主要技术参数有工作频率及带宽、发射机功率、天线增益、波瓣宽度及旁瓣电平、系统噪声温度、信号带宽和目标信号在杂波或干扰背景中的改善因子等。军用雷达种类繁多，按其发射接收天线所在位置可分为单基地雷达、双基地雷达和多基地雷达。按其发射波形可分为连续波雷达、调频连续波雷达和脉冲波雷达，按其装载所在的平台可分为地基雷达、机载雷达、舰载雷达和星载雷达。按其使用的波长可分为短波雷达、米波雷达、分米波雷达。按其使用的波长可分为短波雷达、米波雷达、分米波雷达、微波雷达和毫米波雷达。按其探测的目的性可分为预警雷达、截获雷达、跟踪雷达、制导雷达、成像雷达和地形回避雷达等。按探测的机理分为视距雷达和超视距雷达。军用雷达是获取陆、海、空、天战场全天候、全天时战略和战术情报的重要手段之一，是防天、防空、防海和防陆武器系统和指挥自动化系统的首要视觉传感器。它不但可以预警、截获、跟踪、识别、引导拦截空中、海面、地面和外空的目标，而且具有依靠空中或外空平台对地面大面积内的目标成像的能力。目前其分辨率及测量精度虽不及光学和红外传感器，但军用雷达的全天候、全天时以及大空域高数据率的性能则是其他传感器无法代替的，因而军用雷达在军事领域担负着极其重要的角色，具有广阔的应用前景。
一、军用雷达在现代战争中的作用
1864年麦克斯韦提出了电磁场理论，预见了电磁波的存在。1886年赫兹成功地完成了产生电磁波的实验，从而证实了“无线电”的存在。1922年马可尼主张用短波无线电来探测物体，确定另一船舶的存在，这是对于雷达概念的最早描述。之后，英、美、德等国的科学家做了许多验证试验。1935年2月英国人用一部12MHz的雷达探测到60km外的轰炸机，并于1937年初，正式布置了雷达“链条”(Chain)，美国1938年制造了第一部防空火力控制雷达SCR-268，其工作频率为205MHz，探测距离达180km，先后生产了约3000部。由此可见，雷达的发明和应用是上世纪30年代，至今已有70多年的历史。1940年11月，美国麻省理工学院(MIT)成立了辐射实验室，对雷达及其相关技术进行全面研究，取得了全面丰硕成果。第二次世界大战后，陆续公开出版了有名的28本《辐射实验室丛书》，公布了雷达和有关专业技术的大批资料，这对全世界雷达技术的发展起了重大的推动作用。第二次大战期间，飞机是交战双方的一种主要作战武器，探测敌方飞机的入侵，引导己方高射炮和飞机去拦截，成了迫切需要解决的问题,对船舶的探测也是当时的紧迫问题。作为主要探测手段的雷达应运而生，获得了快速发展。那时雷达的主要任务是发现目标的存在，测量目标的坐标位置，即飞机目标的距离，方位和仰角(或由距离与仰角换算出来的高度)，目标距离依靠测量雷达辐射信号从雷达到目标往返所需的传播时间来确定。要测量目标所在的角度必须依靠定向天线，即具有较窄波束宽度的雷达天线。为了使天线波束能照射到整个观测空域，天线波束必须在空间进行扫描，初期的雷达天线都是机械扫描天线。
二战之后，军用雷达技术获得很大发展，各种新的军用雷达在战后多次局部战争中均起了重要作用。军用雷达在现代战争中的作用主要表现在以下3个方面：
①雷达是各个级别上的作战指挥系统(亦称指挥、控制、通信计算机和情报、监视侦察系统，即C4ISR系统)中能够实时、主动、全天候获取有关目标战场环境信息的探测手段：
②雷达是各类先进作战平台(飞机、导弹、战舰、战车等)的不可缺少的组成部分，是实现远程打击、精确打击的必要手段，是发挥其作战效能的倍增器。
③雷达是发展和评估各类先进武器系统和进行军事技术研究的测试手段。
军用雷达的分类有多种方法。常用的主要分类方法有：
①按雷达测量的坐标参数分类，可分为二坐标(2D)雷达和三坐标(3D)雷达。例如，只测量目标距离和目标方位的雷达属于二坐标雷达；能同时测量目标的距离、方位、仰角的雷达则称为三坐标雷达。
②按功能和作用分类，雷达可分为空中搜索(警戒)雷达，目标指示(引导)雷达，火控雷达，制导雷达，炮位侦察雷达和岸防雷达等。
