【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(duì)流量、溫度的控制并沒(méi)有起到很大的作用，數(shù)據(jù)的利用率很低，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)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。另一方面凍結(jié)制冷系統(tǒng)一旦啟動(dòng)就要運(yùn)行到井筒永久結(jié)構(gòu)完成才能停止，鹽水循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)行直接影響到整個(gè)凍結(jié)工程的質(zhì)量。目前的鹽水循環(huán)系統(tǒng)都是采用三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)離心式水泵帶動(dòng)整個(gè)管路中的鹽水進(jìn)行循環(huán)。通常，現(xiàn)場(chǎng)所選離心泵的流量、揚(yáng)程可能會(huì)和管路中要求的不一致，由于泵選型時(shí)留有裕量，甚至泵的額定參數(shù)超過(guò)工藝參數(shù)的一倍以上。而實(shí)際工藝操作常有變動(dòng)，即要根據(jù)情況調(diào)節(jié)鹽水管路中的鹽水流量，調(diào)節(jié)過(guò)的泵的實(shí)際操作參數(shù)偏離其額定參數(shù)時(shí)，泵的工作效率將大大降低，而目前各個(gè)凍結(jié)站調(diào)節(jié)流量的減小往往都是通過(guò)關(guān)小泵出口閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣閥門(mén)處阻力加大，水力損失也隨之增大，不但縮短了泵的有效壽命也必然降低泵的總效率，由此而引起的電能損失也是相當(dāng)可觀。 國(guó)內(nèi)外交流變頻技術(shù)的發(fā)展變頻技術(shù)方面，目前國(guó)內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化和系統(tǒng)可靠性等方面仍與國(guó)外水平有不小的差距．這種電機(jī)在抽水蓄能電站機(jī)、大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、軋機(jī)傳動(dòng)、礦井卷?yè)P(yáng)方面都有很大的應(yīng)用價(jià)值，且需求量很大。中小型功率變頻技術(shù)方面，國(guó)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(mǎn)足市場(chǎng)需要，目前還需要大量的進(jìn)口設(shè)備。總結(jié)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)系到合理地使用電動(dòng)機(jī)以節(jié)約電能和控制機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗等目的．電氣傳動(dòng)分成不可調(diào)速和可調(diào)速兩大類(lèi)，可調(diào)速方式又可細(xì)分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種方式。不可調(diào)速的安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)4電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，這類(lèi)原本不可調(diào)速的機(jī)械越來(lái)越多地由可調(diào)速的傳動(dòng)裝置來(lái)代替，以節(jié)約電能，降低能耗．在我國(guó)大約 60％的發(fā)電量都是由電動(dòng)機(jī)消耗的，因此發(fā)展可調(diào)速的電氣傳動(dòng)技術(shù)，提高其生產(chǎn)應(yīng)用平是非常重要的，目前在該方面的技術(shù)已經(jīng)有了一定的規(guī)模。從總體上看我國(guó)的電氣傳動(dòng)技術(shù)水平較國(guó)際先進(jìn)水平相差 l015 年．在我國(guó)，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(mén)的部屬下建立了我國(guó)第一個(gè)電氣傳動(dòng)公司，第一批相關(guān)專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生參與其中，這就是后來(lái)的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所。到現(xiàn)在，我國(guó)已有 200 多家公司、工廠(chǎng)和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。我國(guó)還是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，目前自主研發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品只相當(dāng)于一些西方國(guó)家 80 年代的水平。改革開(kāi)放以來(lái)，很多國(guó)內(nèi)的企業(yè)與許多外國(guó)公司進(jìn)行貿(mào)易往來(lái)，進(jìn)口一些最先進(jìn)的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足了我國(guó)的生產(chǎn)和生活需要．目前，國(guó)內(nèi)許多合資公司結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)當(dāng)今國(guó)際上先進(jìn)的產(chǎn)品，并自己開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，為國(guó)內(nèi)外重大工程項(xiàng)目提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)．