摘  要：兗州礦區(qū)在將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于各種煤礦生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又根據(jù)已有的變頻節(jié)能技術(shù)進(jìn)一步在地面各種設(shè)備廣泛地進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了良好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：煤礦；變頻；節(jié)能

Abstract：Yanzhou Coal Mining Area in the inverter technology used in a variety of coal mine production equipment control system based on it, under the existing frequency energy saving technology further wide variety of devices on the ground had been applied to obtain a good energy saving effect.

Key words：Coal mine；frequency；energy

      近幾年來(lái)，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司及其下屬各礦（廠）在將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于各種煤礦生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又根據(jù)已有的變頻節(jié)能技術(shù)進(jìn)一步在地面各種設(shè)備廣泛地進(jìn)行了推廣應(yīng)用，針對(duì)運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真分析和歸納，不斷總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定了改進(jìn)方案并進(jìn)行了實(shí)施，同時(shí)還取得了一批研究成果，取得了良好的節(jié)能效果。

1  裝煤火車鋼絲繩牽引系統(tǒng)的變頻調(diào)速

      兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦原先采用的鋼絲繩牽引“鐵?！弊儤O調(diào)速存在著不能夠平滑調(diào)速，使得裝載出現(xiàn)偏載、集載的現(xiàn)象；對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)造成頻繁的機(jī)械沖擊，降低了使用壽命；電氣系統(tǒng)的故障率高，不利于維護(hù)等缺點(diǎn)。為此，他們改用ABB ACS601-0120-6重型變頻器及其配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速調(diào)速，具有缺相、短路、過(guò)載等保護(hù)功能，提高了火車裝煤的質(zhì)量，在50Hz以下的時(shí)候還具有節(jié)能的效益。

      ①采用能耗制動(dòng)，避免了中間回路電壓上升對(duì)變頻器的損壞。鋼絲繩牽引“鐵?！睂儆诖髴T性設(shè)備而且操作頻繁，如果變頻器中沒(méi)有采取消耗能量的措施，這部分能量就會(huì)導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器電壓上升。在減速制動(dòng)過(guò)快或者緊急停車的時(shí)候，這部分能量會(huì)對(duì)變頻器造成損壞。與通用變頻器最常用的動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)和再生制動(dòng)狀態(tài)處理方式不同，他們選用了能耗制動(dòng)的方法。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染、成本低廉。缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低，特別是在頻繁制動(dòng)的時(shí)候要消耗掉大量的能量而且制動(dòng)電阻的容量將增大。

      ②“鐵?！弊詣?dòng)回窩控制。原有的控制是利用磁控限位開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在改為磁控開關(guān)與變頻器控制回路相結(jié)合。為了避免“鐵牛”回窩出現(xiàn)過(guò)位的事故，要在牛窩附近增加一個(gè)磁控限位開關(guān)。當(dāng)“鐵?！苯?jīng)過(guò)的時(shí)候，開關(guān)動(dòng)作使相應(yīng)的繼電器得電，常開觸點(diǎn)閉合使變頻器以比較低的恒速鎖定。當(dāng)“鐵?！被馗C到位的時(shí)候觸動(dòng)另外一個(gè)磁控限位開關(guān)，相應(yīng)的繼電器得電，其常閉觸點(diǎn)斷開從而使變頻器停止工作。為了避免“鐵?！背龈C的時(shí)候該回窩系統(tǒng)動(dòng)作，電源取用變頻器反轉(zhuǎn)信號(hào)。

      ③兩套變頻系統(tǒng)的電氣隔離?？紤]到鋼絲繩牽引“鐵?！弊冾l系統(tǒng)出現(xiàn)不可控的故障情況而影響生產(chǎn)，采用了備用變頻系統(tǒng)，這樣就面臨兩套變頻系統(tǒng)的電氣隔離問(wèn)題。他們?cè)趦商鬃冾l器電源以及負(fù)荷側(cè)各增加一個(gè)接觸器并且相互電氣閉鎖。在單獨(dú)的“鐵?！被馗C控制箱內(nèi)增加兩個(gè)相互電氣閉鎖的繼電器，當(dāng)在用變頻調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)候相應(yīng)繼電器才得電并且接通回窩系統(tǒng)電源。

