罗宾康高压变频器介绍之欧阳与创编

我主要写的是应用场合及功能介绍

时间：2021.03.08 创作：欧阳与 罗宾康高压变频器介绍 一、产品介绍

1、罗宾康系列变频调速系统特点 1.1高效率、无污染、高功率因数

罗宾康系列高压变频调速系统采用的是功率单元串联的高-高方案，采用了多绕组高压移相变压器，二次侧绕组中流过的电流，在变压器一次侧叠加时，形成非常逼近正弦波的电流波形。经过实际测试，50Hz运行时，网侧电流谐波 <2％，电机侧输出电压谐波<1.5％(即使在40Hz时，仍然<2％)，成套装置的效率>97％，功率因数>0.96。完全满足了IEEE519－1992对电压、电流谐波含量的要求；

通过采用自主开发的专用PWM控制方法，比同类的其它方法可进一步降低输出电压谐波1～2％

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。1.2先进的故障单元旁路运行（专业核心技术）

为了提高系统的可靠性，整个变频调速系统中考虑了一定的输出电压裕量，并在各功率单元中增加了旁路电路。当某个功率单元出现故障时，可以自动监测故障并启动旁路电路，使得该单元不再投入运行，同时程序会自动进行运算，调整算法，使得输出的三个线电压仍然完全对称，电机的运行不受任何影响；

以6kV高压变频调速系统为例，每相有6个单元时，预置好参数，当某一相中有2个功率单元出现故障时，故障单元将自动旁路，系统仍然可以满负荷运行；即使某一相中所有6个单元故障，全部被旁路，系统输出容量仍可高达额定容量的57.7％。这种控制方法处于国际先进，国内领先水平，将大大提高系统的可靠性。

.3高性能的控制技术

罗宾康系列高压变频调速系统率先实现了简易矢量控制技术，可以实现恒转矩快速动态响应，并且具有加、减速自适应功能，即可根据运行工控参数的实际情况，自动调整加、减速时间，在不超过最大允许电流的情况下，快速达到设定频

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率或转速。同时，系统可以自动识别电机转速，用户可以不考虑电机目前的运行状态，电机不需要停止运行时，可直接实现电机的启动、加速、减速或停止操作；

罗宾康系列高压变频调速系统还可以实现反馈能量自动功能。

1.4高可靠性

控制电源可实现外部220V供电和高压电源辅助供电双路电源自动切换，同时配置了UPS，即使两路电源都出现故障时，控制系统仍然可以工作足够长的时间，控制整个系统安全停机，发出报警，并记录故障时的所有状态参数；

高压主电路与低压控制电路采用光纤传输，安全隔离，使得系统抗干扰能力强；

当单元故障数目超过设定值，系统可自动切换到工频运行(自动旁路柜)；

移相变压器有完善的温度监控功能； 独特的功率柜风道设计，主要发热元件都靠近或处于风道中，散热效果好，保证了系统承受过载的能力；

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抗电网电压波动能力强，当电网电压在-15％～+15％范围内波动时，系统可以正常工作；对于功率单元，在电压-25％～+20％范围内变化时，都可正常工作。

1.5其它特点

故障自诊断能力强，监测系统中所有主要参数及接口信号；

全中文操作界面，基于Windows操作平台，10.4英寸彩色液晶触摸屏，便于就地监控、设定参数、选择功能，调试操作简单，友好，显示内容丰富；

内置PLC可编程控制器，易于改变和扩展控制逻辑关系，并且安全可靠；

系统具有标准的计算机通讯接口RS232或RS422、RS485，可方便的与用户DCS系统工控系统组态建立整个系统的工作站，进一步提高系统的自动化控制程度，实现整个工控系统的全闭环监控，从而获得更加完善的、可靠自动化运行；