取得了很大的進(jìn)步對(duì)于大功率交流無(wú)換向器電機(jī)的起來(lái)，目前國(guó)內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r主要表現(xiàn)為：(1)整機(jī)技術(shù)落后，沒(méi)有形成一定的生產(chǎn)規(guī)模；(2) 產(chǎn)銷(xiāo)量很少，且產(chǎn)品的可靠性和工藝水平都不高；(3)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)落后，特別是變頻器產(chǎn)品所用的半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)還幾乎處于空白階段．國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點(diǎn)：(1)市場(chǎng)需求量大。隨著全球性的能源短缺和工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器及變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要應(yīng)用在機(jī)械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)。另外，在與風(fēng)機(jī)、水泵相關(guān)的節(jié)能系統(tǒng)中，也被廣泛的應(yīng)用。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(lái)，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。(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(hào)處理(DSP)、專(zhuān)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(mǎn)足供水需要，常采用開(kāi)停水泵或調(diào)節(jié)泵出口閥門(mén)開(kāi)度的控制方法。 研究背景及變頻改造的意義目前，在電力改革不斷深化、大力提倡建立節(jié)約型社會(huì)的政策環(huán)境下，應(yīng)用高新技術(shù)節(jié)能降耗，降低廠(chǎng)用電率和發(fā)電成本，成為各電廠(chǎng)的當(dāng)務(wù)之急。火電廠(chǎng)的各種動(dòng)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5力設(shè)備中，泵與風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載的耗能占絕大部分。電廠(chǎng)調(diào)峰時(shí)，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥和擋板的開(kāi)度來(lái)調(diào)整通過(guò)泵與風(fēng)機(jī)的工質(zhì)流量。而泵與風(fēng)機(jī)的輸出功率幾乎不變，加之設(shè)計(jì)富余量較大，浪費(fèi)了大量電能，同時(shí)使設(shè)備運(yùn)行效率不高。若采用高壓變頻調(diào)速則可保持調(diào)節(jié)閥與擋板全開(kāi)，通過(guò)降低泵與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)減小流量，從而減小了節(jié)流損失，節(jié)約了大量電能。近年來(lái)，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?xún)r(jià)比得到大幅提高。變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制的先進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行工藝安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)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?？梢哉f(shuō)變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)利國(guó)利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制和管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)業(yè)已廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的性能有了極大提高，它可以實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備軟啟軟停，不僅可以降低設(shè)備故障率，還可以大幅減少電耗，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行今后主要研究的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目主要有以下幾項(xiàng)：(1)數(shù)字控制的大功率交一交變頻器供電的傳動(dòng)設(shè)備。(2)大功率負(fù)載換流電流型逆變器供電的傳動(dòng)設(shè)備在抽水蓄能電站、大型風(fēng)(3) 電壓型 GTO 逆變器在鐵路機(jī)車(chē)上的推廣應(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。如 4 象限運(yùn)行，帶有電機(jī)參數(shù)自測(cè)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(wú)傳感器的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。