2  中高壓大功率變頻技術(shù)

      在中高壓變頻領(lǐng)域，目前的功率器件耐壓能力在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)還不可能滿足高壓變頻調(diào)速的需要。為此，人們創(chuàng)造了一些電路拓?fù)?，如交—交變頻、功率單元串聯(lián)多重化電壓源型高壓變頻、電流源型中高壓變頻以及IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻。其中的IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻新技術(shù)徹底地解決了功率器件的耐壓?jiǎn)栴}，使得直接高壓變頻成為現(xiàn)實(shí)。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被兗州煤礦機(jī)械廠應(yīng)用到新研制的礦用隔爆型變頻器中。

      在IGBT直接串聯(lián)的二電平電壓型中高壓變頻器的主電路中，系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓6kV直接經(jīng)斷路器進(jìn)入變頻器，經(jīng)過(guò)二極管全橋整流、電容濾波，再經(jīng)逆變器逆變，加上正弦波濾波器，簡(jiǎn)單易行地實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出，直接供給高壓電動(dòng)機(jī)。

      ①自動(dòng)均壓的IGBT串聯(lián)技術(shù)。利用容性母排技術(shù)1+N（只）串聯(lián)及采用2/3限壓動(dòng)態(tài)均壓、鉗壓技術(shù)，克服了IGBT動(dòng)態(tài)電阻及極電阻不同步引起的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)電壓不均衡的問(wèn)題。不管主電路電壓有多高，但是分配給每個(gè)管子的工作電壓是在其額定電壓之內(nèi)的，使單個(gè)IGBT不容易損壞，即使損壞了但是由于有冗余也不會(huì)影響到輸出波形。

      ②正弦波技術(shù)。中高壓電動(dòng)機(jī)對(duì)變頻器的輸出電壓、電流波形有著嚴(yán)格的要求。直接串聯(lián)技術(shù)從優(yōu)化PWM波形即SVPWM技術(shù)和研制特種濾波器兩方面著手。由于三電平的11、 13、17諧波含量特別高，處理起來(lái)特別困難，若不加濾波器則只能用供應(yīng)商的專用電動(dòng)機(jī)。而二電平只要波形優(yōu)化得好，60次以下的諧波皆可大大降低，而且對(duì)于60次以上的諧波濾波自然容易得多。交—交變頻器、功率單元串聯(lián)多重化電壓源型高壓變頻器、電流源型中高壓變頻器都是利用變壓器協(xié)助間接解決功率開關(guān)的耐壓?jiǎn)栴}，而IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻器徹底去掉了變壓器，真正實(shí)現(xiàn)了高進(jìn)高出，為高壓變頻開拓了新的領(lǐng)域。

3  變頻器在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

      由于無(wú)級(jí)調(diào)速受到成本等方面的限制，目前的塔式起重機(jī)絕大多數(shù)都是采用有級(jí)調(diào)速。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司第三十七工程處針對(duì)4繩最大起重量小于或者等于6 t的中小型塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用了矢量變頻器實(shí)現(xiàn)交流變頻調(diào)速的方式，為此問(wèn)題給出了完善的解決方案。他們?cè)诓辉龃笞冾l器選型與適當(dāng)犧牲速度的方法，使得變頻無(wú)級(jí)調(diào)速的成本與帶渦流制動(dòng)的多速繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)變極調(diào)速差距不大，性能卻有了很大的提高。

