变频节能技术原理6范文

变频节能技术原理6篇1

关键词：中压变频器、节能、调速、LNG接收站、电压型、电流型

引言：LNG接收站中有大量的6KV供电的泵类设备，功率从200KW―1600KW。泵的耗电量中还有很大的节能潜力，其潜力挖掘的焦点是提高运行效率。可以预计，大功率交流电机变频调速新技术的发展和应用是我国节能的主导方向之一，也是LNG行业不断努力的目标。采用中压变频器不但可以大大减小中压电机起动电流，从而消除对电网的冲击，而且可以根据生产工艺的需要调节物料的供应量，大大提高控制精度和生产产量。更重要的是可实现运行节能，将运行成本降到最低。

1．变频器介绍

变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

中压变频器的种类繁多，其分类方法也多种多样。按着中间环节有无直流部分，可分为交交变频器和交直交变频器；按着直流部分的性质，可分为电流型和电压型变频器；按着有无中间低压回路，可分为高高变频器和高低高变频器；按着输出电平数，可分为两电平、三电平、五电平及多电平变频器；按着电压等级和用途，可分为通用变频器和中压变频器；按着嵌位方式，可分为二极管嵌位型和电容嵌位型变频器等等。

2. 中压变频器选型分析

我们知道，中压变频器与低压变频器的基本原理都是面积等效原理，即：冲量（窄脉冲面积）相等而形状不同的窄脉冲，加在具有惯性的同一环节上，其效果基本相同。这里所说的“效果基本相同”，是指环节的输出响应波形基本相同。将一系列电压脉冲的宽度按正弦规律进行调制，加在电机绕组端，回路中电流波形为正弦波。

如图1，a）、b）、c）所示的三个形状不同的窄脉冲：a）为矩形脉冲，b）为三角脉冲，c）为正弦脉冲，它们的面积（即冲量）都相等，将它们加在具有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。

2.1中压变频器的输入

一般情况下，低压变频器出于成本考虑，输入侧会采用6脉冲整流，加上利用电容储能稳压，所以输入侧一定会向电网注入很大的谐波电流。IEC标准要求单台变频器回路总的谐波电流畸变率不大于48%，及THDI≤48%。所以低压变频器输入侧一般都会加线路电抗器。如果需要将谐波抑制到更小，可选配价格昂贵的10%无源滤波器，配合直流电抗器，可将THDI值减小到5%以下。

中压变频器首先考虑的是将对电网的谐波污染降到最小，同时兼顾成本，所以输入侧采用了36脉冲整流，理论上无35次以下谐波电流产生。这样输入侧总的谐波电流畸变率THDI远小于1%，使得输入侧对电网几乎无谐波污染。

2.2中压变频器的输出

中压变频器输出电压的基本元素仍是矩形脉冲，但是与低压变频器已经有了巨大的区别。原因在于，低压变频器输出一般只有两个电平，不可能逼近正弦波。我们学微积分知道，用的线段越多，就越能拟合一条曲线。当用的线段无限多时，就可以得到与任意指定的曲线相同的曲线。施耐德电气中压变频器输出电压是叠加的多电平电压，可以非常逼近一个正弦波。电平数量越多，输出电压就约接近正弦波。当输出电压为9电平时，输出电压外延有矩形脉冲，但整体形状是已经高度正弦化了（见图4b）。当输出为17电平时，输出电压波形就已经完全正弦化了（见图4a）。

为什么中压变频器要采用多电平输出技术呢，这是因为中压变频器的逆变管IGBT的耐压值一般只有3.3KV，高电压时需要串联分压。IGBT耐压值较低的劣势，反而成就了中压变频器，使得其输出电压可以高度逼近正弦波，甚至完全正弦化。

这类中压变频器的输出电压为3电平，仅仅比低压变频器多了一个电平，所以其输出仍然会有很大dv/dt，从而产生过电压，需采用低通滤波器补偿，但仍容易损坏电机绝缘。由于IGCT的开关频率低，所以其输出电流有很大的谐波分量，增加了能耗，同时增加电机的脉动转矩和发热，降低了电机效率，容易将电机烧毁。这类中压变频器还有一个最大的弊端，就是只能输出3KV，不能直接输出6KV或10KV，如果需要输出6KV或10KV，需配输入降压变频器和输出升压变压器。很明显，这种中压变频器的技术含量较低，造价较低，体积庞大。

3.适合LNG接收站的6KV用电设备用的中压变频器

综上分析LNG接收站应选用单元三电平技术的中压变频器。采用了这种技术的6KV中压变频器，其输出电压的电平数量高达17个，其输出电压波形高度正弦化，远远优于其它型式的中压变频器。

下面，我们就对这种技术做详细说明。

前已述及，逆变管IGBT的耐压值一般只有3.3KV，所以如果要输出6KV或10KV，需要串联4组或5组IGBT分压。

如图2所示，中压变频器采用了4组功率单元串联，每个功率单元可以输出三电平：

第一电平：1-2-3-4导通

第二电平：2-3-4导通

第三电平：0电平（全关）

第二电平=第一电平/2

这样，不同相之间的功率单元就可以输出5个电平，见图3。

第一电平：1-2-3-4-5-6-7-8导通

第二电平：1-2-3-5-6-7-8导通

第三电平：1-2-3-5-6-7导通

第四电平：2-3-5-6-7导通

第五电平：全关（零电平）

施耐德电气3KV中压变频器是两组单元串联，可以输出9个电平（零电平公用，2×4+1=9）。

6KV中压变频器采用了4组功率单元，可输出4×4+1=17电平。

10KV中压变频器采用了5组功率单元，可输出5×4+1=21电平。

3KV中压变频器输出电压、电流实测波形见13b，可以看到电压波形的外延有矩形脉冲，这些脉冲的阶梯数量正好是9。

前已述及，输出电平数量越多，与正弦曲线的拟合度就越好。由于6KV中压变频器输出为17电平，10KV中压变频器为21电平，所以其输出电压波形已经无限逼近正弦波了。

4.结语

通过以上分析适合LNG接收站用的中压变频器要求：输入侧采用36脉冲整流，对中压电网几乎无谐波电流污染；输入侧功率因数可达0.96；含移相变压器在内，总有效率高达97%；逆变管采用IGBT，输出侧采用单元3电平技术，使得输出电压为17电平，从而使得输出电压波形为正弦波，从根本上消除了dv/dt，从而消除了过电压，输出距离不再受电机电缆长度的限制；输出电流是标准正弦波，无谐波分量。