③按雷达装载的平台来分类，有机载雷达、舰载雷达、气球载雷达、弹载雷达、车载雷达、星载雷达等。以机载雷达为例，又可细分为机载预警雷达、机载火控雷达、机载战场侦察雷达、直升机载雷达、无人机载雷达等。其中每一种机载雷达根据功能差异，所用的主要技术等，又可分出许多品种。
④按采用的雷达信号形式来划分，有连续波雷达和脉冲雷达两大类。每一类中又包含多种雷达，如调频连续波雷达，脉冲多普勒雷达，脉冲压缩雷达等。
⑤其它分类方法，如根据其移动性可分为固定式雷达，机动雷达，可运输式雷达等；根据雷达作用距离大小，可分为近程雷达、中程雷达、远程雷达、超远程雷达，等等。
无论哪种雷达，都包含有产生高功率辐射信号的雷达发射机；向空间辐射信号的发射天线；接收从目标反射信号的接收天线；将微弱的接收信号进行放大滤波和变换的雷达接收机；对雷达信号进行处理、录取与显示的雷达终端设备；控制雷达天线转动，控制与录取天线波束指向数据的雷达伺服设备：雷达各分系统协调工作的频率综合器和定时器等。典型的先进脉冲雷达的基本组成，如图1所示。
在图l中，发射天线与接收天线公用，因而增加了双工器：图l中的发射机为功率放大式发射机，接收机则是采用了低噪声放大器(LNA)的外差式接收机。军用雷达要完成的基本功能主要是：①目标检测，在雷达观测空域内确定有无感兴趣的目标；②目标参数测量，亦称目标参数估计，用于确定目标位置，运动参数和提取其它目标特征参数；③目标分类、识别，用于确定目标类型，分辨真假目标等。
为实现这些功能，满足现代战争的特点与密切相关的军事需求，对各种用途的新一代军用雷达提出以下8点要求：①观察低可探测目标：(包括隐身目标，如隐身飞机、隐身无人机、隐身舰船)和直径5cm以下“空间垃圾”(对航天和空间飞行活动)，小型导弹，反辐射导弹(A刚)等；②提高雷达在复杂电磁干扰环境下工作的可靠性和有效性；提高雷达在硬打击(反辐射导弹和激光制导炸弹)下的生存能力；③提高雷达测量的分辨率和精度，以适应具有精确打击能力的各类作战平台和测量评估雷达发展的需要：④进行目标分类、识别和判别目标属性；⑤对地面、海面和空中运动目标进行高分辨成像，检测地面／海面的运动或静止军用目标；⑥发展双，基地雷达系统，将多部雷达组网，采用多传感器数据融合(MSDF)，改善雷达性能，提高雷达抗电子战、信息战能力与雷达的生存能力：⑦提高雷达进入各类指挥控制(C4ISR)系统与作战平台的综合能力；⑧将有源雷达与无源雷达结合，将雷达中的一些功能模块(例如天线，发射，接收，信号处理，计算机，终端显示)与敌我识别(IFF)、电子战(Ew)，通信系统设备等中的相应功能模块共用，严格控制雷达发射信号的辐射，对雷达辐射进行管理和改进雷达所在平台的综合电子系统的性能。
二、军用雷达技术的应用
为了实现这些日益增高的新要求，各项雷达新技术获得了很大发展，并逐渐应用于各类先进雷达之中。这些新技术主要表现在以下9个方面：1)雷达频段的扩展
在频率的高端，往毫米波、红外、激光雷达方向扩展：在低端则往vHF、UHF与HF(短波)波段扩展。2)雷达自动目标识别(ATR)
根据雷达观测数据及从雷达回波中提取的特征，对目标进行分类、识别、判别属性是实现战场管理，精确打击的重要条件，是当今雷达发展中的一个重大课题。3)雷达成像技术
采用大的瞬时信号带宽信号，可获得目标的高分辨一维像，再利用目标回波中多普勒频移的变化，即利用综合孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)的原理可获得很高的两维分辨能力，实现目标的两维成像，测量地面高度、探测林中隐蔽目标，甚至探测地下军事工事，这极大提高了雷达的应用范围。4)超低副瓣天线技术
高增益、超低副瓣天线(最大副瓣低于．40dB)是雷达抗干扰、抗ARM，抗杂波的关键技术。5)超宽带雷达技术
雷达信号的瞬时相对带宽大于25％的雷达称为超宽带雷达。超宽带雷达在目标识别、雷达成像、抗干扰、抗AI己M等方面均有重要意义。6)相控阵天线技术