      應(yīng)用比較廣泛的中小型塔式起重機(jī)是QTZ315塔式起重機(jī)，其最大起重量為3t，起重速度為52/26/5.5m/min，起重機(jī)構(gòu)采用15/15/5.5kW的4/8/32多極電機(jī)，減速機(jī)速比為12.5，滾筒直徑為300mm。中小型塔式起重機(jī)選用變頻調(diào)速方式，最大起重量和滾筒直徑這兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)不能夠有太大的變化，對(duì)于速度的要求也比較高，因此需要對(duì)相關(guān)的設(shè)備和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。起重機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)由主令控制器或者電位器作為輸入給定，通過(guò)變頻調(diào)頻調(diào)速電控設(shè)備、荷重測(cè)控儀、限位開關(guān)和制動(dòng)器等配合使用，來(lái)控制起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)等交流變頻異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、可逆運(yùn)轉(zhuǎn)與調(diào)速。設(shè)備選型參數(shù)：動(dòng)滑輪2倍率，起升機(jī)構(gòu)18.5kW的4極異步鼠籠電機(jī)，減速機(jī)速比31.5，滾筒直徑300mm。經(jīng)計(jì)算，理論起升重量為5.1198t，考慮傳動(dòng)效率為0.264則最大起升重量為3.28t，與要求的最大起升重量相比有1.1倍保險(xiǎn)系數(shù)，基本符合要求；最大起升速度為21.7m/min。在變頻模式下，電機(jī)的最大起升速度降低了很多，通過(guò)縮短起動(dòng)和就位時(shí)間、空鉤高于50Hz運(yùn)行等多種協(xié)調(diào)方法，使得實(shí)際運(yùn)行中不會(huì)明顯感覺(jué)到速度減慢。采用先進(jìn)的現(xiàn)代交流變頻調(diào)頻技術(shù)對(duì)塔式起重機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，使起重機(jī)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作、提高運(yùn)行效率、改善超負(fù)荷作業(yè)、消除起動(dòng)和制動(dòng)沖擊、減少電氣維護(hù)、降低電能消耗和提高功率因數(shù)等均可以取得良好實(shí)效。

4  基于CAN總線的智能變頻器

      淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司和兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)了一個(gè)帶CAN總線接口的智能變頻器。

      隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子半導(dǎo)體器件的進(jìn)步和發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)得到了很大的發(fā)展，變頻調(diào)速器以其調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、保護(hù)功能完善、過(guò)載能力強(qiáng)、節(jié)能顯著、使用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。在各種現(xiàn)場(chǎng)總線中，CAN總線因其性能優(yōu)越、價(jià)格便宜、通信距離遠(yuǎn)、速率高、抗干擾能力強(qiáng)，非常適用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域?；贑AN總線的智能變頻器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要是由CAN總線接口、雙口RAM、變頻器控制電路和變頻器主電路組成的。變頻器和CAN總線接口是相互獨(dú)立的兩個(gè)部分。變頻器的核心部件為AT89C51，主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及各種控制和保護(hù)功能；CAN總線接口的核心是SJA1000和AT89C51，SJA1000是CAN總線控制器，負(fù)責(zé)將CAN總線傳來(lái)的數(shù)據(jù)拆包，并將其送往AT89C51，同時(shí)將AT89C51傳來(lái)的數(shù)據(jù)打包，上傳給CAN總線。變頻器和CAN總線接口的數(shù)據(jù)交換通過(guò)雙口RAM  IDT7005S35J完成。

      基于CAN總線的變頻器研制成功以后，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)表明：長(zhǎng)遠(yuǎn)個(gè)單片機(jī)加上雙口RAM構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、反應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、成本低、故障率小、維護(hù)量少，適用于交流電動(dòng)機(jī)的全數(shù)字化控制，同時(shí)亦可以作為多種調(diào)速方案的試驗(yàn)平臺(tái)；雙口EAM的使用，解決了雙機(jī)之間數(shù)據(jù)的大量快速雙向傳送，而且可靠性高，占用PCB板面積小，具有很好的性能價(jià)比；特別是在該變頻器與其它控制系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)相連的時(shí)候，更加顯示出其優(yōu)越性。