参考文献

1 文斌，浅析电压型和电流型高压变频器 《电力电子技术》 2009年11期

2 刘世雄，高压变频器“一拖二”方案在锅炉引风机上的应用《电工技术》2011年02期

变频节能技术原理6篇2

关键词：PLC；变频调速；恒压供油；控制系统

中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0039-04

1 概述

目前，火力发电厂的锅炉启停及助燃均需依靠供油系统，即便在已经装设了等离子点火系统的锅炉，也不能完全保证在所有工况下全部实现无油，因此，供油系统是火电机组必须设置而且极为重要的一套系统，一般发电厂供油系统与机组并不采用单元制方式，而是作为公用系统存在，其稳定运行更与全厂机组安全密切相关。元宝山发电公司总装机容量2100MW，拥有1×300MW+3×600MW共计4台机组，每台机组均配置16台出力为2.5t/h的油枪。公用的供油系统配置三台轻油泵，编号为4、5、6号（1、2、3号泵为重油泵，已取消）。原设计采用工频运行方式，锅炉燃油时两台油泵需同时运行，油压调整由回油调节门控制，燃油母管压力作为被调量。供油泵的设计参数见表1。

长期以来，锅炉燃油时要求恒压与回油压力调节阀的调节质量二者之间的矛盾越来越突出，经常出现油压波动较大、无法准确调节燃油压力的现象，给锅炉燃烧带来很大隐患。曾经在2号机组启动过程中，锅炉保持一台磨煤机投粉运行，由于回油调节门突然失控，造成油压由3.8MPa瞬间降至1.2MPa，油枪运行中突然灭火失去助燃作用，锅炉发生爆燃事故。分析造成此类问题的原因主要有两个：一是回油调节阀根据系统压力进行调节，有时锅炉燃油量变化较快，由此造成系统油压变化大，回油调节阀经对多年运行后存在内漏现象，当油枪台数多时，需要大幅度关闭阀门开度在1%～10%左右，而阀门调节动作时间按照线性规律调节，这样即使阀门稍有动作，也会造成油压的大幅波动，同时阀门动作指令接受油压给定值与测量值偏差信号，较大的偏差信号要求较小的阀门开度来调节，由此出现调节振荡现象。二是控制系统元件老化严重，调节回路动作迟缓，这也是造成回油调节阀无法达到调节品质的一个重要原因。除此之外，原有的调节方式也给油区运行人员增加了额外工作量，由于回油调节阀内漏严重，往往阀门关闭后仍无法保证燃油压力，需要运行人员手动操作回油调节阀前手动门，手动调整的结果一方面调节品质更差，另一方面也存在误操作的可能。由此可见，原有供油系统的油压调节方式已经无法保证机组的燃油要求。

鉴于上述原因，元宝山发电公司积极寻求更为合理的供油系统油压调节方式，来保证机组的安全稳定运行。近年来，变频调速技术越来越广泛应用到工业领域，这种新型成熟的交流电机无极调速技术，控制性能独特、控制品质优良，同时兼具良好的节能效果，在石油储运行业普遍应用。在多次实地调研的基础上，元宝山发电有限责任公司决定大胆采用该项技术，并对油区轻油供油控制系统进行了改造，加装了变频器和智能控制设备，并对供油泵启停控制及供油压力调节回路重新进行了逻辑设计，经过短期的完善过程，供油系统已经趋于稳定运行状态，改造后再未发生油压大幅波动的现象，有利地保障了锅炉的安全运行。

2 供油管路油压调节原理

当锅炉需要燃油时，先手动以变频方式启动一台油泵，如达不到设定压力，第二台泵再启动，并保证两台泵的频率基本相同时，变频调节器投入自动控制，两台变频调节器接受人为设定油压信号。一台运行泵的电气部分突然出现故障或者压力异常下降时，停止故障油泵，另一台油泵及时调节，并且联动第三台油泵在20秒的时间内将压力调节稳定，在此期间供油系统只是瞬间小幅度波动，然后趋于稳定。当油枪台数变化使供油管路压力变化时，系统实际压力与给定压力的偏差送至变频调节器，变频调节器改变输出频率，继而改变油泵转速，最终实现无差调节，保证恒压供油。

改造后的操作界面具有人机对话功能，可随时通过人机操作面板显示电压、电流、频率、压力等数据，便于运行人员监视，运行人员也可以通过操作面板任意设定压力调节定值。

3 系统硬件构成

系统采用压力变送器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。图3为3台泵恒压供油系统的电气接线图，从系统结构看，该系统具有变频控制和工频控制两套功能，使供油系统的安全保障性增强，配置更加科学、

合理。

3.1 压力变送器

供油压力变送器安装在三台供油泵出口母管，将测量得到的供油管路的油压信号转化为4～20mA的电流信号，提供给PLC与变频器。

3.2 变频器

变频器既是油泵电机的控制设备，也是油压控制设备，能将设定油压与实际油压的偏差信号转化为0～50Hz的频率信号供给油泵电机，调整其转速。变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停止（D11、D15）、模拟量给定（A11）、实际值（A12）、控制方式选择（Dn）、恒速（DB）、允许运行（D14）；3个输出信号：模拟输出（频率）、继电器输出1（故障）、继电器输出2（运行）；DIP开关选择输入0～10V电压或0～20mA电流值（系统采用电流值）。变频器根据给定值A11和实际值A12，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的油泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。

3.3 三台供油泵控制

根据泵站供油实际情况与需求，利用3台油泵分别由3台变频器来控制调节供油系统量大小，因此除改变油泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来维持油压恒定，当运行泵达到预设频率而供油系统仍达不到恒压要求时，则启动预先的备用油泵运行，并且平稳增加油压，在尽短时间内达到所需油量要求，并维持平稳。反之，当变频器输出频率降至最小，供油压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理能力，采用FX-4AD（4模拟量人）获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据寄存器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在指定的数据存储器中。通过其可将压力传感器电流信号及变频器输出频率信号转换为数字量，提供给PLC，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限（考虑到油泵电机在低速运行时轴承可靠，必须保证其频率不低于21Hz，因此频率上限设为工频43Hz，下限设为21Hz）进行比较，实现泵的切换与转速的变化。系统在设计时应使油泵在供油稳压过程中尽可能快，以保证供油的连续性，油压波动尽可能小，从而提高供油质量。