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单元模块化结构，维修简单，所有单元可以互换，备件少；

先进、及时、迅捷、永远追求完美的售后服务体系。

二、罗宾康系列变频调速系统原理 1．2 罗宾康无谐波高压变频器

罗宾康高压变频器具有对电网谐波干扰小，输出波形好，输出不存在谐波从而减少电动机附加发热以及噪声，输入功率因素高等特点，义被称为完美无谐波变频器。其实质为多个串联的PWM电压源型变频器，将若干个的低压变频器串联起来，从而实现高压输出。电网电压通过隔离降压后给每个作为功率单元的低压变频器供电。每个低压变频器为交一直一交PWM电压源型逆变器，输出电源为三相电压630V，功率为丁频50Hz，每个低压变频器串联起来，就形成了星形结构，实现变频高压直接输出，给高压电动机供电。3kV输出电压等级的变频器主电路结构如图1所示，每个功率单元分别由输入变压器的1组二次绕组供电，9个功率单元通过光纤联到控制系统，按照一定的相位差进行迭加达到所需要的高压。单个功率单元组成如图2所示。

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为了减少输入谐波，在完美无谐波变频器中每个功率单元电源之间以及变压器之间相互绝缘，在变压器绕制时产生一定相位差，以消除每个功率单元引起的谐波电流。以3kV变频器为例，9个二次绕组采用延边三角形，分为3个不同的相位组，互差20°，形成了18脉冲整流的二极管整流电路结构，将失真减少到4％～5％．使初级电流波形近似为正弦波，满足高压电动机对电压和电流失真的要求[2]。

罗宾康无谐波变频器具有很高的功率因数。由于变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节（电压源

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型或电流源型）有关。电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，在整个速度范围段内基本保持不变.电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因数较低，且随着电机负载的降低而降低[3]。罗宾康高压变频器采用的是电压源型逆变器，在低负载的情况下比普通电流源变频器具有优秀的功率因数，输入总功率因数可达到0．95以上。

罗宾康系列高压变频调速系统组成部分包括变压器柜、功率柜、控制柜及旁路柜（可选），如图2-1所示。

图2-1 罗宾康串联H桥高压变频调速系统典型组成部分

图中主要示意系统的组成部分，具体到各系列产品的实际安装方式，可能有所区别。尤其是针对800kW以下的系列产品，采用了优化设计方案，不但保证了整个系统的可靠性，而且更加紧凑，降低了对用户的安装空间的要求。（功率柜的数量随装置的具体的容量而不同）

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图2.2是串联H桥式高压变频调速系统功率电路（6串/相）原理图，以输出6kV，每相6（6kV产品也可能每相5个单元串联，对于10kV，每相8或9个单元）。图中6 kV电网电压直接给移相变压器供电，移相变压器二次侧有18个的三相低压绕组。每一个三相低压绕组给一个低压单相变频器（称为H桥，或功率单元）供电，其电路图如图2.3所示。在图2.2给出的例子中，输出到电机的三相中，每一相由6个功率单元串联，三相共18个功率单元，即可输出三相对称，电压、频率都可调的变压、变频电源。最高输出电压为6 kV，频率50Hz,可直接驱动6kV的三相异步电动机。变频器输出10kV电压，功率柜增加每相功率单元的串联个数即每相8单元或9单元。 图2.2 串联H桥高压变频调速系统功率电路（6串/相）原理图

图2.3 H桥单个功率单元内部电路原理图

2.1旁路柜构成：

旁路柜为可选件，用户可以不采用旁路柜，高压输入和输出线通过变压器柜和功率柜中的接线端子进行连接。如果采用旁路柜时，可选择“一拖一”或“一拖

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二”控制方式，还可选择手动旁路或自动旁路控制方式，相应地，旁路柜的构成也不相同。

手动旁路方式的旁路柜主要由真空接触器、隔离刀闸构成，如图2.4所示，在使用时可进行变频运行和工频运行的手动切换。在高压变频装置检修时，旁路隔离刀闸闭合为高压电机从电网直接提供高压电源，不影响用户的使用；而变频隔离刀闸断开，具有明显的物理断点，可保障检修人员的人身安全。旁路隔离刀闸与变频隔离刀闸间具有机械互锁功能，可确保工频回路与变频回路不会同时导通。真空接触器用于预充电回路。