除低／超低副瓣相控阵天线外，有源相控阵天线，共形相控阵天线和宽带相控阵天线的发展有重要意义。有源相控阵天线中每一个天线单元均有一个发射，接收组件(T瓜组件)，具有高性能、高可靠、低成本的发射／接收组件，数字波束形成(DBF)，自适应波束形成，大时宽带积信号的数字产生与数字处理等技术正在快速发展，并在相控阵天线的大量采用是降低先进雷达成本的重要措施。7)先进的信号处理与数据处理技术
随着计算机、集成电路技术的飞速发展，高速、大容量并行处理的实时处理成为可能。将其用于相控阵天线，可实现自适应数字波束形成(ADBF)。这将天线理论与信号处理相结合，出现了具有多种自适应能力的信号处理天线，为提高雷达的性能提供了新的潜力。8)雷达系统建模与仿真技术
利用现今迅速发展的计算机技术和仿真技术，可以在雷达研制过程中的设计阶段，合理确定各项战术技术指标，协调各分系统之间的指标分配、优化雷达系统设计，缩短雷达设计周期；在系统软件优化和系统性能评估中仿真技术更有重要作用。采用先进的雷达系统建模与仿真技术是克服先进雷达研制周期长，技术风险大，成本高的关键措施。9)雷达新工艺，新结构，新材料技术
为实现雷达的高机动能力，解决在一些复杂平台上安装所遇到的体积、重量的限制和恶劣物理环境的影响，解决大功率散热问题等，都要依赖于采用新工艺，新结构和新材料。同时，这些新技术也是提高雷达性能，缩短雷达研制周期，降低成本的重要措施。碳纤维复杂材料(CFRP)、纳米材料、微电子机械系统(MEMS)，在雷达中将有更广泛的应用。
二战以后，军用雷达技术保持了高速发展的势头，这与战后的冷战局面和美苏两国的军备竞赛有密切关系。计算机、集成电路和信号处理技术的发展使雷达中的运动目标显示(MTI)处理、脉冲多普勒(PD)处理、脉冲压缩等，先后从模拟处理方式转为数字处理方式，极大地提高了雷达的性能，也大大促进了相控阵雷达的诞生。1957年苏联成功发射第一个人造卫星上天以后，观测空间飞行目标，人造卫星和洲际弹道导弹成了重大课题，要求雷达作用距离要达到数千公里，可同时跟踪多批高速飞行的目标，只有采用计算机实时控制的相控阵才能实现这些功能。
相控阵雷达与机械扫描雷达的主要差别是它采用了由大量天线单元构成的阵列天线及其复杂的馈线系统，其中包括了大量的无源与有源微波器件。每一个天线单元上带有一个电控移相器或移相器和衰减器组成的幅相调节器(APV)，因而天线口径照射函数可在计算机控制下高速变化，使相控阵雷达具有常规机械扫描雷达所具备的若干技术特点，它们是：①天线波束的快速扫描能力；②天线波束形状的快速变化能力；③空间定向与空域滤波的能力；④空间功率合成能力；⑤天线与雷达平台共形的能力。
相控阵技术不仅在远程、超远程雷达近年来在各种战术雷达中也都得到了广泛应用。
除了相控阵天线技术外，高功率雷达发射机技术始终是雷达技术的一个重点。在雷达发展过程中，经历了三、四极管发射机、磁控管、速调管、行波管等电真空发射机，随着高功率半导体器件的发展，固态发射机技术越益被广泛应用，特别是应用于～些高性能相控阵雷达之中；但在高功率、高频段，例如毫米波波段的雷达发射机仍广泛采用电真空器件的发射机。为适应雷达观察隐身飞机和空对空、空对地、空对舰、反辐射导弹(AI洲)、无人飞机等雷达截面积小的低可观察目标，各种军用雷达对高功率发射机的要求更显突出，促使新的电真空、半导体功率放大器件快速发展，例如高功率回旋速调管、宽禁带(wBG)半导体功率器件及放大器等均成了当今雷达技术领域中的研究重点。
三、军用雷达的发展趋势
现代军用雷达的发展是以现代信息处理技术，微电子技术和计算机等信息技术的迅猛发展和广泛应用为基础的。信息技术是双刃剑，它同时提高敌对双方的信息化装备的性能水平，其中的雷达和雷达对抗(侦察与干扰)的全面较量也永无休止。对抗从地面、海上发展到空中、再到太空。现代军用雷达的技术特点则来源于对现实威胁(战区弹道导弹、巡航导弹、小目标、低空目标、高机动目标，饱和攻击、基于快速侦察的强电子干扰环境，等等)的深刻认识和日益增长的军事需求(多任务、多使命、多模式、一体化、机动性、生存能力、组网能力、情报融合能力、信息传输能力、标准化程度、升级能力，等等)。美欧现代雷达在技术特点和战术应用特点上融合的比较协调——先进技术发挥最大效能的同时，需求与应用也刺激着技术的更新换代。
