礦用螺桿式空壓機(jī)系統(tǒng)的高壓變頻節(jié)能改造設(shè)計(jì)南永輝，李軍偉，彭力株洲變流技術(shù)國(guó)家工程研宄中心有限公司，湖南株洲412001統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，以及應(yīng)用注意事項(xiàng)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并給出了節(jié)能分析。

　　1概述大功率的螺桿式空壓機(jī)為井下氣動(dòng)設(shè)備提供氣以，其年耗電，十分可觀由于井下設(shè)備較多，且用風(fēng)時(shí)間不固定，用風(fēng)量不穩(wěn)定，因此空壓機(jī)必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)井下用風(fēng)量小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，電能損耗增大并加劇了設(shè)備的磨損，增加了運(yùn)行成本。如負(fù)荷小時(shí)將設(shè)備停機(jī)或部分設(shè)備停機(jī)，將導(dǎo)致操作頻繁，縮短設(shè)備壽命，而且會(huì)影響用風(fēng)設(shè)備及風(fēng)動(dòng)下具的常，作而近年出現(xiàn)的級(jí)聯(lián)多電平壓變頻器拖動(dòng)高瓜人功率電動(dòng)機(jī)的方案，具有對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊可靠性高節(jié)能效果顯著輸出諧波小輸入功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前發(fā)展主流趨勢(shì)。

　　河南煤化集團(tuán)鶴，礦井下采兩套螺桿式空壓機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，卞要為井下設(shè)備提供氣動(dòng)力，原來(lái)為，頻直接啟動(dòng)，長(zhǎng)期1頻恒速記行，存在矜啟動(dòng)電流大能量嚴(yán)重浪費(fèi)供氣壓力不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析和論正，決定進(jìn)，技術(shù)改造，采用技術(shù)上比較先進(jìn)統(tǒng)，以提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，木文土要介紹該變頻改造過(guò)程。

　　2原螺桿式空壓機(jī)的工作方式和拖動(dòng)方案螺桿式空壓機(jī)的工作方式螺桿空壓機(jī)的主要工作方式為啟動(dòng)停止加載卸載，其進(jìn)氣口設(shè)置加載閥，通過(guò)加載電磁閥來(lái)控制入口閥門(mén)的開(kāi)關(guān)?？諌簷C(jī)運(yùn)行時(shí)，若排氣壓力低于設(shè)定標(biāo)壓力的下限，則卞壓機(jī)控制器使加載電磁閥得電，將口閥門(mén)打開(kāi)，仝壓機(jī)處于滿(mǎn)負(fù)荷加載狀態(tài)若排氣壓力高于設(shè)定標(biāo)1力的上限。則空壓機(jī)控制器命令加載電磁閥失電，從而將口閥門(mén)關(guān)閉，空壓機(jī)處于無(wú)負(fù)荷卸載狀態(tài)，此時(shí)個(gè)壓機(jī)實(shí)際為空轉(zhuǎn)運(yùn)空壓機(jī)加卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力EPmill1JPm，之間來(lái)回變化=是敲低力值，即能夠保證壓縮空氣用戶(hù)正常工作的最低壓力。般情況下之間關(guān)系可以叫下忒來(lái)戶(hù)1+5，5是個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在1025之間苦采用變頻調(diào)速技術(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿(mǎn)足供氣的作壓力上，即尸附近原工頻拖動(dòng)設(shè)備方案分析忝統(tǒng)為兩套參數(shù)相同的旋轉(zhuǎn)螺桿式空壓機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，由異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)空壓機(jī)旋轉(zhuǎn)，空壓機(jī)及其控制系統(tǒng)壓縮空氣為井下氣動(dòng)設(shè)備供氣。

　　異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)額定電壓6，額定電流43.入，額記功率375.