(5)風(fēng)機(jī)和泵用高壓電動(dòng)機(jī)的節(jié)能調(diào)速研究。眾所周知，風(fēng)機(jī)和泵改用調(diào)速傳動(dòng)后可節(jié)約大量電力。特別是電壓電動(dòng)機(jī)，容量大，節(jié)能效果更顯著。研究經(jīng)濟(jì)合理的高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法是當(dāng)今重大課題機(jī)和泵上的推廣應(yīng)用。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)62 變頻調(diào)速在水泵中的研究 變頻調(diào)速在水泵中的主要調(diào)節(jié)方式據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)泵類(lèi)配套電動(dòng)機(jī)的耗電量相當(dāng)于全國(guó)電力消耗總量的 1/5。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。因此，泵行業(yè)中采用有效的節(jié)能技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。水泵的節(jié)能主要有以下幾個(gè)方法：通過(guò)改進(jìn)配套電機(jī)的設(shè)計(jì)，使電機(jī)在大的范圍內(nèi)有較高的效率；通過(guò)對(duì)水泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造性能的改進(jìn)，提高水泵的性能；水泵、配套電機(jī)的正確選型和合理使用。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(tái)數(shù)調(diào)節(jié)等。大量的統(tǒng)計(jì)調(diào)查表明，一些在運(yùn)行中需要改變工況而要求進(jìn)行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費(fèi)的主要原因，通常是由于采用了不合適的調(diào)節(jié)方式?？梢?jiàn)，水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切。通過(guò)分析水泵運(yùn)行工況改變時(shí)的節(jié)能原理和兩種節(jié)能調(diào)節(jié)的方法產(chǎn)生的效果證明，變頻調(diào)速節(jié)能方法節(jié)能效益可觀，是有效的減少能量消耗的方法。近年來(lái)，真正的“水泵智能控制系統(tǒng)” 不再是“變頻器”控制技術(shù)的演變。在有效利用變頻器的同時(shí)，水泵節(jié)電控制技術(shù)還加入了PLC、濾波等。 水泵變頻調(diào)速和其他方法的節(jié)能對(duì)比 調(diào)節(jié)水泵流量的兩種方法常見(jiàn)的調(diào)節(jié)流量方法有閥門(mén)控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。（1）閥門(mén)控制法：即通過(guò)關(guān)小或開(kāi)大閥門(mén)來(lái)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) 。其實(shí)質(zhì)是：水泵本身的供水能力不變，通過(guò)改變水路中的阻力大小來(lái)改變供水能力，以適應(yīng)用戶(hù)對(duì)流量的需求。圖 2l 為不同調(diào)節(jié)流量方法的特性曲線(xiàn)。設(shè)用戶(hù)所需的流量從 QA 減小到 QB，當(dāng)通過(guò)關(guān)小閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，管阻特性將變?yōu)榍€(xiàn)③，而揚(yáng)程特性則仍為曲線(xiàn)①，系統(tǒng)工作點(diǎn)由 A 點(diǎn)移至 B 點(diǎn)。這時(shí)流量減小了，但揚(yáng)程卻從 HTA 增大到 HTB。根據(jù)供水功率 PG 與流量 Q 和揚(yáng)程 H 的乘積成正比的關(guān)系，即PG=CPHQ (CP 為比例常數(shù) )，可知此時(shí)供水功率 PG 與面積 OEBF 成正比。我們?cè)趪?guó)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(cè)試儀對(duì)鹽水泵電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鹽水泵出口閥門(mén)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(méi)有變化。這說(shuō)明使用閥門(mén)調(diào)節(jié)流量時(shí)，電動(dòng)機(jī)消耗的功率基本是不變的?？梢?jiàn)，當(dāng)凍結(jié)所需的流量遠(yuǎn)小于鹽水泵的設(shè)計(jì)流量時(shí)，供液管路中浪費(fèi)的能量是非常驚人的。（2）轉(zhuǎn)速控制法：即通過(guò)改變水泵拖動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，閥門(mén)開(kāi)度保持不變。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)7轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是，通過(guò)改變水泵的全揚(yáng)程來(lái)適應(yīng)用戶(hù)對(duì)流量的需求。當(dāng)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。以用戶(hù)所需的流量從 QA 減小為 QB 為例。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€(xiàn)④，管阻特性則仍為曲線(xiàn)②，工作點(diǎn)由 A 點(diǎn)移至 C 點(diǎn)。