4 系统软件设计

控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵控制，主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。当变频器输出频率达到频率上限43Hz，供油压力未达到预设值时，发出启泵指令，投入下一台泵供油。当供油压力达到预设值，变频器输出频率降到频率下限21Hz时，发出停泵指令，切除运行中的一台泵。系统刚启动时，情况简单，首先启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂，必须预先设定增减油泵的顺序。即获得加泵信号后，按照4号泵、5号泵、6号泵的顺序优先考虑。获得停泵信号后，按照6号泵、5号泵、4号泵的顺序优先考虑。

为增强系统运行的可靠性，系统还具有故障跳泵后自动补偿功能，也就是三台泵联动状态，当启动运行的两台泵突然有一台发生故障，另一台泵可以立即启动补偿压力，在启停泵时同时设置了元件动作顺序及延时，防止误动作发生。系统切换泵流程见图4：

5 系统参数的确定

变频器根据供油设定压力与实际压力偏差调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态。

6 控制方式

自动PID调节：使某（几）台变频器处于自动方式，使其处于PID自动状态，将供油压力设定值调整到所需值，然后按相应的一个“变频器启动”按钮，此时，变频器即按照预置的控制策略运行。

手动PID控制：使某（几）台变频器处于手动方式，将“变频手动输出”调整到所需频率。按相应的变频器启动按钮，此时，变频器按照手动输出频率控制油泵运行。

脱机控制：使某台或某几台变频器处于手动方式（“变频器自动/手动”开关置于“手动”位置）在变频器的操作面板上进行控制。

在#4、#5、#6轻油供油变频器柜加装了手动控制设备，目的是在轻油供油自动控制设备出现严重故障而无法及时恢复正常状态时，可以及时、快速投入该套手动控制设备，使用安装在变频器柜上的电位器进行压力调整，满足为机组正常供油需要。

7 参数修改

在控制柜显示模块上可以对现场参数设定、运行工况进行显示。可以设定#1、#2、#3变频器的运行参数，设定供油压力，显示供油总管压力，显示各变频器的工作参

数等。

在其画面6或画面8显示时，按F8+F2键，即可以进入参数修改状态。第一个可修改的通用数以反衬形式显示。此时，用F1、F7、F8、F3、F4键进行参数修改，用F5键或F6键取消或确定修改过程。

实例：修改压力设定值（2500kPa）。

（1）切换到画面6。

（2）按F8+F2键（进入参数修改状态）。

（3）按F1键2次，此时“设定值”以反衬形式显示为“/0/0/0/0/”，按F7键两次，显示为“/0/0/0/2/”。

（4）按F3键，显示为“/0/0/2/0/”，按F7键5次，显示为“/0/0/2/5/”，按F3键两次，显示为“/2/5/0/0/”，按F6键，确认输入值。如果输入有误，按F5键取消此次操作。

8 存在问题

由于网管覆盖面积较大，供油泵站海拔高度相对较低，远端（特别是#3、#4机组）供油压力要维持3MPa，在泵站出口油压就必须维持4MPa。

管道中若存在空气会导致油压震荡问题，因此必须保证管道的密闭性或管道检修后将管道中的空气排尽，才能投入正常供油运行。

9 运行效果

此次改造应用于元宝山发电有限责任公司供油系统的运行实际，改造范围小，投入费用少。通过变频转速调节替代了回油压力调节，避免了油泵启动瞬间对管路、阀门形成冲击，实现了供油系统的恒压调节，系统可靠性及自动化程度得到很大提高，保证了锅炉燃油期间的安全稳定运行。而变频代替工频的运行方式，使泵运行轴功率降低30%左右，又取得一定的节能效果。

参考文献

[1] 吕汀，石红梅.变频技术原理与应用[M].北京：机械工业出版社.

作者简介：王景虎（1977―），男，内蒙古赤峰人，内蒙古赤峰市元宝山发电有限责任公司生产技术部工

变频节能技术原理6篇3

[关键词]煤矿；高电压等级；大功率电动机；高压电机

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0278-01

引言

随着煤炭行业不断迅猛发展，煤矿企业生产规模不断加大，改造项目越来越多。由于很多煤矿企业是由小煤窑规模的生产逐渐扩大而来，受厂区面积小的影响，很多新上项目选址偏离原有厂区，后果是使新建项目的取电源点远离原有厂区总降压变或者高压开关站，从经济上考虑则采用高压架空线路向新建项目送电。大功率电动机选用高电压等级正好满足合理供电要求。

1 高低压电动机选择

在矿井提升类、通风类、泵类、压风类设备选择中，如果所配电动机在200KW以上，通常会有配电方式选择的问题，是选择高压还是低压？可从以下几个方面理解和考虑：

（1）两者最关键差别在于：同等功率电动机，低压电动机比高压电动机额定电流大很多倍，与电源电压成反比。如果是380V与10KV比较，采用低压电动机的额定电流是高压电动机的26倍多。从起动电流角度，一般电动机起动电流是额定电流的6-7倍。大电流对电网的冲击和危害较大，一般需另外采用软起动或变频启动。

（2）选择低压，低压负荷总功率大，通过选用更大容量的变压器来实现。

（3）一般电气设计的原则：在某一个功率等级以上采用高压，在其下采用低压。一般这个分界线是200KW或250KW。

（4）对于200KW或250KW以上的电动机，应该尽量采用高压，这是规定中设计原则的原因。采用高压的优点主要有以下几条：

1）采用高压，一般可以直接启动，取决于起动时的母线压降。如选低压电动机，不能直接起动，必须加其他启动方式，减轻对电网的冲击和设备的影响。

2）如选低压电动机，变压器容量需要增加，而且变压损耗也增加，变压器10KV柜真空断路器开断电流也要增加，直接导致设备投资增加。

3）高压电机额定电流小，电缆截面积选用小。而200KW以上低压电机额定电流大，需要多根大电缆并联使用，且接线不方便，易因电缆头接触电阻大引起发热导致事故。

4）相对低压，采用高压电动机，操作、维护、设备维修更为方便和安全。由于低压电动机额定电流大，低压配电柜抽屉中元器件发热量大，又增加起动、电缆等元件和设备，相对而言，采用低压的故障概率高。