图2.4 手动方式的旁路柜 自动方式时的旁路柜主要包括真空接触器、隔离刀闸等设备，如图2.5所示，可以不需要人工操作，通过控制柜的可编程序控制器（PLC）自动进行控制，并在系统出现故障时，把变频器输出到电机的三相输出自动切除并切换到电网直接供电，不会导致系统停机。自动旁路方式的旁路柜内配置隔离刀闸QS1、QS2。在正常情况下刀闸闭合，变频器检修时断开，具有明显物理断点，保障检修人员的人身安全。 图2.5 自动方式的旁路柜

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2.2变压器柜构成：

变压器柜内主要为高压隔离移相变压器。以6kV高压变频调速系统为例，当采用1700V级的IGBT时，功率柜中每相由5或6个功率单元组成。这些单元皆由隔离移相变压器二次侧供电，且二次侧依次相差一个相位差，可实现多重化串联整流。在移相变压器的一次侧中，各折算的二次侧电流叠加后，其电流波形非常逼近正弦波，因此对电网的谐波干扰非常小，完全满足国际、国内包括IEEE 519-1992和GB/T14549-93在内各种标准的要求。同时，也改善了系统的功率因数。变压器柜中同时包括温度监测控制器的测温点（其温控器安装在变压器柜内），它实时循环监测各相绕组的温度，当温度高于预定设置值时，启动变压器柜底部的6个横流风机进行散热。同时，变压器温度监控器会及时在变压器故障时，把信息立即反馈给控制柜，保证了变压器的可靠运行。 2.3功率柜构成：

功率柜是变频器功率主电路核心的部分，它由多个完全相同的功率单元组成，各功率单元的输出电压串联叠加后组成输出到电机的三相电压。功率单元中的

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主功率器件为IGBT，所采用的IGBT耐压为1700V级的IGBT。

以6kV-6单元的高压变频器调速系统为例，当采用1700V的IGBT时，每相中包含6个功率单元，而每个功率单元的输出电压为交流577V，则相电压为6×577，即34V，相应的，其线电压为6kV。 若所设计的装置为10kV变频调速系统，采用的器件也是1700V级的IGBT，则每相中包含8或9个功率单元。

通过采用了具有自主知识产权的优化PWM（脉冲宽度调制）控制技术，使得输出到电机的电压波形非常接近正弦波，谐波含量小，dv/dt小，无需额外增加滤波器，可以直接输出到普通异步电动机，且对变频器到电机的电缆长度没有要求。功率单元和控制柜之间通过高速可靠的光纤进行通信，可有效避免电磁干扰，提高系统的可靠性。 2.4控制柜构成：

控制柜是整个高压变频调速系统的核心，它根据用户在本地或远程的操作和设置，并采集系统中电压、电流模拟量，及各开关量，进行逻辑处理和计算后，

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决定并控制各功率单元的动作，进一步驱动电机，满足输出要求。

控制柜中包括不间断电源UPS、断路器、可编程逻辑控制器PLC、DSP 控制板、IO板、光纤板、液晶操作人机界面及控制按钮、开关等。其中，所有的计算在 DSP 控制板中进行。控制核心为专业设计的双DSP（数字信号处理器），并辅之以FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD（复杂可编程逻辑器件），变频器采用了它们不但可进行高速运算，实现复杂的控制功能，而且还大大简化了控制电路的设计，提高了控制系统的可靠性。

三、罗宾康系列变频调速系统性能指标

主回路电压/频3相3 kV 、6kV、10kV，45～55Hz 率 控制回路 单相220V，50Hz/60Hz 输入 电压：＋10%（输入移相变压器有±5%的抽变动容许值 头）；电压失衡率：<3%，频率:±10% 输入功率因数 > 0.95 （>20％额定负载) 适用电机(kW) 200～8000(6kV) 250～10000(10kV) 额定容量(kVA) 300～10000(6kV) 350～125000(10kV) 额定电压（33kV、6kV、10kV 输出 相） 120% 额定负载1分钟；150％，3秒；电流过载能力 180％，立即保护 输出频率 0.5~120Hz 运行变频器效率 > 0.97 （额定负载时） 控制高性能转差自动补偿的VVVF控制，简易矢量控制方法 特性 控制 欧阳与创编 2021.03.08