　　空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況如下臺(tái)設(shè)備運(yùn)行，臺(tái)設(shè)備備用；如某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障則退出運(yùn)行，啟動(dòng)另外臺(tái)設(shè)備。

　　為提高空壓機(jī)傳動(dòng)設(shè)備運(yùn)行壽命，方便檢修，兩臺(tái)設(shè)備每天倒次閘，使運(yùn)行設(shè)備轉(zhuǎn)為備用設(shè)備，備用設(shè)備轉(zhuǎn)為運(yùn)行設(shè)濟(jì)。

　　氣壓大于06肘3井下氣動(dòng)設(shè)備就可以工作，井下設(shè)備存在著幾個(gè)用氣高峰點(diǎn)，用氣少時(shí)井下壓力就高，空壓機(jī)撲制系統(tǒng)汕過(guò)加卸載方式調(diào)節(jié)力，存在著調(diào)節(jié)速度較慢調(diào)節(jié)精度不高和電磁閥頻繁動(dòng)作的缺點(diǎn)，實(shí)際天的輸出出力在0.60，0.75厘3之間。

　　電動(dòng)機(jī)直在工頻50，2恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，平均額定電流為38人；啟動(dòng)瞬！電流可達(dá)200，左右平均功率約310讓賈。

　　分析該系統(tǒng)技制哚理，原電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速和壓力都有下調(diào)空間，因此原系統(tǒng)存在著能量的浪費(fèi)，采用變頻調(diào)速具有可行性。

　　3空壓機(jī)的高壓變頻改造經(jīng)設(shè)計(jì)冗余考慮，選擇本公司150名42型6個(gè)功率單元級(jí)聯(lián)。根據(jù)礦井氣動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)特點(diǎn)，系統(tǒng)采用1力閉環(huán)，給定壓力為0.62變頻器內(nèi)置數(shù)字⑴調(diào)卞器在變頻器界面上只需設(shè)置壓力給定變頻器即可自行對(duì)輸出頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)以穩(wěn)定壓力。

　　1變頻器改造電氣方案變頻的電氣主接線1.中1.為1啟動(dòng)桁斷路器，2識(shí)為2=啟動(dòng)柜斷路器，爐1爐6為手動(dòng)隔離開(kāi)艾。其爐5和仍2機(jī)械互鎖；仍4和吸1機(jī)械互鎖；爐6和，53機(jī)械互鎖；片5和，54通過(guò)柞序鎖互鎖，82和，51通過(guò)程序鎖互鎖，選擇1高壓電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)需要開(kāi)關(guān)操作順十?dāng)嚅_(kāi)仍4，合仍5.合仍6，合1呀當(dāng)變頗器帶1電動(dòng)機(jī)時(shí)如變頻器需要運(yùn)行檢修則斷開(kāi)19，合仍合2識(shí)，使2+頻拖動(dòng)采用該變頗調(diào)速方案，設(shè)備的可靠性得以進(jìn)步提高。

　　6母線高壓電動(dòng)機(jī)2高壓電動(dòng)機(jī)6，高壓變頻器每相由6個(gè)功率單元組成2每相只畫(huà)出了3個(gè)模塊。多電平高壓變頻器主要由旁路開(kāi)關(guān)柜1所述移相變壓器功率單元和控制器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.移相變壓器每相有6個(gè)繞組2每相只畫(huà)出了3個(gè)，繞組依次錯(cuò)開(kāi)10實(shí)現(xiàn)了36脈波整流。移相變壓器的輸出接至各個(gè)功率單元，控制器通過(guò)光纖驅(qū)動(dòng)各功率單元。中人相各單元接至移相變壓器，8，相同理。，個(gè)功率單兒山相橋式整流和橋逆變組成，可以看出每個(gè)單元整流后的直流電壓是獨(dú)立的，這樣利于1的控制，每相由低壓疊加成高壓。每個(gè)功率單元還有旁路控制中未畫(huà)出，當(dāng)某單元出現(xiàn)問(wèn)后，則該單元被旁路，余下的單元可以繼續(xù)下作，通過(guò)平衡箅法控制使輸出的線電，1維持平衡，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性移相變器其中，是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，是定子頻率是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，戶(hù)是電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，戶(hù)般是固定的，5可調(diào)范圍也很小，可變范圍很大，故調(diào)是最主要的調(diào)速方式。根據(jù)電動(dòng)機(jī)理論，為了保持定的轉(zhuǎn)矩能力必須維持磁通密度基本恒定，這樣就必須維持定子電和定子頻率的比位基本恒定，即變壓變頻控制下。