5）相对低压，采用高压电动机对电网的冲击和危害要小。

2 高压电机变频控制器

（1）高低高型变频器

变频器为低压变频器，采用输入降压变压器和输出升压变压器实现与高压电网和电机的接口。由于低压变频器电压低，电流不可能无限制上升，限制了变频器的容量。输出变压器的存在使系统的效率降低；另外，输出变压器在低频时磁耦合能力减弱，使变频器在启动时带载能力减弱。对电网的谐波大；输出变压器在升压的同时，对变频器产生dv/dt也同等放大。

（2）高低型变频器

变频器为低压变频器，输入侧采用变压器将高压变为低压，将高压电机换成特殊的低压电机。因采用低压变频器，容量较小，对电网侧的谐波较大。在变频器出现故障时，电机不能投入到工频电网运行，在有些不能停机的场合不适用。

（3）串级调速变频器

将异步电机部分转子能量回馈至电网，从而改变转子滑差实现调速，通过采用可控硅技术，需要使用绕线式异步电动机。其调速范围一般在70%～95%，调速范围窄。可控硅技术容易造成对电网的谐波污染；随着转速的降低，电网侧功率因数也变低，需要采取补偿措施。

（4）电流源型直接高压变频器

输入侧采用可控硅进行整流，采用电感储能，逆变侧用SGCT作为开关元件。因器件耐压水平有限，必须采用多个器件串联。由于输出侧只有两个电平，电机承受的dv/dt较大，必须采用输出滤波器。优点是不需要外加电路就可将负载的惯性能量回馈到电网。缺点是电网侧功率因数低，谐波大，且随着工况的变化而变，不好补偿。

（5）电压源型三电平变频器

采用二极管整流，电容储能，IGBT或IGCT逆变。三电平的逆变形式，采用二极管钳位方式，解决了两个器件串联的难题，技术上比两个器件简单，直接串联容易。同时，增加了一个输出电平，使输出波形比两电平好。主要问题是采用高压器件，输出侧的dv/dt仍旧比较严重，需采用输出滤波器。因受器件耐压水平限制，最高电压只能做到4160V。

（6）功率模块串联多电平变频器

采用低压变频器串联的方式实现高压，是电压源型变频器。其输入侧采用移相降压型变压器，实现18脉冲以上的整流方式，满足国际上对电网谐波最严格的要求。带负载时电网侧功率因数可达95%以上。

3 高压电机的发展

高压三相异步电机是现代煤矿企业的主要拖动设备，耗电量巨大。从生产工艺和节能的角度，目前大多高压电机都有调速的需求。高压电机调速节能对我国节能减排具有重大意义。

（1）高压三相异步电机主要有两种类型：一种是鼠笼式电机，结构简单，运行维护简便，但转子是封闭；另一种是绕线式电机，结构复杂，但转子是开放。从电机调速节能的角度看，高压鼠笼式电机调速节能实现困难，代价大，而高压绕线式电机则较易实现调速节能，代价小。

（2）两种电机的节能调速解决

对高压鼠笼式电机进行调速节能工作，因其转子是封闭，只能采用高压变频技术，即在电机定子高压供电侧，采用电力电子变流技术来改变定子供电频率以实现调速。其面临高压（6kV，10 kV）和大功率、变流等诸多问题，突出表现为：变流系统自身功耗大（达电机额定功率的3～6%）而影响节电率；系统复杂庞大而可靠性受影响；对使用环境要求苛刻，运行维护量大和维护费用高。

对高压绕线式电机，因其转子是开放，可在其转子回路由电力电子变流装置附加可调反电势实现串级调速。由于转子回路电压低，且变流功率小，如对于泵/风机类负载，最大变流功率仅为电机实际运行最大功率的14.8%，与高压变频的高压、全功率变流器相比，串级调速系统只是一个低压、小功率的变流器。

因而，采用绕线电机和现代串级调速技术（斩波式），变流功耗小（不到1%），节电率至少比高压变频高3～6%；现代高频斩波式串级调速变流系统简洁可靠，维护量和费用小；装置简洁、制造消耗铜铁材料少，是变频的1/3～1/4。由此，对高压三相异步电机调速而言，绕线式电机和现代高频斩波串级调速技术结合使用是更为适合。

4 结语

鉴于高压电机调速节能意义重大，在矿井供电设计、高压电机和变频控制器使用的选型方面进行技术研讨和社会经济效益比较，为矿井电机调速节能及长远发展奠定基础，从而实现合理选型、经济适用、安全可靠。

参考文献

[1] 《电气工程师手册》第二版编辑委员会.电气工程师手册[M].机械工业出版社，2005.

[2] 黄俊，王兆安.电力电子变流技术[M].机械工业出版社，2004.

[3] 周希章，周文.电动机的启动制动和调速（第2版）[M].机械工业出版社，2003.

作者简介

变频节能技术原理6篇4

关键词：PLC 变频器 控制

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0010-01

1 PLC与变频器的原理

1.1 PLC的原理

PLC即可编程逻辑控制器，是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置，近年来在工业生产自动化领域得到了广泛应用。PLC的硬件系统主要由中央处理单元、输入输出电路、存储器等构成，软件系统主要由系统程序和用户程序构成。PLC的主要功能为顺序控制，工作过程可依次分为输入采样、程序执行、输出刷新，其控制系统如（图1）所示。

循环、连续扫描是PLC的工作方式，可以有效避免继电器控制系统中出现时序失配、触点竞争等问题。在输入采样环节，PLC利用扫描获取所有输入端的通断状态，之后将其存入映像寄存器。在程序执行环节，PLC按照一定顺序对程序指令进行逐条执行，利用输入、输出映像寄存器从而获取元件通断状态，并按照用户程序进行运算，在输出映像寄存器中存入运算结果。在输出刷新环节，输出锁存器会接收到输出映像寄存器中的信息，将其转化为控制信号对外输出，进而驱动输出设备。以上的工作过程为PLC循环扫描中的一个扫描周期，一般情况下，扫描周期为几ms到几十ms。