5  電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的研究與應(yīng)用

      鍋爐引風(fēng)機(jī)是發(fā)電廠的主要廠用負(fù)荷，屬于耗電大戶，素有“電老虎”之稱。在煤礦自備發(fā)電廠中，僅引風(fēng)機(jī)的耗電量就占到全廠用電量的25%左右。而且，為了維護(hù)鍋爐爐膛的負(fù)壓以及正常燃燒，人們通常采用傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門擋板的方式進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，這樣就會(huì)給生產(chǎn)造成很多問(wèn)題，從而危及鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦矸石熱電廠與山東科技大學(xué)合作，在鍋爐引風(fēng)機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)以后，使上述這個(gè)困擾多年的問(wèn)題終于得到了解決。

      此項(xiàng)成果具有以下功能：①負(fù)壓變送器采集爐膛負(fù)壓，該系統(tǒng)在CPU監(jiān)控下可以實(shí)時(shí)跟蹤爐膛負(fù)壓的變化，變頻調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，自動(dòng)維持爐膛負(fù)壓的恒定，不再需要調(diào)節(jié)風(fēng)門。②通過(guò)觸摸鍵來(lái)設(shè)定爐膛負(fù)壓及其上下限、電動(dòng)機(jī)上下限頻率和加減速時(shí)間、通信速率等參數(shù)，其中的“設(shè)定爐膛負(fù)壓”可以在引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中隨時(shí)改變給定值，從而增加了引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的靈活性。爐膛負(fù)壓實(shí)值、電動(dòng)機(jī)頻率、電動(dòng)機(jī)功率、電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、變頻時(shí)間、電量計(jì)數(shù)等工作參數(shù)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示，其中的“爐膛負(fù)壓”實(shí)值還可以用趨勢(shì)圖形來(lái)顯示，便于監(jiān)盤和調(diào)整。③設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種運(yùn)行方式，除了能夠?qū)崟r(shí)跟蹤爐膛負(fù)壓、自動(dòng)維持爐膛負(fù)壓恒定的調(diào)節(jié)方式以外，還可以切換自動(dòng)跟蹤爐膛負(fù)壓系統(tǒng)，手動(dòng)操作觸摸鍵來(lái)變頻控制引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，為啟停爐等特殊工況提供了更加靈活的控制方法。④引風(fēng)機(jī)采用變頻軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流從0逐漸上升到額定電流值，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。⑤具有電動(dòng)機(jī)過(guò)載、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)、通信故障等11種故障類型顯示，并且有蜂鳴報(bào)警，按照故障提示可以迅速檢查出故障的原因。⑥設(shè)有聯(lián)鎖輸出接口，在事故的情況下，當(dāng)引風(fēng)機(jī)的頻率低于設(shè)定的下限頻率以后可以輸出一個(gè)聯(lián)鎖信號(hào)，自動(dòng)停止送風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)的運(yùn)行。

      南屯煤礦矸石熱電廠于1998年5月對(duì)1#爐的引風(fēng)機(jī)安裝了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，由于不再需要調(diào)節(jié)風(fēng)門，故將風(fēng)門的擋板拆除，不但完全消除了節(jié)流損失，節(jié)約了大量的電能，而且大大降低了引風(fēng)機(jī)的故障率，減少了壓火停爐的次數(shù)，維持了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定。在正常情況下，變頻器運(yùn)行在“自動(dòng)”工作方式，實(shí)時(shí)跟蹤爐膛的負(fù)壓，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值上，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)踐表明：控制器操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行參數(shù)變化一目了然。引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由于頻率能夠手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整，因此不僅不會(huì)對(duì)供電電網(wǎng)造成沖擊，同時(shí)還能夠使開關(guān)設(shè)備的故障率大為減少，延長(zhǎng)了開關(guān)電器的使用壽命，減少了設(shè)備的維護(hù)工作量。為了將爐膛的負(fù)壓設(shè)定值穩(wěn)定地維持在-20Pa（正常范圍為0～-50Pa），將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率調(diào)整到較佳的36～38Hz，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率在80kW左右，一年就可以節(jié)約電能為50萬(wàn)kWh，年節(jié)約效益達(dá)到20萬(wàn)元，變頻器的全部投資費(fèi)用可在1～2年內(nèi)完全回收。