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50~120Hz 20~60Hz 0.5~20Hz 模拟设定：0.1%；数字设定：0.01Hz 模拟设定：±0.5%最高频率；数字设定：频率精度 ±0.1%最高频率 加减速时间 0.5~3600s 可选择 电压频率特性 基频以下恒V/F，基频以上恒功率 数字面板操作或模拟设定（4~20mA），上位机频率设定 通讯设定 防护等级 IP20，其他等级可定制 结构 整体结构 多柜式 冷却方式 顶部风扇强制风冷 继电器输出 250VAC 12A/50VDC 1A 开路集电极输24VDC，最大100mA，输出阻抗30~35Ω 输出 出 信号 模拟表校准 50.0～200.0%（最小单位：0.1%） 模拟表输出 4~20mA 变频器输入过压、欠压保护，变频器过流保护，变频器输出短路保护，输入变压器过热保保护 护，功率单元直流过压、欠压保护及过温保护，功率单元通讯失败保护，变频器过压、过流失速保护，控制电源故障保护等等。 工作温度： 0℃～+45℃ 储存温度： -40℃～+70℃ 使用环境 相对湿度： 5%～90%（无凝露） 海拔高度： <1000米，1000米以上降额使用 高压变频器可靠接地，可能触及的金属部件与外壳接地点处的电阻不大于0.1Ω，能够承受安全规范 按相应开关算出的短路电流冲击（40kA以上），接地点有明显的接地标志。高压变频器柜内装屏蔽罩等防止电击的保 最高频率 基本频率 起动频率 频率分辨率 四.罗宾康系列变频调速系统适用范围 主要应用领域

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行业应用

电力：引风机、送风机、一次风机、吸尘风机、增压风机、排粉机、给水泵、循环水泵、凝结水泵、渣浆泵

冶金：除尘风机、通风机、泥浆泵、除垢泵

石化：注水泵、电潜泵、输油泵、管道泵、排风机、压缩机、除垢泵 水务：供水泵、取水泵

环保：污水泵、净化泵、清水泵

水泥：窑炉引风机、压力送风机、冷却器吸尘机、生料碾磨机、供气风机、冷却器排风机、分选器风机、主吸尘风机 造纸：打浆机

制药：清洗泵

总之，在电力、矿山、冶金、化工、交通等各个领域中采用大功率风机、水泵类机械中，如果采用罗宾康系列变频调速系统进行调速控制，取代传统的机械控制方法都可以取得相当显著的节能效果。

五：油田应用案例 油田输油启动解决方案

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发电机组是在对供电电源要求不间断的工业领域中的重要组成部分，因为变电电源停电时，发电机组作为一种应急备用交流电源是必不可少的。发电机组供电时，要求负载的有功功率不能有剧烈波动。如果有功负载突然增加，则会引起发电机组低频保护，造成发电机组的发动机停机；如果有功负载突然减少，则会引起发电机组高频保护，造成发电机组的发动机停机。因此对电机启动装置就要求有更高的可靠性和稳

定性及强大的可调性来进行电机软起。 燃气发电机组供电特性： 1、供电电压和频率波动较大；

2、发电机组加载具有“单步加载”特性，即发电机组加载时不能一下带满载，而是需要逐步加载。一般而言，燃气发电机组的“单步加载”能力为其额定功率的“1/5～1/4”。例如：燃气发电机组额定功率为11000kW，则在发电机组正常运行时，其每次增加负载的范围为2200kW～2750kW。 3、发电机组供电时，要求负载的有功功率不能有剧烈波动。如果有功负载突然增加，则会引起发电机组低频保护，造成发电机组的发动机停机；如果

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有功负载突然减少，则会引起发电机组高频保护，造成发电机组的发动机停机。 解决方案：

选用 罗宾康系列固态晶闸管高压变频器和相应的启动控制系统实现平稳起动。

1、使用发电机组供电模式，软起动具有发电机供电专用起动控制程序，可以适应发电机组供电时的电压和频率波动特性。

2、使用“基础起动（Pedestal starting）”功能，来适应发电机组的“单步加载特性”，在起动初期将电机起动电流在一个较低的水平，待发电机组的带载能力提高后，再提高起动电流，以完成电机的起动。