1.2 变频器的原理

所谓的变频器具体是指能够将50-60Hz的工频电源转变为各种频率的交流电源，实现电动机变速运行的装置。其结构如图2所示。

变频器的控制电路为高性能的微处理器，其利用A/D和D/A接口接收相关信号并加以处理，具体包括启停及正反转操作控制信号的处理。通常情况下，在PLC自动控制系统当中，PLC输入至变频器的信号为模拟信号，该信号经过A/D转换成数字信号后传输会给微处理器。虽然变频器的种类相对较多，但其基本工作原理却大致相同，控制方式主要有以下几种：矢量控制、转矩控制、转差频率控制、协调控制等等。

2 PLC自动控制技术在变频器中的具体应用

2.1 PLC与变频器选型

（1）PLC。在整个控制系统当中，PLC是核心，在充分考虑工业生产现场环境恶劣的前提下，并经过技术经济性比选之后，决定选用西门子公司研制开发的S7系列PLC中的S7-300PLC。大量的应用实践表明，该系列的PLC在自动化系统中具有着强大的控制功能，其使用范围较广，从替代继电器的简单控制到复杂的自动化控制均有所涉及。

（2）变频器。目前，在电力电子、微电子等技术的发展非常迅速，同时，半导体生产工艺的改进使其价格大幅度降低，从而使得变频调速装置在工业领域中的应用越来越广泛。为了确保变频器与PLC之间的通信，故此选用西门子公司出品的G120系列的变频器。

2.2 变频器自动化控制的实现方法

（1）通过I/O端子实现自动化控制。PLC自动化控制技术需要利用PLC和变频器的I/O端子予以实现，在实现的过程中可根据实际情况的不同，将其划分为两个不同的实现方向，即模拟量端子与PLC连接和数字输入端与PLC连接。前者是指在PLC自身不带模拟量端子的情况下，只需连接PLC的扩展模块与变频器模拟量端子，便可以实现自动化控制；后者是指在PLC自身携带I/O端子的情况下，可利用导线连接PLC与变频器的输入端子实现自动化控制。这种实现方法可有效启动或停止变频器，对变频器的预定频率进行设置。若变频器的数字量输入端子较多，则可获取较多的固定频率。

（2）借助DP通信协议实现自动化控制。可将S7-300PLC作为主站，并将G120变频器作为从站，由PLC向G120传送运行指令，同时接受来自于G120反馈回来的运行状态及故障报警信号。变频器现场总线控制系统的核心是通信协议，可借助DP通信协议来实现自动化控制的目标。DP通信协议的数据电报结构分为网络数据、协议层和电报头，其中网络数据具体是指PPO，包括参数值PKW和过程数据PZD，前者是G120变频器运行时需要定义的一些功能码，后者则是变频器运行过程中要输入和输出的一些数据值，如速度反馈值、频率给定值等等。DP通信协议共有两种类型的网络PPO，一类是无PKW却有2或6个字的PZD，另一类是有PKW并且还有2、6或10个字的PZD。对网络数据进行如此定义的主要目的是为了完成不同的任务，这样PKW与PZD之间的传输便可以互不影响，两者均能够独立工作，从而使变频器能根据上一级自动化系统的指令运行。

3 结语

总而言之，PLC自动控制技术以其自身诸多的优点被广泛应用于工业领域，本文重点对该技术在变频器中的应用进行了研究。在具体应用中，变频器自动化控制的实现是关键环节，采用DP通信协议可以使自动化控制的实现变得更加简单。在未来一段时期应当重点加大对PLC自动控制技术的研究力度，并在现有的基础上进行不断改进和完善，使其能够更好地为工业生产服务，这对于促进我国工业发展意义重大。

参考文献

变频节能技术原理6篇5

关键词：电力电子技术应用领域发展趋势

一、电力电子技术研究的问题

电力电子技术是一项利用功率半导体器件，应用现代控制理论，微处理器或计算机控制技术，实现对电能进行控制和变换的技术。这种技术是以尽可能高的效率将一种形式的电压、电流、频、相数的电能变换成另一种形式的电压、电流、频率、相数的电能。它尽可能使用无损耗的磁元件、电容元件和开关工作状态的功率半导体器件，少用或不用损耗性的电阻和线性工作状态的功率半导体，构成开关型高效率的功率处理系统。因此，电力电子技术也是一项高效节能的技术。

它与微电子技术中的信号处理系统不同，后者是对输入信息进行处理，完成某种功能。例如，拟放大、数字编码、数/模转换或模/数转换等。为完成这些处理，信号处理系统只需要很少的电功率，系统的效率不是主要的。而电力电子技术的功率处理系统，变换效率是最重要的指标之一，它是强电与弱电的结合点。

在电力电子技术的功率处理系统中，磁性元件(电感或变压器等)的重量和尺寸占主要部份。而提高功率半导体器件的开关频率，可使磁隆元件小型轻量化。因此，高频化是电力电子技术的主要发展方向之一。有两种电路方案可供选择:非谐振式和谐振式(包括准谐振式)。前者技术成熟，但开关损耗随频率提高而增加，频率提高有限。这是一个尚在探讨解决中的开关吸收问题。后者则处于发展研究中，原理上没有开关损耗，但目前技术还不成熟，只是在某些中小功率系统中得到初步应用。

此外，开关型高效率的电力电子系统是一个非线性的离散时变系统，它的建模、仿真、分析和检测等比较复杂.难度较大。现在还是一个研究热点。仿真软件PsPlcE技术还不成熟，使用时有很大局限性。

二、现代电力电子的应用领域

1.计算机高效率绿色电源高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星”计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.通信用高频开关电源通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

3.直流-直流(DC/DC)变换器DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

4.不间断电源(UPS)不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

5.高频开关电源的发展趋势。在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术,通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