6  煤礦變頻恒壓供水工程實(shí)踐

      兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦的生產(chǎn)、消防及生活等用水均由地面聯(lián)合泵房供給。原先的供水系統(tǒng)是通過(guò)人工調(diào)整水泵臺(tái)數(shù)來(lái)調(diào)控供水壓力和流量，由于各臺(tái)水泵本身的運(yùn)行工況難以調(diào)整，造成系統(tǒng)壓力與流量脈動(dòng)大、工作不穩(wěn)定、電耗高。為了消除以上弊端，他們和山東科技大學(xué)聯(lián)合研制了恒壓變頻自動(dòng)供水裝置。經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，泵站工作穩(wěn)定，節(jié)電效果明顯。

      該礦原先設(shè)計(jì)的生產(chǎn)與消防供水為同一個(gè)泵站，水源為由礦井水處理站供水的工業(yè)水池，由4臺(tái)水泵組成，揚(yáng)程分為2種規(guī)格，分別用于生產(chǎn)供水和消防供水。新研制的這種變頻恒壓供水系統(tǒng)主要是由變頻器、壓力傳感器、高低水位計(jì)、控制柜、水泵等環(huán)節(jié)組成的。

      他們根據(jù)離心式水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比、揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比的運(yùn)行理論，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組電源頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到壓力與流量按需要進(jìn)行相應(yīng)改變的目的。工作時(shí)，只要將供水管網(wǎng)的水壓通過(guò)壓力變送器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再經(jīng)集成電路放大后送至壓力調(diào)節(jié)器與給定壓力進(jìn)行比較，其差值經(jīng)比例、積分、微分運(yùn)算后控制變頻器的輸出頻率，并最終控制水泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)管網(wǎng)用水量增加時(shí)，管網(wǎng)壓力降低，與給定壓力比較后變頻輸出頻率增高，供水量增大；而當(dāng)系統(tǒng)的用水量減少時(shí)，管網(wǎng)壓力會(huì)變大，變頻器就會(huì)得到減小輸出頻率的指令，供水量就會(huì)減少，使系統(tǒng)保持恒壓供水。高低水位計(jì)選用浮球式控制開關(guān)，當(dāng)水位降低到最低水平的時(shí)候，水泵控制停機(jī)。此外，變頻器本身保護(hù)也很完備，對(duì)電動(dòng)機(jī)缺相、堵轉(zhuǎn)、過(guò)流、過(guò)熱、欠壓等保護(hù)靈敏可靠。

7  變頻調(diào)速器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

      兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司唐村煤礦的非煤產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大，造成生活、生產(chǎn)用水量大增，供水壓力波動(dòng)大。如用手動(dòng)控制供水，壓力很難控制在工藝范圍之內(nèi)。每天數(shù)次開泵停泵，各泵始終處于工頻—停止—工頻運(yùn)行狀態(tài)，不僅啟動(dòng)頻繁，而且能耗大，夜間低峰時(shí)壓力更難控制。因此，他們?cè)O(shè)計(jì)采用了恒壓供水系統(tǒng)，較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