3、使用“转矩控制（Torque curve）”曲线，来避免起动后期中，发电机组有功负载的突然变化。 尼日尔AGADEM油田项目

尼日尔AGADEM油田一体化项目炼厂为100万吨/年炼厂项目，位于尼日尔第二大城市津德尔

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（ZINDER）以北52公里处，整个厂区占地面积5平方公里，装置区占地面积537200平方米。 高炉冶炼铁应用案例

高炉冶炼铁水过程中产生大量的熔渣，通常是用大流量的中压水将其降温并冲散，同时输送到水渣池回收，作为炼铁生产的副产品? 目前冲渣电机运行方式为工频运行，只能通过闸板阀门的开和关来调节水的流量和压力，以满足出渣工艺要求。由于电机频繁启动与停机，机组阀门都必须随之频繁地关闭与开启，从而使冲渣泵阀门的使用寿命及运行可靠性大幅度降低，若保持机组不停机器原__I=况运行，就浪费了大量的电能，因此对冲渣泵系统实行节能改造势在必

行

[1]

。

由此该钢铁厂决定对2台鼠笼式异步电机从工频运行方式改造为变频调速运行方式，2台电机参数见表1。由于高炉生产是不间断的，一般情况下每天出铁12-l5次，在高炉出铁前、后各放1次渣，2次出渣时间间隔约为30min。在此时问内要求冲渣系统的冲渣泵满负荷工作，其余时间冲渣泵只需保持约30％ 水流量防止管道堵塞即可。这就要求在出渣时，变频器

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能将频率变为50Hz，以保证冲渣泵满负荷丁作；在出渣间隔期，变频器将频率调整为25Hz左右，以维持所

需

的

水

流

量

。

由于直接操作变频器过于专业化，且存在操作不方便，直观性差，无法满足埘所需要的参数进行实时监控，所以整个变频调速系统要求采用人机界面友好的上位软件，对变频调速系统进行监视操作，能监视到当前运行电压、电流、频率和功率；并且能实现基本启停操作以及对当前运行频率进行调整。同时整个高压变频调速系统必须满足以下几点要求： 1）满足冲渣泵电机的额定电压，具有高可靠性，长期2

）

运调

速

行范

围无大

故，

效

障率

高

； ；

3）具有逻辑控制能力，可以根据出渣信号自动升降

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速；

4）具有远程上位机监控功能； 5）具有旁路功能，一旦出现故障．可在较短时间内切

换

到

工

频

运

行

。

由于罗宾康完美无谐波高压变频器完全可以满足以上要求，所以选择其用于冲渣泵变频调速系统，上位机采用由VB6．0编写的冲渣泵变频调速监控软件进行监

控

。

1．2 罗宾康无谐波高压变频器 罗宾康高压变频器具有对电网谐波干扰小，输出波形好，输出不存在谐波从而减少电动机附加发热以及噪声，输入功率因素高等特点，义被称为完美无谐波变频器。其实质为多个串联的PWM电压源型变频器，将若干个的低压变频器串联起来，从而实现高压输出。电网电压通过隔离降压后给每个作为功率单元的低压变频器供电。每个低压变频器为交一直一交PWM电压源型逆变器，输出电源为三相电压630V，功率为丁频50Hz，每个低压变频器串联起来，就形成了星形结构，实现变频高压直接输出，给高压电动机供电。3kV输出电压等级的变频器主电路结构如图1所示，每个功率单元分别由输入变压器的1组二次绕

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组供电，9个功率单元通过光纤联到控制系统，按照一定的相位差进行迭加达到所需要的高压。单个功率单

元

组成如

图

2

所

示

。

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为了减少输入谐波，在完美无谐波变频器中每个功率单元电源之间以及变压器之间相互绝缘，在变压器绕制时产生一定相位差，以消除每个功率单元引起的谐波电流。以3kV变频器为例，9个二次绕组采用延边三角形，分为3个不同的相位组，互差20°，形成了18脉冲整流的二极管整流电路结构，将失真减少到4％～5％．使初级电流波形近似为正弦波，满足高压电动机对电压和电流失真的要求[2]。 罗宾康无谐波变频器具有很高的功率因数。由于变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节（电压源

