ABB变频器在煤矿压风机上的应用

　　压风机，设备参数如下：空气压缩机项目参数项目参数型号4L-20/8型式L型两极双缸复动水冷排汽量20 m3/min轴功率120kff额定压力0.8驱动电机项目参数项目参数型号JR127-8频率50Hz额定功率130 kW转速731rpm额定电压380 V温升70*额定电流246A转子电压283 V接法A转子电流288A风动设备的正常作业，提高风动设备的使用效率，延长压风机组的寿命，减少其维护量和维护费用，以及节约电能都有重要意义，是一项值得广泛推广的先进技术。

　　压风机是煤矿的主要动力设备之一，它生产压缩空气，用来驱动风动凿岩机、喷浆机等风动设备和风镐等其他风动工具，其耗电量在煤矿总耗电量中占较大比例。由于压风机的容量是根据风动设备和工具的大用气量并留有一定余量设计的，而在实际使用中，随着产量和生产情况的变化，使用风动设备和工具的数量和每台设备使用的时间也不同，所以它们的耗气量也是经常变化，并且总是低于压风机的容量。因此，如果对压风机采取节能降耗措施，会产生很大的经济效益。黑龙江天翔自动化控制系统有限公司与鸡西矿务局合作，于2005年5月至11月期间，在鸡西矿务局杏花矿立井压风机站对一台4L-20/8压风机进行变频调速改造。经过6个月的运行，改造取得了良好的效果。

　　译压风机改造前存在的问题鸡西矿务局杏花矿立井车间压风机站有两台4L一20/8型压风机原来使用工频电源直接供电，转子串电阻起动，由压力调节器通过控制压风机的载荷与卸荷（放空）来保证供风压力在上下限压力之间。当风包压力超过设定的上限值时，压力调节器控制压风机卸荷，电机基本上处于空转状态；当风包压力低于设定的下限值时，控制压风机载荷，压风机和电动机满负荷运转。

　　压风机的这种运行方式有以下几方面的缺点：压风机的供风压力介于风动设每的工作压力点和供风压力高限值之间时，提供高出工作压力点的压力所消耗的电能被白白浪费掉。

　　压风机的供风压力介于风动设备的工作压力点和供风压力低限值之间时，风动设备的工作效率受到影响，使本来低效的风动机械效率更低，严重影响了采煤生产的速度和质量。

　　压风机放空时，其拖动电机还保持空转运行，其消耗电流为额定值的2530左右，严重地浪费能源。

　　压风机电机由工频电源直接供电，转子串电阻起动，起动时对电网和机械设备造成很大的冲击，缩短配电设备和机械工厂自幼化84 ABB变频器在煤矿压风机上的应用张业设备的寿命。

　　压风机系统采用开环控制，供风压力在上下限之间波动，不能保证恒压供风。当压力控制高低限值的设定范围过小时，压风机的放空/载荷就过于频繁，这样会频繁对电网和机械设备造成较大的冲击，使设备的寿命更短，设备维护量更大；如果高低限值的设定范围设定过大，供风压力的波动也随之增大，不仅更严重地影响风动设备的工作效率，还使压风机消耗电能增加。

　　压风机及其拖动电机长期全速运行，也会缩短传送带、电机及其他机械传动部件的寿命，同时润滑油的损耗量较大。

　　压风机机组运行一段时间后，温度上升很快，导致不能长时间连续运转，需每隔一段时间切换到另一套机组运行。

　　压风机频繁地放空/载荷，周围环境噪音很大。

　　3压风机改造前的买际运行和维修情况：4L-20/8压风机在改造前的实际运行情况如下：供风压力高限值为5.5MPa，低限值为4MPa，供风压力在电机的运行速度为740转/分钟左右，电机电流在80A230A之间，平均每小时耗电量为89度，耗电量较大。

　　压风机起动和压风机的放空/载荷频繁，频繁对电网和机械设备造成较大的冲击，机械和电气设备的寿命较短。

　　设备发热量高，机组每运行4个小时就必须停机，切换为另一套机组运行。每天需切换6次，每套机组每天运行11. 5小时。

　　维修量大。每天需对注油器加一次油，每半个月需对设备检修一次，并对机箱补一次油。

　　啤压风机组改造西两蓉实现压风机的软起动将原来的压风机电机由工频电源直接供电、转子串电阻起动，改造为将绕线式异步电机的转子绕组短接，由变频器供电，根据实际需要调节起动时间，实现对电网和设备无冲击的软起动。