      整個(gè)系統(tǒng)是由壓力傳感器、變頻器、電控設(shè)備、電動(dòng)機(jī)和泵等組成的。啟動(dòng)設(shè)備以后，PC機(jī)控制變頻器從輸出端輸出逐漸上升的頻率和電壓，對(duì)1#泵進(jìn)行軟啟動(dòng)。當(dāng)頻率上升達(dá)到電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速而壓力仍然不能滿足要求的時(shí)候，則PC機(jī)控制1#泵脫開變頻器轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行；此時(shí)，PC機(jī)控制2#泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，并根據(jù)管網(wǎng)的壓力調(diào)速運(yùn)行來(lái)控制管網(wǎng)的壓力，壓力過(guò)高時(shí)PC機(jī)發(fā)出指令，1#泵停止工作；當(dāng)壓力再次降低時(shí)（低于設(shè)定值），2#泵變頻升速到電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，直至轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行，1#泵變頻軟啟動(dòng)。

      供水管網(wǎng)的供水量和供水壓力是隨用戶的用水要求全日瞬時(shí)變化的，水泵機(jī)組如果按照額定流量和額定壓力工頻運(yùn)行，則能耗大，壓力隨流量的變化而波動(dòng)。通過(guò)出口壓力傳感器將實(shí)際運(yùn)行中的壓力信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，輸入給PC機(jī)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大處理后，再根據(jù)偏差的大小來(lái)自動(dòng)地整定P、I、D控制參數(shù)，控制變頻器和水泵機(jī)組，按照實(shí)際的用水量和壓力要求來(lái)變頻運(yùn)行，以達(dá)到高效節(jié)能和改善供水品質(zhì)的目的。

      運(yùn)行實(shí)踐證明，該系統(tǒng)節(jié)能效果在25%以上，管網(wǎng)壓力平穩(wěn)，避免了在控制壓力臨界點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的頻繁啟停，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

8  羅茨風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

      山東省煤炭科學(xué)研究所對(duì)兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司焦化廠冷鼓系統(tǒng)煤氣輸送環(huán)節(jié)上的ML83WD型132kW羅茨風(fēng)機(jī)實(shí)行變頻調(diào)速及自動(dòng)控制改造以后，有效地改善了原有的落后運(yùn)行方式，使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以隨著煤氣量的變化而變化，節(jié)約了大量的能源，保證了煤氣收集系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供氣質(zhì)量的可靠性。

      這個(gè)廠改造以后的新系統(tǒng)具有以下功能：①M(fèi)T-140E-132kW變頻器內(nèi)置PI控制功能非常適用于對(duì)流量或者壓力的自動(dòng)控制，是專門為適應(yīng)風(fēng)機(jī)、泵類等平方力矩特性負(fù)載設(shè)計(jì)的變頻器，可以在極低的變頻下啟動(dòng)電機(jī)，能夠避免過(guò)大的啟動(dòng)電流。②通過(guò)安裝在羅茨風(fēng)機(jī)之前的煤氣管道上的壓力傳感器測(cè)得的壓力信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著集氣管壓力的變化而變化。因?yàn)檩S功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，而有功功率的輸出呈立方下降，所以極大地降低了電動(dòng)機(jī)的能耗，而且提高了煤氣輸送環(huán)節(jié)的自動(dòng)化程度。③變頻器具有過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱、過(guò)頻等十幾種故障自動(dòng)保護(hù)功能。④變頻器可以在自動(dòng)（即通過(guò)壓力信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率）和手動(dòng)（由人工來(lái)設(shè)定工作頻率）兩種狀態(tài)下工作，并且具有自耦減壓?jiǎn)?dòng)與變頻器啟動(dòng)的互相切換功能，當(dāng)其中的一種工作方式處于檢修或者發(fā)生故障的時(shí)候，能夠由人工切換到另外一種工作方式上去，而不會(huì)影響到正常的生產(chǎn)。⑤自耦減壓?jiǎn)?dòng)柜與變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的啟停及二者的功能切換均可以就地操作。

      這個(gè)廠的運(yùn)行實(shí)踐表明：利用限定變頻器頻率的方法來(lái)降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以使風(fēng)量正好符合工藝的需要，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

