【正文】 序?yàn)椋? 第 1 個(gè) T/6： V V V5 導(dǎo)通， V V V2 截止： 第 2 個(gè) T/6： Vl、 V V2 導(dǎo)通， V V V5 截止： 第 3 個(gè) T/6： V V V2 導(dǎo)通， V V V5 截止： M ~UVW 圖 33 交 直 交變換電路 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 第 4 個(gè) T/6： V V V2 導(dǎo)通， V V V5 截止： 第 5 個(gè) T/6： V V V5 導(dǎo)通， V V V2 截止： 第 6 個(gè) T/6： V V V5 導(dǎo)通， V V V2 截止 。本功能只適用于 “一拖一 ”場合，而在 “一拖多 ”時(shí)，則應(yīng)在各臺電動(dòng)機(jī)上加裝熱繼電器。SAMCOvm05 系列通用變頻器采用智能功率模塊 (ASIPM)和高性能 IGBT，結(jié)構(gòu)更為緊湊、可靠；內(nèi)部控制軟件可隨用戶需求升級，免費(fèi)提供專門設(shè)計(jì)的可用于 Windows95/98操作系統(tǒng)的功能軟件 (通信接口功能、負(fù)載控制算法等 )、傳輸軟件 (FMTP)，并可方便的實(shí)現(xiàn)版本升級，版本升級功能是一種軟件用戶化功能，可以使通用變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩魧Ｓ眯妥冾l器，直接通過計(jì)算機(jī)上的串行通信口增加新的功能。 SAMCOVMO5SPF 能適應(yīng)不同的用途提供兩種系列，一般工業(yè)用的 SHF 系列和風(fēng)機(jī)、水泵用的 SPF 系列。設(shè)定為自動(dòng)時(shí)，可使加速時(shí)的電壓自動(dòng)提升以補(bǔ)償起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)加速順利進(jìn)行。三相橋式逆變電路的工作過程與單相逆變橋相同，只要注意三相之間互隔 T／ 3(T是周期 )就可以了。它在傳統(tǒng)大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用較多。 特點(diǎn)：電 動(dòng)機(jī)內(nèi)必須有一個(gè)以 n0旋轉(zhuǎn)的磁場。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：本型泵的吸入口與吐出口均在水泵軸心線下方，與軸線垂直呈水平方向，泵殼 中開，檢修時(shí)無需拆卸進(jìn)水，排出管路及電動(dòng)機(jī)（或其他原動(dòng)機(jī)），從聯(lián)軸器向泵的方向看去，水泵為順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這里主要介紹按結(jié)結(jié)構(gòu)型式作如下分類： （ 1）按流體吸入葉輪的方式：單吸式泵 雙吸式泵 。 恒壓頻比控制是比較簡單的控制方式，歷史悠久，目前任然被大量采用，該方式被用于轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)，適用于生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能要求不高的場合，例如利用通用變頻器對風(fēng)機(jī)、泵類進(jìn)行調(diào)速已達(dá)到節(jié)能的目的。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力 1 . 00 . 800 . 6 1ACB*?*? 圖 22 水泵的效率曲線 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。而在轉(zhuǎn)速控制方式下，由于在閥門開度不變的情況下，流量 ?Q 和轉(zhuǎn)速 ?n 是成正比的，比值不變，其效率曲線因轉(zhuǎn)速而變化，轉(zhuǎn)速為 60％ nN(nN為額定轉(zhuǎn)速 )時(shí)的效率曲線如圖 2。 （ 2）轉(zhuǎn)速控制法 ： 即通過改變水泵拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，閥門開度保持不變。節(jié)能調(diào)節(jié)的方法有：非變調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)，非變速調(diào)節(jié)包括節(jié)流調(diào)節(jié)和水泵的運(yùn)行臺數(shù)調(diào)節(jié)等。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。從總體上看我國的電氣傳動(dòng)技術(shù)水平較國際先進(jìn)水平相差l015 年．在我國，電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始建于 1954 年，當(dāng)時(shí)在機(jī)械工業(yè)部門的部屬下建立了我國第一個(gè)電氣傳動(dòng)公 司，第一批相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生參與其中，這就是后來的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所。