变频节能技术原理6篇6

（山西省同煤集团，山西 大同 037000）

摘要：社会在不断发展，变频调速方式已成熟运用于生产实践当中，同时通过不断运用变频调速得到了进一步发展，并在煤矿广泛应用。四台矿主斜井强力皮带机原有电控系统为串电阻降流启动方式，存在启动电流大、启动性能不稳定、控制系统故障多、耗电量高、事故频繁等弊端，因此对原有电控传动系统进行改造，改造后能有效实现精确的速度、转矩控制及皮带机的软启动、软制动，从而降低了启动电流及胶带拉伸强度，使皮带机运行平稳、事故率降低、安全系数提高，并确保了节能效果。

关键词 ：变频器；传动装置；皮带；软启动；节能

0引言

主斜井皮带机是四台矿运煤的咽喉要害，担负着全矿井下原煤运输的任务，每天此设备运输量大、运行时间长。该皮带机的运行可靠与否，直接影响矿井全年产量和生产任务的顺利完成。该皮带机原电控、传动系统为串电阻降流启动方式，启动电流大，启动时对机械部分磨损严重，对皮带容易引起张力变化，从而影响皮带的使用寿命。由于主斜井强力皮带是多电机启动，启动时电机驱动功率难以达到平衡。因此，四台矿于2010年对主斜井皮带机电控、传动系统进行技术改造。

1改造前后设备使用情况

1.1改造前

四台矿主斜井皮带机运输长度为864 m，皮带机型号为DX.S6，倾角β=14.5°，带宽B=1 400 mm，带速v=3.15 m/s，电机为YR-500（3×560 kW，电压6 kV），减速器为K269P，采用钢丝绳芯胶带提升，设计运输能力Q=1 640 t/h，启动形式为电机串电阻降流启动，通过棒削联轴器带动减速器来驱动主副滚筒，最后通过滚筒与胶带间的摩擦力使用胶带转动运行。

1.2改造后

电机为1PO8405-4PM80-Z（3×615 kW，电压660 V），减速器为B3SH17A，启动形式为通过变频器对皮带机采用主从控制进行驱动，使电机慢速启动，带动皮带机缓慢启动，让皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在启动过程中形成的张力波极小，从而在不损害皮带的情况下启动运行。

2变频器原理

变频器是结合了应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电机的电力控制设备。其基本原理如下：首先将电源的交流电经过整流变换为直流电，再经过逆变器把直流电源逆变为频率和电压可调节的交流电源。

采用变频器对电机进行控制，可通过改变电压与频率而达到调节电机转速的目的。电机转速与工作电压频率满足以下公式：

n=60f（1－s）/p

式中，n为转速（r/min）；f为输入频率（Hz）；s为电机转差率；p为电机磁极对数。

上式表明，电机转速与工作频率成正比，通过改变电机工作频率即可实现电机转速的平滑调节目的。电机的磁极对数可根据绕组大小变化，双绕组电机通过切换绕组电源可实现速度的大范围调整，变频器即依据上述原理，利用半导体器件的通断作用将电源工频变换为可控制的另一频率的控制装置，具有技术调速范围宽、精度高、节能效果好等显著优点。

3传动部分设计验算

原始参数：运量Q=1 640 t/h，运输材料容重ρ=0.9 t/m3；带宽B=1 400 mm，带速v=3.15 m/s，电机功率P=3×560 kW，减速比i=22.24；胶带米自重qd=60.5 kg/m，运距L=846 m，倾角β=14.5°。

改造后：运量Q=1 640 t/h，运输材料容重ρ=0.9 t/m3；带宽B=1 400 mm，带速v=3.15 m/s，电机功率P=3×615 kW，减速比i=35.5；胶带米自重qd=60.5 kg/m，运距L=846 m，倾角β=14.5°。

3.1逆止力矩及制动力矩计算

上托辊折算到单位长度质量：

q′t=G′/lt′0=47/1.2≈39.17 kg/m

其中，lt′0=1.2 m；G′=47 kg（按DX系列输送机托辊旋转质量表）。

下托辊折算到单位长度质量：

q″t=G″/lt″=39/3=13 kg/m

其中，lt″=3 m；G″=39 kg（按DX系列输送机托辊旋转部分质量表）。

逆止力：

本次改造保持原来6套制动器（输入轴上双对轮，各一套制动器），每套制动力矩：

M=2×5 000 N·m＞M=2 767.6 N·m

所以满足设计要求。

3.2高速轴联轴器强度校核计算

柱销剪切强度τ：

因此，尼龙棒采用MC尼龙6材料，低速联轴器采用45#钢材料，均能满足使用要求。

4改造后实现的特点

4.1节约电能

皮带机电机功率615 kW，平均每天运行17 h左右，日运输煤碳1.2万t。原设计采用直接启动方式，启动后电机全速运行，而井下煤仓下煤量达不到皮带运输机的运输能力，故皮带上煤量不足，这样很不经济，浪费电能。使用变频器对拖动电机进行变频调速后，皮带运输机按实际需要功率出力，把变频器输出频率设为39～49 Hz，电机转速比工频速度适当降低，就可以使皮带运行速度与井下煤仓下煤量相匹配，同时降低了运行电压和电流，减小了电能消耗。据矿井统计，变频调速运行比直接工频运行可节约电能10%～15%。

4.2节省维修费用

原设计采用电机直接启动方式，不能调速，启动过程对电网、电机和传动机械设备冲击较大，加剧了机械设备的磨损，缩短了设备使用寿命，同时也缩短了设备维修周期，增加了停产检修次数。直接启动也造成控制设备如真空接触器、开关等的频繁更换，这都增加了维修费用，停产检修也造成了煤炭产量的损失。而采用变频器后，可以实现皮带运输机软启动，对电网和机械传动设备基本无冲击，大大延长了设备使用寿命。

4.3有效节约人力资源

采用变频器运行稳定可靠，除正常清洁维护，没有大量的维修工作，故不必配备许多设备维修人员。变频器操作简单方便、运行稳定可靠，每班只需一人值班操作即可，节约了人力资源，相应也提高了生产效率。

4.4延长皮带使用寿命

采用变频启动方式，通过增大设备转矩使皮带匀速启动，降低了皮带因启动而产生的强大的拉力，减少了启动对皮带接头的损坏。

5结语

变频启动器结构紧凑、操作简单、节省空间、保护完善。根据皮带电机数量可以组成2～6组的开关组合，能输出1～3个回路，直接同时软启动皮带1～3台驱动电机，而驱动电机直接带动各自减速器就可使皮带平稳快捷运行，省去了耦合器及相关设备，使空间增大，给检修和维护保养带来了极大的方便。新增加的水箱循环冷却系统使得电机和减速器散热更加良好、性能更加稳定。