采用相控阵天线技术实现复杂灵活的多模式波束运动方式，以实现警戒区域多任务、多使命和多模式的应用功能，可以应对于未来空中威胁和严酷的雷达对抗威胁。
采用低、极低或超低副瓣针状波束天线(ULSA)和低雷达发射峰值功率技术，使侦察设备难以随意感觉到雷达信号。雷达技术参数(发射峰值功率、发射频率、脉冲重频、脉冲宽度、信号波形、波束宽度、波束位置等)大范围智能化随机“捷变或异化”，工作模式多样且可快速变化，致使侦察设备对感觉到的信号难以完全测量。
雷达的战术应用特点是与其他任务使命相关联的，无论是美国的Ⅻ＼∞和TMD的各类雷达，还是俄罗斯的s．300系列防空系统雷达，或美国的E．2C“鹰眼”2000E、E．3“哨兵”、E．8C Joint Sta心‘联合监视目标攻击雷达系统”，它们都有着自己在C4ISRK中所处的“位置”，都有着自己相应的作战程序和多种任务，应用模式。从电子侦察的角度看，现代雷达采用副瓣针状波束，计算机根据任务要求智能地选择工作模式并在大范围内控制着雷达的工作参数和捷变规律，使得一部分现代雷达成为难以侦察的低截获概率(LPI)雷达而发挥出相当于过去多部老式雷达的功能。
因此，军用雷达在军事领域中担负着重要的角色，具有广阔的应用前景，对我国雷达事业的发展，也将起到一定的促进作用。可输入日期查看精彩内容 查看“中国军工研究所分布”输入721查看“9张图教你看懂解放军军衔”输入811查看“中国军工系统渊源考证”输入812查看“解放军最神秘的部门”输入820查看“详述航天五院”输入806查看“中国船舶领域研究所大全”输入810查看“日本军工企业大揭秘”输入710查看“中国即将面世的12大武器装备”输入813查看“航天科技与航天科工之区别”输入729查看“西安军工企业一览”输入816其他更多精彩的文章↓请点击下面“阅读原文↓”
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：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用
PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用
引言
恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。
基于上述情况对某生活区供水系统进行了改造，采用plc作为中心控制单元，利用变频器与pid相结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。2 系统结构与工作原理
供水系统由主供水回路、备用回路、储水池及泵房组成，其中泵房装有1#~3#共3台150kw泵机。另外，还有多个电动闸阀或电动蝶阀控制各供水回路和水流量。由于该供水网较大，系统需要供水量每小时开2台泵向管网充压，供水量大时开3台泵同时向管网充压。要想维持供水网的压力不变，在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件为控制系统提供反馈信号，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压比较慢，故系统是一个大滞后系统，不宜直接采用pid调节器进行控制，而应采用plc参与控制的方式来实现对控制系统起调节作用。选择frn160g7p-4变频器实现电动机的调速运行，可编程序控制器选择日本松下fp1-c40型，且配有a/d和d/a模块，其原理框图如图1所示。
图1 恒压供水系统原理图