　　多電平變頻器的般采1載波相移501控制技術(shù)，其基本原理是每相由斤個(gè)級(jí)聯(lián)單元組成，每個(gè)單兒1角載波的相位帛依次及36，1同相采用相同的正弦調(diào)制怡4，利用81飛1技術(shù)中的波形生成方式和多重化技術(shù)中的波形疊加結(jié)構(gòu)產(chǎn)生5波形，從而實(shí)現(xiàn)名電平5輸出；30相之間參考波依次相差120.對(duì)于每相由個(gè)模塊單元級(jí)聯(lián)而成的變頻器，相電壓電平數(shù)最大為2 +線電壓電平數(shù)最大為4+由此可級(jí)聯(lián)模塊越多則輸出波形越接近正弦波，這樣有利于減小士和1皆波閣3是6個(gè)單元級(jí)聯(lián)輸出線電晷，可以看出輸出波形非常接近1弦波。

　　變頻改造設(shè)計(jì)使用說(shuō)明分析和試驗(yàn)。設(shè)定高變頻系統(tǒng)為力閉環(huán)，叫戶(hù)在界面輸入給定版力推薦值621；變頻器內(nèi)置數(shù)字，10調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出是給定電機(jī)的輸出頻率，通過(guò)調(diào)頻來(lái)調(diào)節(jié)力實(shí)際力小，負(fù)反饋調(diào)節(jié)器使輸出頻率增加進(jìn)而使輸力上升以維持給定壓力；實(shí)際壓力大時(shí)，負(fù)反饋調(diào)節(jié)器使輸出頻率降低使力降低以減小能耗。

　　力減速時(shí)間的設(shè)置。必須既要滿(mǎn)足工藝需要，又要保證系統(tǒng)可靠性，加速時(shí)間如設(shè)置的太小，則啟動(dòng)或加速過(guò)程中轉(zhuǎn)差率較大會(huì)造成電流過(guò)大。同理，減速時(shí)間如設(shè)置的太小，在減速的過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)紀(jì)，在發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)向變頻器反充電，能會(huì)造成模塊電容電壓過(guò)高，影響系統(tǒng)可靠性。經(jīng)試驗(yàn)和分析，本機(jī)系統(tǒng)加速時(shí)說(shuō)圍60150減速時(shí)間120300啟動(dòng)須知閃為空壓機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)前有壓力判斷裝聊，故變頻器啟動(dòng)前般要等到壓力專(zhuān)0.451寸允許啟動(dòng)。

　　隔離開(kāi)關(guān)和斷路器的順序定要正確。采用變頻改造后，由于電動(dòng)機(jī)能耗下降，電動(dòng)機(jī)軸溫下降原來(lái)軸溫肀均95，改造后平均溫度80.，其它各項(xiàng)摩擦損耗都下降，對(duì)于提高設(shè)備的壽命是很有利的，所以?xún)膳_(tái)空壓機(jī)的切換周期建議改為，4系統(tǒng)試驗(yàn)和節(jié)能計(jì)算整機(jī)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)做了調(diào)試并采集了試驗(yàn)波形。

　　流波形。5是穩(wěn)態(tài)36出電流輸出波形。

　　2，輸出電流波形由4可以看出，啟動(dòng)電流較小，中間有較大的幅值尖峰值約7，人，其振動(dòng)是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)般有低頻振動(dòng)現(xiàn)象，該電動(dòng)機(jī)在712之間打機(jī)誠(chéng)振動(dòng)。因?yàn)樽冾l器內(nèi)部有電流反饋抑制措施使電動(dòng)機(jī)在很安全的范圍內(nèi)運(yùn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原來(lái)工頻直接啟動(dòng)過(guò)程。5是電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在3682時(shí)的電流波形電流有效值纟可以看出電流正弦性很好，輸出諧波很小，對(duì)電動(dòng)機(jī)很有利。

　　3之間，電動(dòng)機(jī)1的平均額定電流為38人；平均功率310kW.采用變頻器器運(yùn)行后壓力基本在0.60.653，電動(dòng)機(jī)平均電流32，輸入平均電流23.，肀均輸功率2001這樣，變頻器年按工作3501計(jì)算，則總卞能為萬(wàn)兀。