掘砌工作完成后，拆除冷凍站，拔出凍結(jié)管，充填凍結(jié)孔，凍結(jié)壁自然解凍，恢復(fù)地層初始狀態(tài)。冷凍站的低溫鹽水（ 30℃左右）經(jīng)去路鹽水干管、配液圈到供液管底部，沿凍結(jié)管和供液管之間的環(huán)形空間上升到集液圈、回路鹽水干管至冷凍站的鹽水箱，形成鹽水循環(huán)。世界主要產(chǎn)煤 國家都把凍結(jié)法作為在身后沖 積巖層和特大含水基巖中施工的一種安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的方法加以推廣。本論文結(jié)合我國 煤礦凍結(jié)站 的現(xiàn)狀，并利用在校期間掌握的專業(yè)技能，設(shè)計(jì)了一套利用 PLC 變頻調(diào)速器以傳感器為基礎(chǔ)的 水泵流量閉環(huán)調(diào)速 系統(tǒng)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，如果在設(shè)計(jì)、運(yùn)行中采取有效的措施，平均可節(jié)電 40%以上。 (3)電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對環(huán)境的影響； (4)具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能及聲光報(bào)警功能； 煤礦凍結(jié)法鑿井簡介 凍結(jié) 法是在各種不穩(wěn)定的松散含水層或含水豐富的巖層中，采用人工制冷的方法，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 將 不穩(wěn)定的地層暫時(shí)變?yōu)榉€(wěn)定的地層，以利于地下下工程的施工。凍結(jié)壁達(dá)設(shè)計(jì)厚度后，即可進(jìn)行井筒掘砌作業(yè)，直到順利穿過不穩(wěn)定地層為止。中小型功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的 V/F 控制，只有少量的樣機(jī)采用矢量控制，生產(chǎn)數(shù)量及技術(shù)性能方面遠(yuǎn)不能滿足市場需要，目前還需要大量的進(jìn)口設(shè)備。 近年來，隨著電力電子技術(shù)的 飛速發(fā)展，高壓變頻技術(shù)日趨成熟，可靠性和性價(jià)比得到大幅提高。但是水泵的運(yùn)行效率很低，有的甚至僅有 30％，能量浪費(fèi)十分嚴(yán)重。我們在國投新集口孜東煤礦風(fēng)井凍結(jié)使用三相電壓、電流、功率測試儀對鹽 水泵電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)鹽水泵出口閥門處于不同位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電壓、電流、功率基本上沒有變化。由式 (23))可知，當(dāng)通過關(guān)小閥門來減小流量時(shí)由于轉(zhuǎn)速不變， HTBHTAHTCHBQAQ①③ABCE D②④ ?楊程特性管阻特性GP? 圖 21 不同調(diào)節(jié)流量的特性曲線 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 QnQ ??* （ 23） 其效率曲線如圖 22 中的曲線①所示。曲線②是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的功率曲線；當(dāng) ?Q =60％時(shí)，所消耗的功率由 C 點(diǎn)決定。 U/F 控制由于忽略了電機(jī)漏阻抗的作用，在低頻段的工作特性不理想。現(xiàn)場操作人員也可通過上位機(jī)對變頻器的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，以達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。 泵體與泵蓋構(gòu)成葉輪的工作室。轉(zhuǎn)子繞組是閉合安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 的，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體 有電流流過。 本文中選用的是 Y355L22 三相 異步電動(dòng)機(jī)， 全封閉自扇冷式鼠籠型，定子繞組為Y接法， 電氣技術(shù)參數(shù)如下： 額定功率 kw： 315 額定 轉(zhuǎn)速 r/min： 2980 額定 電流 A： 560 效率： 95% 功率因數(shù)： 額定電壓 V： 380 變頻器 選型 變頻器的各種分類 （ 1）交一交變頗器把頻率固定的交流 電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。 