控制系统主要由plc、变频器、切换继电器、压力传感器等部分组成。控制核心单元plc根据手动设定压力信号与现场压力传感器的反馈信号经plc的分析和计算，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过pid运算后，plc将0~5v的模拟信号输出到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软启动;plc通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过i/o端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使动力系统的工作压力稳定，进而达到恒压供水的目的。3 系统程序设计和plc的i/o分配
系统程序包括启动子程序和运行子程序，其流程图如图2所示。运行子程序又包括模拟调节子程序(其流程图如图3所示)和电机切换子程序(流程图略)，电机切换子程序又包括加电机子程序和减电机子程序(程序设计略)。plc的输入、输出端子分配情况如附表所示。
图2 启动程序流程图
图3 模拟调节流程图 系统工作过程
加上启动信号(x4)后，此信号被保持，当条件满足时，(即x2为“1”)时，开始启动程序，此时由plc控制1#电机变频运行(此时y0、y6、y7亮)，同时定时器t0开始计时(10s)，若计时完毕x2仍亮，则关闭y0、y6，(y7仍亮，)t2延时1s。延时有两方面的原因: 一是使开关充分熄弧，防止电网倒送电给变频器，烧毁变频器;二是让变频器减速为0，以重新启动另一台电机。延时完毕，则有1#机投入工频运行，2#机投入变频运行，此时y1、y2、y6、y7亮，同时定时器t1开始计时(10s)，若计时完毕x2仍未灭，则关闭y2、y6，(y1、y7仍亮，)t3延时1s，延时完毕，将2#机投入工频运行，3#机投入变频运行，(此时y1、y3、y4、y6、y7亮，)再次等待y7灭掉后，则整个启动程序执行完毕，转入正常运行调节程序，此后启动程序不再发生作用，直到下一次重新启动。在启动过程中，无论几台电机处于运行状态，x2一旦灭掉，则应视为启动结束(y7灭掉)，转入相应程序。综合整个启动过程，完成三台电机的启动最多需要22s的时间。
运行过程中，若模拟调节器节上、下限值均未达到(即x1、x2灭)，则此时变频器处于模拟调节状态(此时相应电机运行信号和y6亮)。
若达到模拟调节上限值(x1亮)，则定时器t4马上开始定时(5s)，定时过程中监控x1，若x1又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节;若t4定时完毕，x1仍亮，则启动一低速(y8亮)，进行多段速调节，同时定时器t5开始定时(3s)。定时完毕，若x1仍亮，则关闭此多段速，启动一更低速(y9)，同时定时器t6定时(10s)。定时完毕，若x1仍亮，则关掉y9，此后x0很快会通，转入切换动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若x0亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行切换动作，即转入切换程序，同样，若无论何时，x1灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。