四台矿主斜井强力皮带变频改造后，减少了配件的投入，也使电机启动速度平稳。通过调节电阻降低了启动电流，减小了对电网的冲击以及对电机、减速机、负载的机械冲击，解决了皮带重载启动难的问题，延长了皮带电机、减速机的使用寿命，降低了劳动强度，大大降低了事故发生率，同时开机率的提高不同程度上增加了煤炭产量，为全矿全年煤炭产量的完成奠定了坚实的基础。

［

参考文献］

［1］仲明振.低压变频器应用手册［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］李方园.变频器控制技术［M］.北京：电子工业出版社，2010.

收稿日期：2015-09-01

变频节能技术原理6篇7

关键词：变频调速器；磷复肥生产；调节阀；变频调速技术；节能原理 文献标识码：A

中图分类号：TQ126 文章编号：1009-2374（2015）09-0067-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0789

在磷复肥的生产过程中，为了保证产品的品质和产量，减轻操作人员的劳动强度，需要对温度、压力、流量、物位等参数进行自动控制。传统的自动控制通过调节阀门的开度进行控制。这类控制使得风机、泵类等设备大部分时间处于非满负荷运行，造成大量能量的浪费。同时在磷复肥的生产过程中介质的强腐蚀、易结垢、易结晶等特性，导致调节阀的投用和维护很困难，由此造成磷复肥生产的自动化水平很难提高。采用变频调速器对风机、泵类进行控制，不仅节约了能量，而且提高了控制系统的控制精度和可调比，提高了磷复肥生产的自动化水平。

1 变频调速技术

在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速性能优良，效率高。通过对电动机进行变频调速改造，可以降低系统能耗、优化系统的整体性能，同时节约资源，减少环境污染、优化工作环境等，具有良好的社会经济效益。变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全可靠性和延长设备使用寿命等优点而成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。

变频调速技术的基本原理是通过改变输入到交流电机的电源频率调节交流电动机的输出转速。异步交流电动机的输出转速与输入频率的关系如下：

式中：

n――电动机的输出转速

f――输入电动机的电源频率

s――电动机的转差率

p――电动机的极对数

电动机一旦购买，转差率s、极对数p均不可变，只有改变输入电动机的电源频率f，才可改变电动机的输出转速n。

2 变频调速器的节能原理

在磷复肥的生产过程中多使用离心泵输送液体。当采用调节阀进行调节泵流量时，电机的输出功率会被大量消耗在调节阀的截留过程中。当采用变频调速器调节流量时，根据流体力学理论可知：

即泵的流量Q与转速n成正比，扬程H与转速n的平方成正比，功率P与转速n的三次方成正比。因此可得出各项数据如表1所示：

表1 流量、转速、扬程、功率的相对关系

流量（Q） 转速（n） 扬程（H） 功率（P）

100 100 100 100

90 90 81 72.9

80 80 64 51.2

70 70 49 34.3

60 60 36 21.6

50 50 25 12.5

由表1可知：当流量减少到80%时，转速下降到80%，扬程下降到64%，功率下降到51.2%；当流量减少到50%时，转速下降到50%，扬程下降到25%，功率下降到12.5%，可节约87.5%的能量。

从离心泵的特性曲线和管路特性曲线可知，两条曲线的交点，即为离心泵的工作点。在该点，泵的效率最高。当工艺要求流量、压力发生变化时，就需要改变工作点。改变工作点的方法有两种：一是改变管路特性曲线；二是改变泵的特性曲线。通过改变管路特性来改变工作点，是通过调节调节阀的开度来实现流量的控制，从而改变工作点。该方法人为增大管路阻力，使相当一部分电能转换为机械能消耗在调节阀阀芯的阻力上，浪费大量电能。通过改变泵的特性曲线，是通过变频器来改变泵的转速来实现流量的控制，从而改变工作点。该方法节省了能量。具体分析如下。

离心泵的流量（Q）与扬程（H）的特性方程如图1所示：

图1 离心泵特性曲线

图中n1表示离心泵在额定转速为n1时的特性曲线，n2表示离心泵降速运行在n2时的特性曲线，S1表示未采用调节阀的管路特性曲线，S2表示采用调节阀管路特性曲线。Q1、Q2、H1、H2分别表示在两种工况下的流量、压力。由图1可知，在额定转速n1和未采用调节阀调节流量时，离心泵的功率正比于AH1OQ1所围面积。当工况发生变化时，通过调节阀调节流量时，离心泵功率正比于BH3OQ2所围面积，而采用变频调速器调节流量时，离心泵功率正比于CH2OQ2所围面积。由此可知，采用变频调速器调节，可以节约能量。变频调速器节能主要由两部分组成：一部分是节约用来克服调节装置阻力而损失的能耗；另一部分是克服因阻力调节而引起的风机或泵的效率减小而造成的能耗损失。

3 变频调速器在磷复肥生产中的实际应用

磷复肥的生产过程的介质具有强腐蚀性、易结垢、易结晶等特性，采用调节阀或阀门，会使阀前管道结垢堵塞更严重。若采用变频调速器取代调节阀，避免与工艺介质直接接触，具有无腐蚀、无冲蚀等优点，同时简化了控制系统结构，提高了控制系统的控制精度和可调比。

3.1 6×104t/a半水-二水湿法磷酸流量、流位等14个调节回路改用变频调速器

该公司引进挪威罗什海角公司的生产工艺，原设计全部采用费希尔公司生产的气动调节阀进行参数控制。因介质腐蚀性大，易结垢、堵塞、摩擦大，造成调节阀维护工作量大，管道堵塞严重，造成调节阀维护工作量大、管道堵塞严重。用变频调速器替代调节阀后，生产控制良好，维护管理费用大幅度降低。PID参数的整定采用智能调节器的专家自整定功能或人工凑试法整定。改用变频调速器后，该装置的清管周期由原来的3天延长为7天，产量由1×104t/a提高到7.5×104t/a，每吨磷酸消耗磷矿由4.2t降为3.7t，硫酸消耗由3.2t降为2.6t，仪表的备件消耗由37万元/年降为13万元/年。