變頻器的 基本 結(jié)構(gòu)框圖 在中小容量變頻器中應(yīng)用最為廣泛的是 ”交一直一交 電壓型 變頻器 ”， 其基本結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 加速時(shí)間設(shè)定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。 變頻器的選型及硬件配置 （ 1）通過對各主要生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品的性能價(jià)格比分析，選用 三墾力達(dá)公司SAMCOVMO5SPF 系列通用變頻器 的 調(diào)速 變頻器。、 （ 2） SAMCOVMO5SPF 變頻器的控制電路端子說明： R、 S、 T 為三相電源輸入端子，從變壓器二次側(cè)三相交流電網(wǎng)引入電能； FA、 FB、FC 為異常報(bào)警信號輸出端子以及功能接點(diǎn)輸出端子； DI1DI8 為數(shù)字信號多功能 輸入端子，接受電位器傳達(dá)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、多段調(diào)速和空轉(zhuǎn)等程序指令 DCM1 和 DCM2 為數(shù)字信號共用端子，加 24V外部電源配合使用 。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。但有些參數(shù)由于和實(shí)際使用情況有很大關(guān)系，且有的還相互關(guān)聯(lián)，因此要根據(jù)實(shí)際進(jìn)行設(shè)定和調(diào)試。 交直交變頻器按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，又可以分為電壓型和電流型兩種，由于控制方法和硬件設(shè)計(jì)等各種因素，電壓型逆變器應(yīng)用比較廣泛。一般情況下，額定運(yùn)行時(shí) =1%5%。除軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素鋼外，其馀多為鑄鐵制成 ?？紤]有限葉片數(shù)受滑移的影響，較無限多葉片數(shù)葉輪做功能力減小，在離心泵中常使用如下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 Ht。其中鹽水泵型號為 14Sh9A，額定流量 1332021/2h，揚(yáng)程 56m，功率 257kw，轉(zhuǎn)速 1450r/min；拖動(dòng)電機(jī)型號為 Y355L22，額定電壓 380V，電流 560A，功率 315kw。 所以如果 1U 不變，則磁通 m? 隨頻率 1f 的改變而改變，一般電機(jī)在設(shè)計(jì)中為了充分利用鐵心材料，都把磁通 m? 的數(shù)值設(shè)計(jì)在磁化曲線的膝點(diǎn)，因此，如果頻率從額定值下降，則會(huì)引起磁通的增加，隨之使激磁電流急劇上升，功率因數(shù)下降；反之，若頻率升高，則 m? 會(huì)下降，電機(jī)允許的輸出轉(zhuǎn)矩降低，電機(jī)得不到充分利用。采用轉(zhuǎn)速控制方式，可將排水閥完全打開而適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這是變頻調(diào)速供 水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的最基本方面。 （ 1）閥門控制法 ： 即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變 (通常為額定轉(zhuǎn)速 )。如 4 象限運(yùn)行，帶有電機(jī)參數(shù)自測量與自設(shè)定和電機(jī)參數(shù)變化的自動(dòng)補(bǔ)償以及無傳感器的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 (3)矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論的發(fā)展為變頻器的高性能發(fā)展提供了很好的理論基礎(chǔ)：同時(shí)， 16 位、 32 位高速微處理器、數(shù)字信號處理(DSP)、專用集成電路 (ASIC)水泵調(diào)速的意義：工礦供水工況隨工藝要求而變化，城市供水隨著晝夜及季節(jié)的變化、供水量的變化而變化，為了保證母管壓力穩(wěn)定，滿 足供水需要，常采用開停水泵或調(diào)節(jié)泵出口閥門開度的控制方法。 凍結(jié)施 工存在的問題 一方面由于凍結(jié)施工工程中對鹽水流量的控制通常根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)和測溫孔、凍結(jié)器的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行控制的，溫度場數(shù)據(jù)與鹽水流量的控制并沒有很好的進(jìn)行結(jié)合，使的溫度數(shù)據(jù)分析的結(jié)果不能完全反映實(shí)際凍結(jié)壁的情況，而且每隔一段時(shí)間分析的數(shù)據(jù)結(jié)果對流量、溫度的控制并沒有起到很大的作用，數(shù)據(jù)的利用率很低，沒有實(shí)現(xiàn)溫度場分析與流量、溫度控制相結(jié)合的真正意義上的數(shù)字化施工。