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型或电流源型）有关。电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，在整个速度范围段内基本保持不变.电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因数较低，且随着电机负载的降低而降低[3]。罗宾康高压变频器采用的是电压源型逆变器，在低负载的情况下比普通电流源变频器具有优秀的功率因数，输入总功率因数可达到0

．

95

以

上

。

1．3 冲渣泵高压变频调速系统总体设计 整个系统由3部分组成（如图3所示）：上位控制计算机、2台罗宾康高压变频器和调速对象，其中把变频器和调速对象看成是一个整体，处于生产现场，上位监控的工控机处于监控室中。由于RS-485通信方式最远支持1200M，完全满足现场需要，所以采用RS一485总线通信方式?2台罗宾康高压变频器都有支持ModBus协议的RS-485接口，而上位计算机只具备有支持RS-232电平的串行数据接口，所以数据帧由上位机串口出来后，要通过RS-232／RS-485转换器转换为能被两台高压变频器识别的RS-485电平。

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从图3可以看出，系统可分为3级，第1级为现场设备级，主要是2台带动冲渣水泵的鼠笼式电机，2台冲渣泵在出铁时要保证50 Hz全速运行，其它时间段运行频率为25 Hz．保证管道中有一定水压，避免冷却水回流；第2级为控制处理级，为2台控制2台电机调速的罗宾康高压变频器；第3级为监控管理级，

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由1台工控机构成，主要实现与变频器的实时数据传输，进行集中监视、控制、报警、趋势等功能。第3级和第2级之间采用ModBus传输协议，电平经过RS一232／RS一485转换器转换为各自可以识别的电平，当上位机出现故障后，可以马上切换为由变频器面板操作；当变频器出现故障后，可以立即切换为冲渣泵工频运行，具有良好的安全性。 2

上

位

机

监

控

软

件

设

计

Microsoft公司的Visual Basic6．0是一种可视化的通用编程语言，具有易学易用，调试方便，功能强大的特点。所以在本工况下，选用Microsoft公司的VisualBasic6．0来开发控制软件具有明显的优势[4]。 整个上位机监控软件的核心是通信模块，在实现通信模块的功能基础上，可以对变频器进行监视和控制功能。完美无谐波变频器与外部的通信接VI采用的是西门子一直以来推荐的ModBus RS-485接口，完全符合标准的ModBus协议。所以整个上位监控软件与变频器的通信方式采用基于RS一485总线的ModBus通2

．

信1 ModBus

方通

信

协

式议

概

。 述

ModBus协议最初由Modicon公司开发出来，现在

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ModBUS已经是工业领域全球最流行的协议，支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。在网络上通信时，ModBUS协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成应答并使用ModBus协议发送给询问方。数据通讯采用Master／Slave方式，Master端发出数据请求消息，slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave

端的数据，实现双向读写。

ModBus协议需要对数据进行校验，串行协议中除有奇偶校验外，通常使用的RTU模式采用16位CRC校验。RTU模式下通信数据帧格式如表2所示，每个字节包含

2

个

4Bit

的

16

进制数字。

地址码是标识接在同一RS-485总线上不同从机的编号，只有符合地址码的从机才能响应并根据命令回送

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信息。功能码Maser／Slave之间实现何种行动的代码，为可定义的功能码为1到127，常用的几个功能码如表3。在整个变频调速系统中，2台变频器的地址码分别定义为1和2，使用到的功能码主要为03和16

功

能

码

[5]

。

2

．

2ModBus

通

信

模

块

的

实

现

用VisualBasic6．0实现ModBus通信协议，可以使用自带的MSCOMM通信控件，将比特率、数据位、停止位、奇偶效验分别设置为19200、8、1、EVEN。通过VB6．0自带的时间控件TIMER给处于下位机的2台变频器发送03指令，来读取变频器当前状态。由于在RS一485总线上通信必须采用半双工方式，也

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就是说不能同时对2如下位机进行访问，所以程序采用分时复用方式访问2台变频器，从时序上错开访问指令。读取1#变频器监视信息的程序段如下： bisend（0）=”&h”+Hex（1） ’地址码 bisend（1）=”&h”+Hex（3）’功能码，读寄存器 bisend（2）=”&h”+Hex（0）’起始地址高位 bisend（3）=”&h”+Flex（0）’起始地址低位 bisend（4）=”&h” +Hex（0）’寄存器个数高位 bisend（5）=”&h”+Hex（10）’寄存器个数低位 CRC=CRCl6（bisend，6，btLoCRC，btHiCRC） bisend（6）=”&h”+Hex（btLoCRC）’CRC高位 bisend（7）=”&lh”+Hex（btHiCRC）’CRC低位 FrmM ain