9  變頻技術(shù)在煤氣輸送中的應(yīng)用

      兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司焦化廠在煤氣鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)采用了變頻技術(shù)，提高了煤氣收集質(zhì)量，保證了冷鼓、硫銨、粗笨等生產(chǎn)系統(tǒng)的正常工作，消除了因煤氣純度帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)，使自動(dòng)化管理水平得到提高，節(jié)省了電費(fèi)開支，同時(shí)還延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)、元件及控制設(shè)備的使用壽命，效果十分顯著。

      該廠132kW煤氣風(fēng)機(jī)用變頻控制系統(tǒng)的主控制參數(shù)是焦?fàn)t集氣管的煤氣壓力，當(dāng)集氣管壓力變化的時(shí)候保證機(jī)前吸力在小于4.413kPa的范圍內(nèi)變化。該裝置首先將檢測(cè)到的集氣管實(shí)際壓力與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，如果實(shí)際壓力值低于設(shè)定壓力，則進(jìn)行PI數(shù)據(jù)處理，使變頻器降低電源頻率，從而降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以減小機(jī)前吸力。反之，如果檢測(cè)到的實(shí)際值比設(shè)定值大，變頻器就升頻來(lái)增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增大機(jī)前吸力，使煤氣的收集根據(jù)焦?fàn)t生產(chǎn)量的大小來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證煤氣收集質(zhì)量。通過(guò)變頻器調(diào)速，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著系統(tǒng)壓力的變化而變化，使系統(tǒng)在最優(yōu)方式下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

      由于羅茨風(fēng)機(jī)在工頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，原始啟動(dòng)方式為自耦降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流大，設(shè)備及控制開關(guān)、元器件使用壽命短，生產(chǎn)成本高，同時(shí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的排氣、壓力條件全靠旁通管打回流來(lái)實(shí)現(xiàn)，旁通閥的開度一般在20%左右，這就意味著要有20%左右的流量回流才能調(diào)節(jié)機(jī)前吸力。

      采用變頻調(diào)速以后便不存在回流調(diào)節(jié)的問(wèn)題，從而節(jié)約了49%的電能，年節(jié)約電費(fèi)20萬(wàn)元以上。專家們指出：雖然變頻調(diào)速裝置的主機(jī)價(jià)格較高，但其性能好、可靠性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，一般可用15年左右，而2年的節(jié)能費(fèi)用就可收回設(shè)備的投資，經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。

10  中密度纖維板壓力機(jī)變頻節(jié)能

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司楊村煤礦針對(duì)木材廠生產(chǎn)纖維板的壓力機(jī)多臺(tái)高壓油泵在每個(gè)壓板周期內(nèi)有較長(zhǎng)時(shí)間處于卸荷空轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況，采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)控制，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

      該壓力機(jī)含有15層5100mm×1750mm的壓板，用來(lái)同時(shí)壓制15層鋪好的板坯。因在壓制過(guò)程中需要較高的壓力，壓力機(jī)底部有8只Φ400mm行程3810mm的柱塞油缸，需要的系統(tǒng)壓力最高達(dá)28Mpa。壓力機(jī)液壓系統(tǒng)由兩個(gè)8.5m³的低壓蓄能器、三臺(tái)A7V500LV5.1RPFHO斜軸式軸向變量柱塞泵、四組葉片泵及各自的閥組組成。每組葉片泵包括一臺(tái)兩端輸出的電動(dòng)機(jī)和T6D-035和T6E-066兩臺(tái)葉片泵。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)采用星形—三角形啟動(dòng)，壓力機(jī)整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)有多臺(tái)泵處于較長(zhǎng)時(shí)間的空轉(zhuǎn)狀態(tài)，白白浪費(fèi)了較多的電能。如僅用PLC控制接觸器使電動(dòng)機(jī)啟停，又會(huì)使電動(dòng)機(jī)因?yàn)轭l繁啟動(dòng)而造成電流過(guò)大跳閘，更會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)及電氣元件造成較大的損害。