近 50 年，取得了豐碩的研究成果，總共建了 430 余項(xiàng)凍結(jié)工程，包括 20 世紀(jì) 80 年代最大凍深 415m的淮南潘三東風(fēng)井和 90 年代最大凍深 435m的河南永夏礦區(qū)陳四樓副井。當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的 80％運(yùn)行時(shí)，理論上其消耗的功率為額定功率的 51。 交流變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法中最優(yōu)的方案，采用變頻器對鹽水泵機(jī)械進(jìn)行調(diào)速來調(diào)節(jié)流量的方法，對節(jié)約 電能，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。 變頻器 調(diào)節(jié)流量閉環(huán) 控制： 通過供水管道上的遠(yuǎn)傳 流量計(jì) ，輸出 020mA 模擬量信號送入 PLC， 在通過 A/D 轉(zhuǎn)換，執(zhí)行 PID 程序， D/A 轉(zhuǎn)換后，輸出控制信號給變頻器， 來自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，來自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而改 變 拖動(dòng) 水泵的 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的作用 。采用變頻器直接控 制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載成為了一種最科學(xué)的控制方法，利用變頻器內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)軟件，直接調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持恒定的風(fēng)壓、風(fēng)量，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力和風(fēng)量。 1955 年，我國用凍結(jié)法開鑿了開灤林西風(fēng)井，井筒凈直徑 5m凍結(jié)深度 105m，此后我國科技人員開始了凍結(jié)法鑿井技術(shù)的研究。低溫鹽水在凍結(jié)管中沿環(huán)形空間流動(dòng)時(shí)，吸收其周圍巖層的熱量，使周圍巖層凍結(jié)，逐漸擴(kuò)展連成封閉的凍結(jié)圓筒 (凍結(jié)壁 )。均取得顯著的經(jīng)濟(jì) 效益． (2)大功率變頻器件得到迅猛的發(fā)展．近年來，隨著高電壓、大電流的 SCR、 GTO、IGBT、 IGCT 等器件的生產(chǎn)和并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，并得到廣泛應(yīng)用。 (4)電壓型 IGBT、 IGCT 逆變器供電的傳動(dòng)設(shè)備擴(kuò)大功能，改善性能。 水泵變頻調(diào)速和其他方法的節(jié)能對比 調(diào)節(jié)水泵流量的兩種方法 常見的調(diào)節(jié)流量方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。 轉(zhuǎn)速控制法和傳統(tǒng)方法的比較 (1)供水功率的比較 比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可以看出：在所需流量小于額定流量的情況下，轉(zhuǎn)速控制時(shí)的揚(yáng)程比閥門控制時(shí)的小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多，兩者之差 Gp? 便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積 HCBF(圖 2l中的陰影部分 )成正比。所以，在實(shí)際運(yùn)行中，即使在鹽水流量的高峰期，電動(dòng)機(jī)也常常不是處于滿載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。 在 電機(jī)運(yùn)行時(shí)有： mdpkfwU ?1111 ??? (26) 式中， 1w 一電機(jī)繞組匝數(shù)； dpk 一基波繞組因數(shù)； m? 一主磁通。 鹽水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制過程如 圖 23： 鹽水泵變頻節(jié)能系統(tǒng)由鹽水泵、三相異步電動(dòng)機(jī)、變頻器、電磁流量傳感器和 PLC等部分組成，見圖 。 q=1000kg/m3 旋轉(zhuǎn)葉輪傳遞給單位重量液體的能量，亦稱理論楊程。 本型泵的主要 零 件有：泵體、泵蓋、葉輪、軸、雙吸密封環(huán)、軸套、軸承等。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， n=0, s=1 ；當(dāng)