．

NXGComm

．

Output=bisend

对变频器进行基本启停操作和频率调整时，同样要求数据在RS-485总线上遵从传输规则，将用与读取变频器信息的程序段中断，调用写指令，当变频器回应后2

．再

3

恢监

复控

软中

件

断设

。 计

表4为ModBus通信所需要操作的变频器中寄存器地址和功能。整个程序设计思路是：程序一启动就进入主界面，同时监测变频器和上位机是否已建立通信，

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然后读取变频器40 001单元2个4Bit的十六进制数字，将这2个数转换为二进制字符串，来判断变频器运行的基本状态，例如启动、停止、就绪、故障等。当变频器处于就绪状态时，可以通过修改400 065单元中的1个二进制位来启动或者停止变频器；上位机即时读取变频器40002—40005单元数值，这4个寄存器中数值为变频器的输出频率、电压、电流、功率数值；当要对冲渣泵速度进行调整时，可以随时修改40 066单元中数值来达到调速目的。

根据现场工况要求，监控程序要能识别1个开关量信号，并根据此信号自动修改2台变频器频率，同时在

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当前信号下，能对此设定频率进行微调。为了实现这一功能，把前1s开关量信号写入INI文件中并即时比较，当信号改变时，从INI文件中分别读取不同的频率设定值，同时在人机界面上还可以修改此INI文件中3

2台变频器的不同频率设置值。

结

语

目前整个冲渣泵变频调速系统已在实际生产中运行，400kW电机工频运行耗电量为396kW．h，变频后的耗电量为179．9kW．h。实际运行结果表明，完美无谐波变频器在该钢铁厂冲渣泵上的应用，大大节省了电能，大量降低了能耗，取得明显的节能效果。整个监控系统大大的简化了操作人员的使用难度，同时能实时监控变频器和电机运行状态，提声生产效率，给企业带来了可观的经济效益。

钢铁厂应用案例（以图片）你发给我的图片 低压变频器应用场合

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三晶S350变频器在铡皮机上的应用

一、 铡皮机控制作业要求 1、分切速度高

2、分切长度可调，精度高，至少保证在±3mm以内 3、操作安全可靠

二、XX变频控制系统配置及原理图 1、控制系统配置

①S300铡皮机专用变频器 ②送皮电机 ③铡刀电机 ④铡刀检测光电开关

⑤树皮检测光电开关 ⑥继电器 ⑦PG卡 ⑧编码器

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2、变频器控制系统原理图

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三、XX应用接线图

四XX铡皮机专用型变频器在铡皮机上应用技术特点：

1、自动矫正长度后下刀，分切精度高，可达±2mm 2、分切长度及送皮速度任意可调，操作简单，效率高

3、下刀时间和起刀时间可控，确保铡刀起停到位，进一步提高生产效率

4、在自动分切时，发现不合理的地方，可随时手动下刀，确保板皮质量

5、省去了PLC，完全自动化控制，低成本、低故障点、维护方便

6、齐头距离可任意调节，保证板皮质量的同时避免

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板皮浪费

7、适应能力强。针对铡皮机使用现场特点，工作电压宽范围设计，在电压波动的情况下保持输出恒定。在额定电压的60℅以上都可以满足铡皮的正常运转，针对很多农村电网环境差的场合该特点尤其突出三晶S350变频器在洗涤设备上的应用方案 一、本方案工业水洗机系统构成 ·控制系统：由电脑面板、芯片、程序软件、传感器(温度、电机过载检测)等组成。 ·桶体：采用不锈钢板焊接而成，用于盛放洗涤用水，与进水管路及排水阀等接通。 ·滚筒：全部采用优质不锈钢板制成，筒壁装有溢水小孔