　　保证供风压力恒定对供风压力实行PID闭环控制：使用压力变送器检测压风机的实际供风压力，并将其与供风压力的设定值相比较。用比较得到的差值调节变频器的输出频率，进而调节压风机电机的转速，保持压风机的供风压力恒定为设定值，改变了压风机放空/载荷的工作方式，使电能按需供应而不浪费。

　　1改造的前提保留原压风机传动电机的工频主回路和控制回路，发挥其作用，使变频器维修时不影响整个压风机的运行，保留原压风机的机械式压力调节部分，当变频传动系统由于某种异常原因导致供风压力超过高限值时，可以控制压风机卸荷，进一步保证压风机组运行安全。

　　由于原压风机系统己有一套完善的状态检测系统，因此只需保留原来的压风机监控装置，由变频器接受其报警信号并与之联锁即可。当压风机的压力、温度等参数超过高限值或出现断水信号时，自动停止压风机的运行。

　　2变频器的选择通过对世界上几种品牌变频器性能、质量、可靠性等几方面的比较，我们选用ABB公司的ACS800系列变频器。这是因为：ABB公司的ACS800系列变频器的核心技术就是直接转矩控制（DTC），它是目前世界上先进的交流异步电动机控制方式。DTC稳定杰出的性能，使ACS800系列变频器适用于各种工业领域。

　　ABB变频器在生产过程中有着严格的部件器件管理措施，按照高质量标准进行生产，采用计算机辅助装配技术，对产品进行严格的测试。因此产品质量可以得到充分的保证。

　　ACS800系列变频器具有以下特点：将DTC技术和模糊控制理论合二为一，构成高性能、低成本的变频器调速产品，并且性能大大优于矢量控制变频器。

　　在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新40000次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味者传动可以产生佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化作出快速响应。在DTC中不需要对电压、频率分别控制的PWM调制器。因此没有固定的斩波频率，在实际运行中，不会产生象其他变频器驱动电机时所发出的那种高频噪声，同时也降低了变频器本身的功耗。

　　MCSSOO的自定义编程技术相当于在变频器内置了一个小型PLC，使得用户可以在不增加任何软硬件的情况下，完成各种特殊的功能。

　　标准内置交流电抗器，明显降低了进线电源的高次谐波含量，大大降低了变频器的电磁辐射，同时保护整流二极管和滤波电容器免受电压、电流的冲击。

　　*ACS800内置五个标准应用宏（工厂宏、手动/自动宏、PID控制宏、顺序控制宏、转矩控制宏）和两个用户宏（自定义宏）。其中PID控制宏可直接用于压力、风量、流量等类型的过程控制，而不需要任何附加电路。

　　丰富、灵活的输入、输出口定义功能，可在大多数应用场合实现用户要求而不需要任何附加电路。

　　*ACS800控制盘有四种不同的键盘模式：实际信号和故障纪录显示模式、参数模式、功能模式和传动选择模式。在实际信号显示模可以同时监视三个实际信号，诸如频率、转速、电流、流量等。

　　ACS800系列变频器可提供下列优越性能：运算速度快ACS800主控板采用双处理器、双存储器，容量大，运算速度快。

　　快速的信号传输总线传输速度给定或力矩给定信号由12ms提高到2ms；速度或力矩给定链传输速度由2ms提高到lms.使得变频器响应速度更快，动态特性更好。

　　电源断电时的运行ACS800将利用正在旋转着的电机的动能继续运行，只要电机旋转并产生能量，ACS800将继续运行。

　　零速满转矩由ACS800驱动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。

　　起动转矩DTC提供的的转矩控制使得ACS800能够提供可控且平稳的大起动转矩。大起动转矩能达到200的电机额定转矩。

　　自动起动ACS800的自动起动特性超过一般变频器的飞升起动和积分起动的性能。因为ACS800能在几毫秒内测出电机的状态，任何条件下在。48s内迅速起动。而矢量控制变频器则需大于是2.2s.磁通优化在优化模式下，电机磁通被自动地适应于负载以提高效率，同时降低电机的噪音。得益于磁通优化，基于不同的负载，变频器和电机的总效率可提高110.磁通制动ACS800能通过提高电机的磁场来提供足够快的减速ACS800持续监视电机的状态，在磁通制动时也不停止监视。磁通制动也能用于停止电机和从一个转速变换到另一个转速。而其他品牌的变频器所使用的直流制动是不可能实现此功能的。