　　因此，高壓變頻器用于礦用螺桿式空氣壓縮機(jī)使空壓機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，大大減少了設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行明，既提高了可靠性，上接第84頁(yè)機(jī)械阻尼延時(shí)機(jī)構(gòu)原理1.當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)失壓或欠壓時(shí)，失壓線圈鐵芯上的螺桿由于彈簧力療。高爪防爆配電裝置推上隔離丌關(guān)后，失爪線閽通過(guò)電壓互感器6100帶電，失壓線圈鐵芯克服彈簧力的作用，帶動(dòng)傳動(dòng)軸向上運(yùn)動(dòng)到定位置，當(dāng)電網(wǎng)失壓或欠壓時(shí)，失壓線圈失電，傳動(dòng)軸由于失以線的作用力向下運(yùn)動(dòng)，而延，機(jī)構(gòu)的軸噸。的3顆鋼珠，卡仆傳動(dòng)軸上的小槽，使傳動(dòng)軸緩慢下移；而鋼珠與傳動(dòng)軸之間的壓力，是由鋼珠后簧與鋼珠之間的令擦力使傳動(dòng)軸緩慢下移，達(dá)到延時(shí)的目的。改造后達(dá)當(dāng)啟動(dòng)勵(lì)磁線圈通電后，電磁力克服彈簧和系統(tǒng)反力牽4銜鐵并推動(dòng)負(fù)載動(dòng)作，此時(shí)由十機(jī)械阻尼延時(shí)機(jī)構(gòu)向牽以銜鐵施增加1傳動(dòng)軸；2軸座；3鋼珠；4調(diào)節(jié)彈簧；5調(diào)節(jié)螺釘又節(jié)能效果顯著，具有明顯的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益。

　　1肖付釗。變頻閉環(huán)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在空壓機(jī)中的應(yīng)用0.煤礦21厲國(guó)華。基于變頻技術(shù)的螺桿空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的研宄壓縮機(jī)技術(shù)，2，05.

　　李永東，等。大容量多電平變換器北京科學(xué)出版社，2005.

　　張皓，續(xù)明近，楊梅。高壓大功率交流變頻調(diào)速技術(shù)河。北京機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

　　B南永輝，羅仁俊，伍海林?；诩?jí)聯(lián)型多電平逆變器的異步電機(jī)控制策略研宄0.變流技術(shù)與電力牽引，20085.

　　6魯欣南。變頻技術(shù)應(yīng)用于空壓機(jī)節(jié)能改造的控制策略分析1片簡(jiǎn)介南永輝179，男。2，6年畢業(yè)于北煢交通大學(xué)電氣工程學(xué)院碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事電力電子高壓大功率變頻調(diào)速控制技術(shù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)。

　　14；責(zé)任編輯姚克其動(dòng)作的摩擦力，增大其動(dòng)作時(shí)間，延遲牽引銜鐵閉合位置，使之躲過(guò)瞬間電網(wǎng)失壓或欠壓引起裝置分閘造成的大面積停吧事故。

　　啟動(dòng)過(guò)程弋啟動(dòng)勵(lì)磁線同通電后，電磁力克服彈簧和系統(tǒng)反力牽引銜鐵并推動(dòng)負(fù)載動(dòng)作，銜鐵達(dá)到閉合位置后，立即觸動(dòng)鋼球鎖扣機(jī)構(gòu)閉鎖，將自身連同負(fù)載鎖在閉合位置不松動(dòng)，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程在瞬間完成。

　　復(fù)位過(guò)程當(dāng)脫扣勵(lì)磁線圈通電后，電磁力克服彈簧反力使泔套觸動(dòng)鋼球鎖扣機(jī)構(gòu)解鎖，銜鐵和負(fù)載則在彈簧及系統(tǒng)反力作用下復(fù)到額定，程3使用效果對(duì)井下高壓防爆配電裝置的延時(shí)機(jī)構(gòu)采用了機(jī)械阻尼延時(shí)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有電氣連接的因素，不用考慮整個(gè)機(jī)構(gòu)的防爆問(wèn)。2007年5月和2007年9月，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的裝置分別在平頂山六礦丁采區(qū)和丁采區(qū)的采區(qū)變電所部分高壓防爆配電裝置上使用后，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)跳閘事故，整個(gè)機(jī)構(gòu)的安全性能穩(wěn)定可靠，不僅煤礦供電的安全程度有大幅度的提高，而讓帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　工業(yè)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，直從事電氣控制方面的教學(xué)和研宄工作收稿日期200909；責(zé)任編輯姚克