矿用螺杆式空压机系统的高压变频节能改造设计南永辉，李军伟，彭力株洲变流技术国家工程研宄中心有限公司，湖南株洲412001统的基本结构和工作原理，以及应用注意事项和实验数据，并给出了节能分析。
1概述大功率的螺杆式空压机为井下气动设备提供气以，其年耗电，十分可观由于井下设备较多，且用风时间不固定，用风量不稳定，因此空压机必须连续运转。当井下用风量小时，会导致空压机长时间低负荷运行，电能损耗增大并加剧了设备的磨损，增加了运行成本。如负荷小时将设备停机或部分设备停机，将导致操作频繁，缩短设备寿命，而且会影响用风设备及风动下具的常，作而近年出现的级联多电平压变频器拖动高瓜人功率电动机的方案，具有对电网无冲击可靠性高节能效果显著输出谐波小输入功率因数高等优点，已成为目前发展主流趋势。
河南煤化集团鹤，矿井下采两套螺杆式空压机传动系统，卞要为井下设备提供气动力，原来为，频直接启动，长期1频恒速记行，存在矜启动电流大能量严重浪费供气压力不稳定等缺点，经过分析和论正，决定进，技术改造，采用技术上比较先进统，以提高经济效益和社会效益，木文土要介绍该变频改造过程。
2原螺杆式空压机的工作方式和拖动方案螺杆式空压机的工作方式螺杆空压机的主要工作方式为启动停止加载卸载，其进气口设置加载阀，通过加载电磁阀来控制入口阀门的开关。空压机运行时，若排气压力低于设定标压力的下限，则卞压机控制器使加载电磁阀得电，将口阀门打开，仝压机处于满负荷加载状态若排气压力高于设定标1力的上限。则空压机控制器命令加载电磁阀失电，从而将口阀门关闭，空压机处于无负荷卸载状态，此时个压机实际为空转运空压机加卸载控制方式使得压缩气体的压力EPmill1JPm，之间来回变化=是敲低力值，即能够保证压缩空气用户正常工作的*低压力。般情况下之间关系可以叫下忒来户1+5，5是个百分数，其数值大致在1025之间苦采用变频调速技术连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气的作压力上，即尸附近原工频拖动设备方案分析忝统为两套参数相同的旋转螺杆式空压机传动系统，由异步电动机拖动空压机旋转，空压机及其控制系统压缩空气为井下气动设备供气。
异步电动机参数额定电压6，额定电流43.入，额记功率375.
空压机系统运行情况如下台设备运行，台设备备用；如某台设备出现故障则退出运行，启动另外台设备。
为提高空压机传动设备运行寿命，方便检修，两台设备每天倒次闸，使运行设备转为备用设备，备用设备转为运行设济。
气压大于06肘3井下气动设备就可以工作，井下设备存在着几个用气高峰点，用气少时井下压力就高，空压机扑制系统汕过加卸载方式调节力，存在着调节速度较慢调节精度不高和电磁阀频繁动作的缺点，实际天的输出出力在0.60，0.75厘3之间。
电动机直在工频50，2恒速运转，平均额定电流为38人；启动瞬！电流可达200，左右平均功率约310让贾。
分析该系统技制哚理，原电动机传动系统在转速和压力都有下调空间，因此原系统存在着能量的浪费，采用变频调速具有可行性。
3空压机的高压变频改造经设计冗余考虑，选择本公司150名42型6个功率单元级联。根据矿井气动设备系统特点，系统采用1力闭环，给定压力为0.62变频器内置数字⑴调卞器在变频器界面上只需设置压力给定变频器即可自行对输出频率进行调节以稳定压力。
1变频器改造电气方案变频的电气主接线1.中1.为1启动桁断路器，2识为2=启动柜断路器，炉1炉6为手动隔离开艾。其炉5和仍2机械互锁；仍4和吸1机械互锁；炉6和，53机械互锁；片5和，54通过柞序锁互锁，82和，51通过程序锁互锁，选择1高压电动机变频运行时需要开关操作顺十断开仍4，合仍5.合仍6，合1呀当变颇器带1电动机时如变频器需要运行检修则断开19，合仍合2识，使2+频拖动采用该变颇调速方案，设备的可靠性得以进步提高。
6母线高压电动机2高压电动机6，高压变频器每相由6个功率单元组成2每相只画出了3个模块。多电平高压变频器主要由旁路开关柜1所述移相变压器功率单元和控制器组成。系统结构2.移相变压器每相有6个绕组2每相只画出了3个，绕组依次错开10实现了36脉波整流。移相变压器的输出接至各个功率单元，控制器通过光纤驱动各功率单元。中人相各单元接至移相变压器，8，相同理。，个功率单儿山相桥式整流和桥逆变组成，可以看出每个单元整流后的直流电压是独立的，这样利于1的控制，每相由低压叠加成高压。每个功率单元还有旁路控制中未画出，当某单元出现问后，则该单元被旁路，余下的单元可以继续下作，通过平衡箅法控制使输出的线电，1维持平衡，这样增强了系统的可靠性移相变器其中，是电动机转速，是定子频率是电动机转差率，户是电动机极对数。对于异步电动机，户般是固定的，5可调范围也很小，可变范围很大，故调是*主要的调速方式。根据电动机理论，为了保持定的转矩能力必须维持磁通密度基本恒定，这样就必须维持定子电和定子频率的比位基本恒定，即变压变频控制下。