在流量減小為 QB 的同時(shí)，揚(yáng) HTC；此時(shí)，供水功率 PG 與面積 OECH 成正比。 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(mén)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(mén)控制方式小得多，兩者之差 便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積Gp?HCBF(圖 2l 中的陰影部分 )成正比。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。(2)從水泵的工作效率看節(jié)能水泵的供水功率 PG 與軸功率 PP 之比，即為水泵的工作效率 ，即P? （ 21）Gp??這里，水泵的軸功率 PP 是指水泵軸上的輸入功率(即電動(dòng)機(jī)的輸出功率)，或者是水泵取用的功率。而水泵的供水功率 PP 是根據(jù)實(shí)際供水揚(yáng)程和流量算得的功率，是供水系統(tǒng)的輸出功率。因此，上述水泵的工作效率 實(shí)際上包含了水泵本身的效率和供P?水系統(tǒng)的效率。水泵工作效率相對(duì)值 的近似計(jì)算公式為：?. （22）21)()(????nQC?HTBHTATCHBQAQ①③ ABCED②④ ?楊程特性管 阻 特 性GP?圖 21 不同調(diào)節(jié)流量的特性曲線(xiàn)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)8式中： 和 分別為流量和轉(zhuǎn)速的相對(duì)值(即實(shí)際值與額定值之比的百分?jǐn)?shù))；?QnC1 和 C2 為常數(shù)，由制造廠(chǎng)家提供。C 1 與 C2 之間通常遵循如下規(guī)律：C 1C2 =1；由式（23）表明水泵的工作效率主要取決于流量與轉(zhuǎn)速之比。由式(23))可知，當(dāng)通過(guò)關(guān)小閥門(mén)來(lái)減小流量時(shí)由于轉(zhuǎn)速不變， （2Qn??*3）其效率曲線(xiàn)如圖 22 中的曲線(xiàn)①所示。當(dāng)流量 =60％時(shí)，其效率將降為 80%(由?B 點(diǎn)決定 )?？梢?jiàn)，隨著流量的減小，水泵工作效率的降低是十分顯著的。而在轉(zhuǎn)速控制方式下，由于在閥門(mén)開(kāi)度不變的情況下，流量 和轉(zhuǎn)速 是成正比的，比值不變，??n其效率曲線(xiàn)因轉(zhuǎn)速而變化，轉(zhuǎn)速為 60％n N(nN 為額定轉(zhuǎn)速 )時(shí)的效率曲線(xiàn)如圖 2。當(dāng)流量 =60％時(shí)，效率由 C 點(diǎn)決定，它和 =100％時(shí)的效率(由 A 點(diǎn)決定)是相等的?？?Q?Q見(jiàn)，采用轉(zhuǎn)速控制方式時(shí)，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)。所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門(mén)控制方式相比，水泵的工作效率要大得多，這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第 2 個(gè)方面。(3)從電動(dòng)機(jī)的效率看節(jié)能廠(chǎng)家在生產(chǎn)水泵時(shí)，由于對(duì)用戶(hù)的管路情況無(wú)法預(yù)測(cè)，管阻特性難以準(zhǔn)確計(jì)算，必須對(duì)用戶(hù)的需求留有足夠的余地。因此，在確定額定揚(yáng)程和額定流量時(shí)，通常留有較大的裕量，所選電動(dòng)機(jī)的裕量也較大。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(mǎn)載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。采用轉(zhuǎn)速控制方式，可將排水閥完全打開(kāi)而適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)，變頻器的輸出電壓將下降，從而提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第3 個(gè)方面。綜合起來(lái)。水泵的軸功率與流量問(wèn)的關(guān)系如圖 23 所示。圖中，曲線(xiàn)①是調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度時(shí)的功率曲線(xiàn)；當(dāng)流量 =60％時(shí)，所消耗的功率由 B 點(diǎn)決定。曲線(xiàn)②是?Q調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的功率曲線(xiàn)；當(dāng) =60％時(shí)，所消耗的功率由 C 點(diǎn)決定。由圖 3 可看出， 0 1ACB *?*?圖 22 水泵的效率曲線(xiàn)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9與調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度相比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速所節(jié)約的功率 P*E 是相當(dāng)可觀的。? 變頻器原理 交流變頻器的工作原理交流變頻器是現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠(chǎng)送出去的交流電的頻率是恒定不變的，在我國(guó)是每秒 50 周。而交流電的動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為 (24)???160f式子中 ——同步轉(zhuǎn)速，n/min；1? ——釘子頻率，Hz；f P——電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速