若达到模拟调节下限值(x2亮)，则定时器t7马上开始定时(5s)，定时过程中监控x2，若x2又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节，若t7定时完毕，x2仍亮，则启动一高速(y7、y2)，进行多段速调节，同时定时器t8开始定时(3s)，定时完毕。若x2仍亮，则关闭此多段速，启动一更高速(y8、y9)，同时定时器t9定时(10s)，定时完毕。若x2仍亮，则关掉y8、y9，此后x3很快会通，转入加电机动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若x3亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行加电机动作，即转入加电机程序。同样，若无论何时，x2灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。
电机切换程序分为电机切除程序和加电机程序两部分。此程序动作的条件是:启动结束后无论何时x0亮，一旦条件满足，即由plc根据电动机的运行状态来决定相应切换哪台电机，切换时只能切换工频运行电机。
若工作状态是一台变频一台工频，则立即切除工频电机，然后计数值减1，即完成此过程，再由调节程序运行，调节至满足要求为止。
若3台电机同时工作，则应由plc来决定切除哪台工频运行电机。切除依据是3台电机对应计数器的大小，谁大切谁，切除掉一台后，要由定时器定时(5s)等待，以便变频器调节一段时间，防止连续切除动作。这主要是考虑到本系统的非线性和大小惯性因素而采取的措施。
加电机程序, 其动作程序是:启动结束后无论何时x2亮, 一旦条件满足, 立即关掉变频运行电机和变频器，延时一段时间后(原因同上), 将原变频运行电机投入工频运行，同时打开变频器和将要启动电机的变频开关, 完成加电机。
同样，若原有2台电机工频工作，则x2一亮，立即开始加另一台电机(无延时)，(加电机依据是判断计数值，谁小加谁)。但加电机完成以后，定时器要开始定时(5s)等待，让变频器调节一段时间，防止连续加电机动作。其过程分为:结束语
用变频器来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分显著。其优点是: 起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应;在锅炉和其他燃烧重油的场合,恒压供油可使油的燃烧更加充分，大大地减轻了对环境的污染。参考文献
[1] 常斗南.电气控制与plc应用.北京:机械工业出版社,2003 [2] fp1型可编程控制器c24/c40/c60操作手册 [3] 变频器说明手册.富士电机有限公司
[4] 曾 毅.变频调速控制系统.济南:山东科学技术出版社,2002 作者简介
张全庄(1963-)男 讲师/硕士 主要研究方向:工业电气自动控制与plc应用。
第五篇：现代交流调速技术及其在除尘电机调速中的应用
现代交流调速技术及其在除尘电机调速中的应用
康玉龙
（河北钢铁集团宣钢公司焦化厂 075100）
摘要：本文以现代交流调速技术的应用领域及发展趋势为背景，介绍中压交-直-交电压型H桥级联变频器的工作原理、控制方式和技术优缺点，并通过宣钢焦化厂除尘电机变频与液力耦合器不同调速方式下的对比分析，指出变频调速在高压大功率风机上使用的优越性能和良好的节能效果。
关键词：交流调速 中压H桥级联变频器 除尘风机 干法熄焦 节能
0前言
电力电子技术的发展产生了采用半导体开关器件的交流调速系统，随着对大规模集成电路和计算机控制技术的研究，以及现代控制理论的应用，促进了各种类型的交流调速技术的飞速发展，如串联调速系统、变频调速系统、无换向器电动机调速系统及矢量控制调速和直接转矩调速系统等。其中变频器作为较为成熟的高科技调速产品，其性能稳定、操作调节方便、自动化程度高、节能效果明显等优点，已普及国民经济各部门的传动领域，得到了广泛的推广应用。
1交流调速技术概况
1.1应用领域
1.1.1通用机械的节能调速
通用机械指风机、泵、压缩机等，量大而广，应用于各行各业。此类机械由交流电动机驱动，经调速改造，替代原有挡板及阀门调节，使其风量、流量可实现连续平滑和快速精确控制，优化了工艺控制过程，有助于提高产品的质量和产量。
1.1.2工艺调速