      為了不對(duì)電氣設(shè)備造成損害又能起到節(jié)能的效果，他們對(duì)兩臺(tái)柱塞泵電動(dòng)機(jī)和四臺(tái)葉片泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。所使用的變頻器為施耐德Altivar71型，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率選用。通過(guò)設(shè)定加速段的斜坡時(shí)間為25s，使電動(dòng)機(jī)緩慢加速到工頻50Hz，壓力機(jī)上升及第一階段全速運(yùn)轉(zhuǎn)。第二階段為升壓階段，根據(jù)原設(shè)備壓力傳感器4～20mA信號(hào)，依據(jù)板坯厚度及工藝需要設(shè)定邏輯信號(hào)處理程序，使泵按照需要的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，提供合適壓力并使壓力平穩(wěn)上升。自從第二階段保壓開始，電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定減速斜坡時(shí)間25s緩慢停止。待到壓力機(jī)下降的時(shí)候此泵緩慢加速，準(zhǔn)備下一個(gè)工作循環(huán)。

      由于避免了多臺(tái)泵空轉(zhuǎn)時(shí)間，減少了液壓油循環(huán)量，有效降低了液壓油溫度，較好減少了因油溫過(guò)高、控制閥芯動(dòng)作不可靠導(dǎo)致的設(shè)備故障。按照平均每小時(shí)生產(chǎn)10車板計(jì)算，每天可以節(jié)約電能634kW·h，全年至少節(jié)約電能19萬(wàn)kW·h，約為10萬(wàn)元。

11  恒水位變頻技術(shù)在生活污水泵房的應(yīng)用

      兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦將恒水位變頻技術(shù)和PLC自動(dòng)監(jiān)控裝置應(yīng)用在生活污水處理系統(tǒng)中，對(duì)污水處理過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化控制。

      這個(gè)煤礦的生活污水由污水池經(jīng)2臺(tái)防腐污水泵排放。其中一號(hào)泵為15kW、60m³/h的離心式耐酸陶瓷泵，二號(hào)泵為30kW、400m³/h的離心式污水泵，2臺(tái)泵共用1條Φ200mm排水干管。原先由值班人員根據(jù)液位高度變化人工掌握開啟一號(hào)或二號(hào)泵。由于生活污水是晝夜不停排放且流量不斷變化的，值班人員對(duì)水位很難控制，兩臺(tái)泵難以及時(shí)切換。另外，二號(hào)泵由于流量較大，又無(wú)節(jié)能調(diào)速措施，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。為此，他們對(duì)生活污水排放進(jìn)行了技術(shù)改造：對(duì)二號(hào)泵增加變頻調(diào)速裝置，以節(jié)能降耗，減少運(yùn)行費(fèi)用；實(shí)現(xiàn)有水位控制的污水泵站自動(dòng)化，達(dá)到無(wú)人值守的目的。離心式水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，通過(guò)改變電源頻率、調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到按需要改變流量的目的。此系統(tǒng)主要由變頻器、液位傳感器、控制柜、水泵等組成。

      工作的時(shí)候，只要將污水池的水位與給定的水位進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過(guò)運(yùn)算以后控制變頻器的輸出頻率，并且最終控制水泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。擋水池水位增高的時(shí)候，與給定的水位比較以后變頻輸出頻率增高，排水量增大；反之亦然，使得系統(tǒng)保持恒水位排水。高低水位計(jì)選用浮球式控制開關(guān)，擋水位降低到最低水平時(shí)，水泵停機(jī)。此外，變頻器本身保護(hù)也很完備，對(duì)電動(dòng)機(jī)缺相、堵轉(zhuǎn)、過(guò)流、過(guò)熱、欠壓等保護(hù)靈敏可靠。該自動(dòng)化控制系統(tǒng)還可與螺旋泵房等設(shè)施配合使用，通過(guò)超聲波濁度儀對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用螺旋泵房等配套設(shè)施將不達(dá)標(biāo)的生活污水排入處理站重新進(jìn)行處理，直至達(dá)標(biāo)外排。