　　速度控制ACS800的动态转速误差在开环应用时为0.4s，在闭环应用时为0.1s.而矢量控制变频器在开环时大于0.8s，闭环时为0.3s.ACS800变频器的静态精度为0.01.转矩控制动态转矩阶跃响应时间，在开环应用时能达到15ms，而矢量控制变频器在闭环时需1020ms，开4L*20/8型压风机为活塞式空气压缩机，属恒转矩负载，正常应配用ACS800-04-0210-3型变频器。根据长期监测，这套压风机组电机负荷较低，所以选用容量为170KVA的变频'器即可满足要求，其型号为ACS800-04-0170-3. 3变频器的控制变频器配置有压力闭环控制和开环手动调节这两种控制方式，二者之间通过一个选择开关进行选择。

　　正常工作时，采用压力闭环控制方式。使用压力变送器检测压风机的实际供风压力，并将其与供风压力的设定值相比较。用比较得到的差值调节变频器的输出频率，进而调节压风机电机的转速，保持压风机的供风压力恒定为设定值。

　　在变频控制柜的柜门上设有供风压力设定电位器和数字显示表，操作工可方便地设定供风压力。

　　为了使压力变送器发生故障时，变频调速系统也可以应急工作，变频器也可以使用电位器手动调节电机的转速，在一定范围内调节压风机的供风压力。

　　在变频控制柜上的柜门上设有变频故障复位按钮，在变频器发生故障时，操作工可方便地对故障进行复位。

　　把压风机组原有的监控装置的接点引入变频器控制回路进行联锁，当压风机的压力、温度等参数超过高限值或出现断水信号时，自动停止变频器的运行。

　　5压风机改造后的运行状况赢：御4L-20/8压风机在改造后的实际运行情况如下：供风压力保持为设定值5MPa，偏差为*0.证了风动设备正常、高效地运行。

　　电机的运行速度为100700转/分钟，电机电流在55A190A之间。平均每小时耗电量为50度，节约电能39度/小压风机电机由变频器供电，采用软起动方式，对电网和设备无冲击。同时改变了压风机的放空/载荷工作方式，消除了对电网和机械设备的冲击，延长了机械和电气设备的寿命。

　　设备发热量低，有利于安全运行。改造后经过专项试验运行，单套机组连续运行48个小时温度仍不超过允许值。专项试验后现场实际为两套机组交替运行，变频调速的机组每天运行16小时，工频供电的机组每天运行7小时。

　　维修量大大减小。在每天多运行4. 5小时的情况下，只需每两天对注油器加一次油，试验运行6个月来未需要对机组进行维修，也未需要对机箱补油。

　　经过6个月的实际运行，压风机变频调速改造的优越性已充分显现出来：设备发热量低，保证设备安全、稳定运行。每天运行时间增加4.5小时，增幅为39.采用压力闭环控制，系统的控制精度有了很大程度的提高，供风压力稳定在设定值5土0.005MPa，大大提高了用风设备运行的稳定性和使用效率，保证了生产正常高效地进行。

　　压风机低速运行且不再频繁载荷/卸荷，减少了对电网和机械设备的冲击以及对机械传动部件的磨损，大大减少了维修工作量和维修费用。

　　在生产条件和产量基本相同的情况下，变频调速改造后压风机组每年节电量为：按每度电0.5元计算，每年可节约电费11. 39万元。

　　若压风机站的两台压风机都由一台变频器传动，在变频器的输出侧用接触器切换，每台压风机可在变频方式下连续运行几天再切换到另一台压风机变频运行。这样可大大减少压风机的切换次数。

　　在这种情况下，变频调速压风机组每天工作23小时，则每年可节约电费：再加上延长设备寿命和减少维修费用带来的经济效益，每年的经济效益十分可观。

　　因此，压风机使用变频器传动，实现软起动、恒压供风，对于保证风动设备的正常作业，提高风动设备的使用效率，延长压风机组的寿命，减少其维护量和维护费用，以及节约电能都有重要意义，是一项值得广泛推广的先进技术。

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