由于机械设备的工艺需要，要求驱动电动机必须调速运行的传动系统，如金属加工、造纸、提升等机械的传动系统。1.1.3牵引调速
各种电动机车及船舶等运输机械的电驱动系统，要求在运行中及时调速，属于工艺调速范畴，但有许多不同于一般机械的特殊要求，如供电电源、设备尺寸、散热及防护要求等，正由于牵引机械对设备尺寸、防护严格要求及交流较直流调速的优势，交流牵引调速取得更快发展。1.1.4特殊调速
某些应用场合为满足用户对调速特殊要求的调速系统，如转速6000r/min以上的高速系统，调速范围1:50000至1:100000的极宽调速系统，只有采用特殊的永磁交流电动机才能实现。1.2调速用电力电子装置
交流调速用电力电子装置有交流调压装置和变频装置两大类。现有交流调压装置仅晶闸管交流调压器一种，变频装置有交-直-交间接变频器和交-交直接变频器两种，其中交-直-交间接变频器又分为电压型和电流型型两种，电压型储能元件为电容，在控制规律不变而负载变化时输出电压基本不变，电流型储能元件为电感，在控制规律不变而负载变化时输出电流基本不变。1.3发展趋势
1.3.1电力电子器件与材料的更新
在提高现有电力电子开关器件的同时，研发新型大容量电力电子器件，通过降低MOSFET通态电阻，提高电压；研制集成电力电子模块（简称IPEM）实现标准化、模块化、高效率、低成本、低污染、可编程；采用新型半导体材料碳化硅（SiC），其工作温度可达600℃，PN结耐压可达5000KV以上，导通电阻小，导热性能好，漏电流特别小。1.3.2控制策略和手段研究
在以矢量控制和直接转矩控制技术为中心的控制理论不断完善的研究中，开辟了自适应和滑膜变结构控制、模糊控制、神经网络控制、无速度传感器控制系统等。
2中压交-直-交电压型H桥级联变频器
随着交流调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频调速技术得到了广泛的应用并取得了良好的效果，其中电压型H桥级联变频器由于其电压畸变率小、功率因数高、逆变模块技术要求低、技术成熟、运行效果好等特点，得到了广泛的应用。2.1工作原理
电压型H桥级联变频器中每一项都由多个H桥功率单元串联而成，串联数取决于变频器输出电压等级，每个H桥由4个IGBT构成，并用独立彼此隔离的整流电源供电。
图一 H桥级联变频器和H级功率单元
2.2控制方式
H桥级联变频器的输出电压电平数多，通常采用三角载波比较法实现PWM（脉宽调制），通过给定频率的等腰三角载波与给定频率的正弦调制波相比较，以二者交点确定功率单元中逆变器的开关时刻，使脉冲宽度按正弦规律变化，输出频率等于且幅值正比于指定调制电压的基波成分。2.3特点及问题
此类H桥级联变频器使用1200V或1700V低压IGBT不需均压措施，且输出电压电平数多，电压畸变率小，电压波形每次跳变幅值小，无需输出滤波器，同时输入整流桥数多，通过输入变压器二次绕组移相，进线交流电流谐波小，功率因数高。
但是由于H桥级联数多，主电路复杂，储能电解电容技术要求高，可靠性受一定影响；整流电源数多，电机制动再生能量吸收或回馈技术实现难度大、成本高。
3除尘高压风机中的应用
除尘风机作为焦化行业环保除尘环节中重要设备，其运行状态将直接影响烟尘回收处理效果。现以河北钢铁集团宣钢公司焦化厂1#、2#干熄焦地面除尘风机调速方式为例，对比分析变频和液力耦合调速方式下的风机运行技术特点。3.1工艺概况
干法熄焦过程中会产生大量焦灰尘和有害物，这些有害物不仅对现场操作人员造成危害，而且将对环境造成严重污染，为消除生产过程中产生的粉尘，由除尘风机负压收集各收尘点含尘气体经管道送至脉冲布袋除尘站，净化后排放至大气。根据宣钢焦化厂干熄焦除尘工艺所需除尘风量，综合考虑系统漏风等因素，选用10KV 800KW单吸入离心式除尘风机。
