變頻技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)
軟件名稱: | 變頻技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) | |
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整理時(shí)間: | 2012-05-13 | |
軟件簡介: | 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論文) 任 務(wù) 書 姓名 田雨 專業(yè) 礦山機(jī)電 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 年 月 日 設(shè)計(jì)(論文)開始日期 年 月 日 設(shè)計(jì)(論文)完成日期 年 月 日 設(shè)計(jì)(論文)題目: 變頻技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用 A·編制設(shè)計(jì) B·設(shè)計(jì)專題(畢業(yè)論文) 指 導(dǎo) 教 師 系(部)主 任 年 月 日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯委員會(huì)記錄 機(jī)電系 系 礦山機(jī)電 專業(yè),學(xué)生 田雨 于 2010年 4 月 18 日 進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯。 設(shè)計(jì)題目: 專題(論文)題目: 變頻技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用 指導(dǎo)老師: 答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)材料,根據(jù)學(xué)生答辯情況,經(jīng)答辯委員會(huì)討論評定,給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績?yōu)?。 答辯委員會(huì) 人,出席 人 答辯委員會(huì)主任(簽字): 答辯委員會(huì)副主任(簽字): 答辯委員會(huì)委員: , , , , , , 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評語 第 頁 共 頁 學(xué)生姓名: 田雨 專業(yè) 礦山機(jī)電 年級 07級 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 變頻技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用 評 閱 人: 指導(dǎo)教師: (簽字) 年 月 日 成 績: 系(科)主任: (簽字) 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)及答辯評語: 目錄 一、前沿……………………………………………………………1 1.1 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展………………………………………2 1.2我國變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況……………………………4 1.3目前國內(nèi)主要的產(chǎn)品狀況…………………………………5 1.4國外現(xiàn)狀……………………………………………………6 1.5國內(nèi)現(xiàn)狀……………………………………………………7 1.6未來的發(fā)展方向……………………………………………7 1.7變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用………………………………………9 二、變頻技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用 2.1采用變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)..........................11 2.2接口電路……………………………………………………12 2.3主回路結(jié)構(gòu)…………………………………………………13 2.4提升機(jī)變頻器主要功能簡述………………………………15 2.5系統(tǒng)方案………………………………………………… .16 2.6操作與控制…………………………………………………19 三、變頻技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用 3.1礦井通風(fēng)設(shè)備與風(fēng)機(jī)節(jié)能原理概述……………………. 20 3.2風(fēng)機(jī)選用變頻器的要求……………………………………23 3.3 變頻器應(yīng)用舉例…………………………………………23 四、變頻調(diào)速在空氣壓縮機(jī)上的應(yīng)用 4.1 煤礦空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)概述.........................24 4.2 空氣壓縮機(jī)選用變頻器時(shí)的有關(guān)要求………………….27 五、變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦帶式輸送機(jī)中應(yīng)用……………………27 六、變頻技術(shù)在水泵控制中的應(yīng)用………………………………31 結(jié)語……………………………………………………………….32 參考資料………………………………………………………….33 前言 近年來,隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、大功率輸出技術(shù)的迅速發(fā)展,交流調(diào)速取代直流調(diào)速、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。點(diǎn)擊交流變頻調(diào)速技術(shù)成為當(dāng)今節(jié)點(diǎn)和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能,高頻率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果,廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。煤炭企業(yè)是耗電大戶,其點(diǎn)好成本占其生產(chǎn)成本相當(dāng)大的比例,其中有很大一部分電能是白白浪費(fèi)掉的。眾所周知,企業(yè)在最初設(shè)備設(shè)計(jì)選型時(shí),都是按最大生產(chǎn)需求量來確定的,而實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)中大多數(shù)時(shí)候達(dá)不到最大聲場能力,設(shè)備不能再最佳工礦區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。特別是水泵、風(fēng)機(jī)等流體類負(fù)載,平均運(yùn)轉(zhuǎn)效率只有20%—50%,如果能將效率提高到95%以上,就可節(jié)約30%—50%的電費(fèi)。