多电平变频器的般采1载波相移501控制技术，其基本原理是每相由斤个级联单元组成，每个单儿1角载波的相位帛依次及36，1同相采用相同的正弦调制怡4，利用81飞1技术中的波形生成方式和多重化技术中的波形叠加结构产生5波形，从而实现名电平5输出；30相之间参考波依次相差120.对于每相由个模块单元级联而成的变频器，相电压电平数*大为2 +线电压电平数*大为4+由此可级联模块越多则输出波形越接近正弦波，这样有利于减小士和1皆波阁3是6个单元级联输出线电晷，可以看出输出波形非常接近1弦波。
变频改造设计使用说明分析和试验。设定高变频系统为力闭环，叫户在界面输入给定版力推荐值621；变频器内置数字，10调节器，调节器的输出是给定电机的输出频率，通过调频来调节力实际力小，负反馈调节器使输出频率增加进而使输力上升以维持给定压力；实际压力大时，负反馈调节器使输出频率降低使力降低以减小能耗。
力减速时间的设置。必须既要满足工艺需要，又要保证系统可靠性，加速时间如设置的太小，则启动或加速过程中转差率较大会造成电流过大。同理，减速时间如设置的太小，在减速的过程中，电动机纪，在发电机状态时向变频器反充电，能会造成模块电容电压过高，影响系统可靠性。经试验和分析，本机系统加速时说围60150减速时间120300启动须知闪为空压机控制系统启动前有压力判断装聊，故变频器启动前般要等到压力专0.451寸允许启动。
隔离开关和断路器的顺序定要正确。采用变频改造后，由于电动机能耗下降，电动机轴温下降原来轴温肀均95，改造后平均温度80.，其它各项摩擦损耗都下降，对于提高设备的寿命是很有利的，所以两台空压机的切换周期建议改为，4系统试验和节能计算整机系统在现场做了调试并采集了试验波形。
流波形。5是稳态36出电流输出波形。
2，输出电流波形由4可以看出，启动电流较小，中间有较大的幅值尖峰值约7，人，其振动是因为电动机般有低频振动现象，该电动机在712之间打机诚振动。因为变频器内部有电流反馈抑制措施使电动机在很安全的范围内运行，远远优于原来工频直接启动过程。5是电动机稳定运行在3682时的电流波形电流有效值纟可以看出电流正弦性很好，输出谐波很小，对电动机很有利。
3之间，电动机1的平均额定电流为38人；平均功率310kW.采用变频器器运行后压力基本在0.60.653，电动机平均电流32，输入平均电流23.，肀均输功率2001这样，变频器年按工作3501计算，则总卞能为万兀。
因此，高压变频器用于矿用螺杆式空气压缩机使空压机系统实现了软启动，大大减少了设备维护维修费用等优点，实际运行明，既提高了可靠性，上接第84页机械阻尼延时机构原理1.当电网出现失压或欠压时，失压线圈铁芯上的螺杆由于弹簧力疗。高爪防爆配电装置推上隔离丌关后，失爪线阍通过电压互感器6100带电，失压线圈铁芯克服弹簧力的作用，带动传动轴向上运动到定位置，当电网失压或欠压时，失压线圈失电，传动轴由于失以线的作用力向下运动，而延，机构的轴吨。的3颗钢珠，卡仆传动轴上的小槽，使传动轴缓慢下移；而钢珠与传动轴之间的压力，是由钢珠后簧与钢珠之间的令擦力使传动轴缓慢下移，达到延时的目的。改造后达当启动励磁线圈通电后，电磁力克服弹簧和系统反力牵4衔铁并推动负载动作，此时由十机械阻尼延时机构向牵以衔铁施增加1传动轴；2轴座；3钢珠；4调节弹簧；5调节螺钉又节能效果显著，具有明显的直接和间接经济效益。
1肖付钊。变频闭环调节控制系统在空压机中的应用0.煤矿21厉国华。基于变频技术的螺杆空气压缩机控制系统的研宄压缩机技术，2，05.
李永东，等。大容量多电平变换器北京科学出版社，2005.
张皓，续明近，杨梅。高压大功率交流变频调速技术河。北京机械工业出版社，2006.
B南永辉，罗仁俊，伍海林。基于级联型多电平逆变器的异步电机控制策略研宄0.变流技术与电力牵引，20085.
6鲁欣南。变频技术应用于空压机节能改造的控制策略分析1片简介南永辉179，男。2，6年毕业于北茕交通大学电气工程学院硕士学位，现主要从事电力电子高压大功率变频调速控制技术的应用与开发。
14；责任编辑姚克其动作的摩擦力，增大其动作时间，延迟牵引衔铁闭合位置，使之躲过瞬间电网失压或欠压引起装置分闸造成的大面积停吧事故。
启动过程弋启动励磁线同通电后，电磁力克服弹簧和系统反力牵引衔铁并推动负载动作，衔铁达到闭合位置后，立即触动钢球锁扣机构闭锁，将自身连同负载锁在闭合位置不松动，整个启动过程在瞬间完成。
复位过程当脱扣励磁线圈通电后，电磁力克服弹簧反力使泔套触动钢球锁扣机构解锁，衔铁和负载则在弹簧及系统反力作用下复到额定，程3使用效果对井下高压防爆配电装置的延时机构采用了机械阻尼延时机构，没有电气连接的因素，不用考虑整个机构的防爆问。2007年5月和2007年9月，经过改进后的装置分别在平顶山六矿丁采区和丁采区的采区变电所部分高压防爆配电装置上使用后，没有出现过跳闸事故，整个机构的安全性能稳定可靠，不仅煤矿供电的安全程度有大幅度的提高，而让带来可观的经济效益。
工业电气自动化专业，直从事电气控制方面的教学和研宄工作收稿日期200909；责任编辑姚克