其中1#干熄焦2010年投产，设计初期，由于考虑高压变频器投资高、技术不够成熟、市场应用不普及等多方面因素，该项目除尘风机设计为液力耦合调速方式；随着电力电子技术的高速发展，高压变频基本成熟，其性能稳定、控制操作方便，节能明显等优点得到普遍认可，2#干熄焦除尘风机2014年设计采用高压变频调速方式，装焦时高速运行，非装焦时低速运行。3.2二者调速性能比较 3.2.1调速效率
液力耦合器是装于电动机轴和负载轴之间的机械无极调速装置，利用油和两个互不接触的金属叶轮的摩擦力传导转矩，带动负载转动，可通过调节油压改变输出转矩，实现调速。当忽略轴承、鼓风损失和工作液体容积损失及摩擦力矩损失等，其调速效率近似为：nT=i；式中i为液力耦合器转速比，因此转速比nB减小调速效率降低，同时作为一种低效调速方法，其转差能量转换为油的热能儿消耗掉，当小于0.4时工作油升温加快，给设备运行带来不稳定状况。
而变频调速通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和频率，仅控制电路本身需消耗很少一部分能量，因此可在全转速范围内保持较高的效率运行。3.2.2启动性能
液力耦合器不能直接改善启动性能，启动电流仍达到电机额定电流的5至7倍，而变频启动可实现软启动，启动电流小，且启动全过程可控，启动点和爬坡时间可设置，可避免启动电流对电网和电动机的冲击。3.2.3运行维护
结合焦化厂1#干熄焦除尘风机调速设备运行情况来看，液力耦合器机械结构和管路系统复杂，日常维护工作量大，且在故障下无法定速运行，必须停机检修；而2#干熄焦除尘风机H桥级联变频调速装置虽电子线路复杂，但技术成熟，尤其是单元自动切换和冗余运行特性，可在单元故障下实现不停机连续运行，运行可靠性较高，且其检修维护只需定期更换进风滤网。3.2.4调节控制特性
液力耦合器依靠调节工作腔油量大小改变输出转速，因此响应慢（需30秒左右），速度调节精度较低，在干熄焦装焦过程期间灰尘负压回收能力不能及时跟上，影响烟尘回收效果；而变频调速属于数字式控制，频率改变速度快，稳频精度高，可实现精准控制，提高了装焦过程期间烟尘回收率。3.3节能经济效益分析
由于液力耦合器液力效率、转差消耗及变频器自身能量消耗的存在，其二者均存在额外的功率损耗，但变频调速运行效率随输出转速降低变化不大，而液力耦合器效率基本呈正比降低，且综合轴功率随转速呈三次方比例下降，节能和运行效率均不及变频调速。
下面在忽略液力耦合器辅机（冷油器、油泵等）所消耗功率和设备自身消耗等的理想状态下，对比1#、2#干熄焦除尘风机调速耗能情况：
1#干熄焦除尘风机为24小时工作，电机输入电流平均约为50A，年运行时间为300天，其全年用电量为：
F13UIcosHD1.732105024300=6235200kWh
2#干熄焦除尘风机为24小时工作，高速运行时，电机输入电流平均约为50A，低速运行时，电机输入电流平均约为30A，按每15min装焦一次，装焦时间5min，即每天高速运行时间为8小时，低速运行运行时间为16小时，年运行时间为300天，其全年用电量为：
F213UIcosHD1.73210508300=2078400kWh F223UIcosHD1.732103016300=2494080kWh F2F21F224572480kWh 综上可得：
全年节电量为FF1-F26235200-4572480=1662720kWh 节电率为=F166272027% F162352004结束语
通过中压交-直-交电压型H桥级联变频器与液力耦合器运行节能效果的对比分析，不难发现其在运行效率、启动性能、运行维护等方面有着突出的优势，且随着电力电子技术和控制理论的不断进步，会有更高性能的设备应用到国民经济的电气传动领域。
参考文献：
[1]电气传动自动化技术手册（第二版）.机械工业出版社，2005.[2]姚绪梁，现代交流调速技术.哈尔滨工程大学出版社，2009.[2]钢铁企业电力设计手册.冶金工业出版社，1996.
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