所以說,煤炭企業(yè)的節(jié)電潛力是很大的。利用變頻調(diào)速技術(shù)對煤礦企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造,完全能達(dá)到改善工況、節(jié)省電費(fèi)、提高效率的目的 1.1交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 (1)20世紀(jì)50年代末發(fā)明了晶閘管(SCR)因而生產(chǎn)出了靜止可控整流裝置,推動(dòng)直流調(diào)速控制系統(tǒng)快速發(fā)展起來,成為第一代控制器件。70年代陸續(xù)發(fā)明了功率晶體管(GTR)、門極客關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率MOS場效應(yīng)管(POWERMOSFET)、絕緣柵極雙極型晶體管(SIT)、靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等,成為了第二代控制器件。器件的每一次更新都為調(diào)速技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速?zèng)_直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)組調(diào)速、靜止晶閘管整流直流調(diào)壓調(diào)速發(fā)展到交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。與此同時(shí),1971年對于異步電動(dòng)機(jī)的高階、非線性、強(qiáng)耦合多變量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,德國專家F B A schkc提出了《感應(yīng)電機(jī)磁場定向的控制原理》,美國專家P C Custman與A A Clank提出了《感應(yīng)電子定子電壓的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換控制》,解決了一步電動(dòng)機(jī)矢量控制的理論問題。自己,交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展起來,變頻調(diào)速由變壓變頻控制的變頻發(fā)展到了矢量控制變頻調(diào)速,通過控制交流電動(dòng)機(jī)里相當(dāng)于并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的磁通變化,提高變頻器的恒轉(zhuǎn)矩輸出范圍和動(dòng)靜態(tài)特性,使得交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能超過了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的性能,實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)性能的交流變頻調(diào)速。到80年代中期,又出現(xiàn)了功率集成電路PIC、保護(hù)、檢測和功率輸出單元集中在一塊芯片上,成為第三代控制器件,它的出現(xiàn)被譽(yù)為第二次電子革命的前沿,把交流變頻調(diào)速技術(shù)又推向新的高度,目前,國際上又推出了諧振式逆變器,使開關(guān)元件在零電壓或零電流時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷,將開關(guān)損耗較少到最小程度,使開關(guān)頻率達(dá)到MHz級,減小了主回路體積,這種電源已達(dá)到了100KW。10MHzPWM逆變器的體積只有火柴盒大小,125W共振電源已達(dá)到1MHz。新型控制器件的發(fā)展,進(jìn)一步促進(jìn)了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用。這項(xiàng)新技術(shù)能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,減低能耗,節(jié)約生產(chǎn)成本,已得到人們極大的關(guān)注。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和能源全球性短缺,變頻調(diào)速技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用在煤礦、機(jī)械、紡織造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能場合,并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 (2)交流變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀 交流變頻調(diào)速是微機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的綜合應(yīng)用。變頻調(diào)速之所以在能源危機(jī)中應(yīng)運(yùn)而生,是因?yàn)樗芨鶕?jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增速減速,從而大幅度提高工作效率。尤其是用于風(fēng)機(jī)和水泵時(shí),節(jié)電率在40%左右。 交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù),既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換(整流、逆變),又要處理信息的手機(jī)、變換和傳輸,因此它的共性技術(shù)分為功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題和新型控制器件的應(yīng)用技術(shù)問題,后者要解決(基于現(xiàn)代化控制理論的控制策略和智能控制策略)硬、軟件開發(fā)問題,在目前狀況下主要是全數(shù)字控制技術(shù)問題?;陔妱?dòng)機(jī)和機(jī)械模型的控制策略,又矢量控制、磁場控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和機(jī)械扭振補(bǔ)償?shù)?,基于現(xiàn)代理論的控制策略,又滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器,在某種只是議一下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)方法等,基于智能控制思想的控制策略、有模型控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣的自由化、自診斷技術(shù)等。 交流變頻調(diào)速的基本原理是通過整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓,再由逆變器轉(zhuǎn)換為頻率、電壓可調(diào)的交流電壓作為交流電壓作為交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源,使電動(dòng)機(jī)獲得無級調(diào)速所需額的電壓和電流,使一種無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式之一。