图2 磷酸装置调节回路的改造

3.2 2.4×105t/a DAP装置、1×105t/a NPK装置的流量控制回路

该公司引进西班牙英壳儿公司管式反应器，并在后期修改了英壳儿公司的初始设计，将进管式反应器的磷酸和预中和槽进造粒机的DAP料浆流量调节阀改为变频调速器控制，生产的产品成分稳定，粒度均匀，色泽较好。PID参数整定为比例放大倍数Kc=0.5，积分时间I=10s，微分时间D=3s。

图3 DAP、NPK装置的流量控制回路

4 结语

在磷复肥的生产过程中，采用变频调速器替代调节阀，可以节省能源，简化控制操作系统，减少仪表的使用量，提高磷复肥生产的自动化水平。直接和间接的经济效益非常显著，有必要在磷复肥生产装置中大力

推广。

参考文献

[1] 张锦荣.变频调速技术与节能应用[J].自动化与仪器仪表，2012，（6）.

[2] 陈国呈.PWM变频调速及软开关电力变换技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3] 杨育宏，王红艳.变频调速节能控制分析[J].电力学报，2006，21（3）.

[4] 李永东.交流电机数字控制系统[M].北京：机械工业出版社，2002.

变频节能技术原理6篇8

【关键词】煤矿生产；机电设备；变频技术；节能

面对当前经济和能源的矛盾局面，尤其是构建环境友好型社会的倡导，应用变频技术成为煤炭企业以实际行动做好节能工作的必然选择。因此，如果可以将变频技术应用于这些设备当中，不仅有利于提供设备的操控性能，更加能够获得非常显著的节能效果。笔者在本文中分析并探讨我国煤矿机电设备中变频节能技术的应用情况，希望能够煤炭生产节能提供有益参考。

一、变频技术及其在煤矿机电设备中的应用

（1）变频技术的作用原理。目前，综合应用于电动机传动、电力电子等技术上的交流变频调速技术就是我们常说的变频技术。变频技术具有比较强的综合性，实现了对强弱电和机电的充分融合。实质上，变频技术之所以能够对工频电流的频率进行变化控制，主要是利用了不断切断、结合的电力半导体器件。作为一种有效、经济而且低耗的电能控制技术和调速技术，它的主要作用原理是实现工频交流电压向直流电压的转变之后再利用对逆变器频率和电压的调节来驱动交流电动机，而交流电动机因为所获得的电流和电压不同，则表现为它的转速便不同。由于变频技术提高或者降低电动机转速仅仅通过对电动机负载的改变即可，所以能够有效地提升工业生产的效率，同时能够在低工作负荷的情况实现电动机转速的降低，或者是根据实际情况采用对应的转速，不用再像往常那样使得电动机处于全速运转状态，白白浪费大量的电力能源。也正是因为节电，变频技术能够获得非常好的节能效果。（2）变频技术在煤矿机电设备中的应用。第一，矿井提升机。矿井提升机主要用来把工作人员或者相关物资和设备运输到预定的地点，所以矿井提升机在矿井作业当中发挥着非常重要的安全作用。在以往，矿井提升机主要利用金属电阻、接触器切除电阻或者是鼓型控制器实现自身的运行和速度增减。但是不够理想的散热效果和过度的电阻耗损会严重降低矿井提升机的实际运行安全性；而且过小的电阻范围也无法实现提升速度的精确增减；特别是在矿井提升机下降的过程中，不仅会导致电能的耗损，还会增加提升机的不安全风险。但是采用变频技术之后，矿井提升机的驱动系统能够实现无极平稳加速或者减速，实现对提升机的精准操控，不论是提升机的可操控性方面还是安全性方面，均是能够显著加分的。具体应用是：首先，可以借助编程器或者显示屏来查看故障代码，排查各种故障，不仅使得整个故障排查工作更加方便和简单，而后往往也能够更加快速地找到故障原因，并解决故障。其次，继电器控制更加便捷，其外部控制线路不仅可以更少，甚至能够有效降低继电器的数量，较少的外部控制线路和继电器的最大优势就是降低故障的发生概率并有效改善原本局促的井下空间。最后，能够非常方便地与编程器进行结合，并利用各种指令信号来控制电控系统及其继电器，另外，还可以通过切换梯形图和电路图的方式来更加直观地观察提升机的工作状态。第二，通风机。通风机在矿山设备中是非常重要的组成部分，而其中以主扇风机在生产中的运用作用最为重要。通风机是矿井作业中通风设备，该设备运作时间也是非常的长，在生产过程中该设备可以说是矿井的“呼吸器官”。伴随着煤矿开采深度的增加，由于开采越深所受到的风压也随之增大，通风机需要达到的功率也越来越大。因此，要使通风机达到较大的功率就成为了非常困难的问题。在矿山作业过程中，均将变频调速作为通风机设备的主要技术，这就能够有效根据实际的需要来改变风量的大小，同时该技术具有优秀的低耗能特点，因而被广泛运用到了该设备中。经过改造后的通风机能够在变频控制技术的支持下，有效实现变频软启动的工作，能够避免出现启动时电流过大，进而对电网设备造成冲击，导致危险事故的发生，同时又能够根据需要对设备进行启动和停止。在通常情况下，通风机基本是以较低的速度进行运作，这就使通风机的强度得到了有效地控制，能够使通风机的使用时间更加长，进而减少维修次数。但是在电机运用的过程中，要确保电机的转速能够一致，那就应当严格控制两台电机的运行频率，尽可能地使其保持一致，这就能够避免出现风阻的情况，导致风机受到影响无法常规运作。

变频技术为煤矿生产企业提供了节能的技术可能性，借助于变频技术，煤矿生产企业能够消耗更低的能耗，却可以生产出更多的煤炭资源，这不仅是对降低社会整体能耗水平、降低碳排放、保护生态环境的重要贡献，同时更是为支持经济可持续发展做出的努力。

参 考 文 献

[1]董建强.煤矿变频调速与节电技术研究[J].能源技术与管理.2010（6）