目前,變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛應(yīng)用于低壓電動(dòng)機(jī)的調(diào)速傳動(dòng)中,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和制造工藝的提高,高電壓大電流變頻調(diào)速器生產(chǎn)技術(shù)也逐漸趨于成熟。 1.2我國變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和信息裝置3部分組成。電氣傳動(dòng)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)(位置、速度、加速度等),實(shí)現(xiàn)電能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目的。電氣傳動(dòng)分成不調(diào)速和調(diào)速兩大類,調(diào)速又分交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式。不調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電,但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展這類原本不調(diào)速的機(jī)械越來越多地改用調(diào)速傳動(dòng)以節(jié)約電能(節(jié)約15%~20%或更多),改善產(chǎn)品質(zhì)量,提高產(chǎn)量。在我國60%的發(fā)電量是通過電動(dòng)機(jī)消耗的,因此調(diào)速春傳動(dòng)是一個(gè)重要行業(yè),一直得到國家重視,目前已有一定規(guī)模。 近年來交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易,從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。長期以來,交流電的頻率一直是固定的,變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。 我國電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始建于1954年當(dāng)時(shí)第一批該專業(yè)范圍內(nèi)的學(xué)生從各大專院校畢業(yè),同時(shí)在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司,這就是后來天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所的前身。我國電氣傳動(dòng)與變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展簡使見表1?,F(xiàn)在我國已有200家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。 我國是一個(gè)發(fā)展中國家,許多產(chǎn)品的科研開發(fā)能力仍落后于發(fā)達(dá)國家。至今自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品大體只相當(dāng)于國際上80年代水平。隨著改革開放,經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,形成了一個(gè)巨大的市場,它既對國內(nèi)企業(yè),也對外國公司敞開。很多最先進(jìn)的產(chǎn)品從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口,在我國運(yùn)行良好,滿足了我國生產(chǎn)和生活需要。國內(nèi)許多合資公司生產(chǎn)當(dāng)今國際上先進(jìn)的產(chǎn)品,國內(nèi)的成套部分在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置中采用外國進(jìn)口公司和合資企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備,自己開發(fā)應(yīng)用軟件,能為國內(nèi)外重大工程項(xiàng)目提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。雖然取得很大成績,但應(yīng)看到由于國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能力弱,對國外公司的依賴性嚴(yán)重。 1.3目前國內(nèi)主要的產(chǎn)品狀況 (1)晶閘管交流器和開關(guān)斷器件(DJT、IGBT、VDMOS)斬波器供電的直流調(diào)速設(shè)備。這類設(shè)備的市場很大,隨著交流調(diào)速的發(fā)展,該時(shí)常雖在縮減,但由于我國舊設(shè)備改造任務(wù)多,以及它在幾百至一千多kW范圍內(nèi)價(jià)格比交流調(diào)速低得多,所以在短期內(nèi)市場不會(huì)縮減很多。國產(chǎn)設(shè)備能滿足需要,部分出口。自行開發(fā)的控制器多為模擬控制,近年來主要采用進(jìn)口數(shù)字控制器配國產(chǎn)功率裝置。 (2)IGBT或BJTPWM逆變器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類設(shè)備的市場很大,總?cè)萘空嫉谋壤淮?,但臺數(shù)多,增長快,應(yīng)用范圍從單機(jī)擴(kuò)展到全生產(chǎn)線,從簡單的V/f控制到高性能的矢量控制。約有50家工廠和公司生產(chǎn),其中合資企業(yè)占很大比重。 (3)負(fù)載換流式電流型晶閘管逆變器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類產(chǎn)品在抽水蓄水能電站的機(jī)組起動(dòng),大容量風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動(dòng)方面有很大需求。國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造,目前容量最大做到12MW。功率裝置國內(nèi)配套,自行開發(fā)的控制裝置只有模擬式的,數(shù)字裝置需進(jìn)口,自己開發(fā)應(yīng)用軟件。 (4)交-交變頻器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類產(chǎn)品在軋機(jī)和礦井卷揚(yáng)傳動(dòng)方面有很大需求,臺數(shù)不多,功率大。主要靠進(jìn)口,國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造。目前最大容量做到7000~8000kW。功率部分國產(chǎn),數(shù)字控制裝置進(jìn)口,包括開發(fā)應(yīng)用軟件。 變頻調(diào)速技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和日常生活中的重要地位是由以下因素決定的。 |
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