与

翻

斗

筋

。

·传动体：由变频器、电机、皮带轮、三角胶带及轴承座

等

组

成

。

·避震体：由压缩弹簧、拉杆、吊钩及固定支座与阻尼器

组

成

，

以

减

少

震

动

幅

度

。

·机门：门体采用不锈钢制成，门内装有橡胶密封圈，工作时与桶体密封，在门锁内装有联动开关，保证机

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器在运转中门不会被打开，确保操作者安全。 ·进水管路：进水管路上装有电磁阀。 ·排水阀：排水阀开启和关闭由电磁阀控制。 ·加热器：本机有二种加热方法，一为蒸汽加热，二为电

热

。

二

、水洗机工作流程

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在洗涤过程中，水洗机会频繁正反转15到20分钟，并在洗涤状态时脱水和二次加水（漂洗）。高脱状态包括高脱1、高脱2、高脱3等三个阶段，高脱3完毕后，进入自由停机状态。 三

、

接

线

原

理

图

四

、

方

案

优

点

工业洗衣机在工作时会频繁正反转，采用变频控制系统

时

可

以

满

足

以

下

要

求

：

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◎◎◎◎

加

启全减宽

程速

动

转过调

程

力速中速

矩稳不范

失

大 定 速 围

◎二次加水启动时，负载达到最大值，低频力矩输出满足要求

五、S350主要参数设置表

功能码 F0.00 F0.01 F0.03 F0.10 F0.12 F0.18 F0.19 F1.05 F5.00 F5.01 F5.02 F5.03 F5.04 FD.00 FD.01 FD.02 FD.03 FD.04 FD.05 设定值 0 1 6 180 180 － 10 1 1 2 12 13 14 10.5 17 78 110 135 180 功能说明

控制模式选择为无感矢量控制模式（SVC） 选择端子起停 选择多段速 设定最大输出频率为180Hz 设定运行频率上限为180Hz 加速时间,根据水洗机的负载而定 减速时间设置为10秒 将停机方式设置为自由停车 设置MI1端子为正转 设置MI2端子为反转 将MI3端子设置为多段速1 将MI4端子设置为多段速2 将MI5端子设置为多段速3 设定多段速0最大频率为10.5Hz 设定多段速1最大频率为17Hz 设定多段速2最大频率为78Hz 设定多段速3最大频率为110Hz 设定多段速4最大频率为135Hz 设定多段速5最大频率为180Hz

六、主要性能参数表（电流指标）

电流指标 加速电流 运行电流 洗 涤10.5Hz 25A 13.6A 高脱2135 Hz 18A 6.4A 均 布17Hz 15.6A 14.2A 中 脱78 Hz 15A 12.3A 高脱1110 Hz 15A 6.4A 高脱3180 Hz 24A 6.8A 七、小结

洗涤设备一般包括: 洗衣、干衣(蒸汽式)、烫平、熨平、折叠、脱水机等设备。根据具体工艺要求采用

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S350变频控制系统，可以提高系统运行的稳定性，降低设备磨损，从而大大节约电力、维护等各项成本。 三晶S350变频器在空压机节能改造的应用 一

、

空

压

机

工

作

原

理

空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。在工业生产中有着及其广泛的应用，在各种行业中它担负着为工厂中所有气动元件，各种气动阀门提供气源的职责。因此，空压机运行状况的好坏直接影响工厂的生产工艺。空压机的的种类很多（主要分为螺杆式，活塞式，其中螺杆式应用最广），但其供气的控制方式都

是

采

用

加

、

卸

载

的

方

式

。

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◎活塞式空压机工作原理

活塞式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴，带动连杆与活塞杆，使活塞在压缩机气缸内作往复运动，完成吸入、压缩、排出等过程,将无压或低压气体升压，并输出到储压罐内。其中，活塞组件，活塞与汽缸内壁及汽缸盖构成容积可变的工作腔，在曲柄连杆带动下，在汽缸内作往复运动以实现

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汽◎

缸螺

内杆

气式

体空

的压

压机

缩工

作

。原

理

螺杆式空压机是由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽和阳转子的齿被主电机驱动而旋转

二、空压机节能改造的必然性 由于空压机不排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以，选型时只能按最大需求来确定电机容量，造成空压机系统余量一般偏大。传统空压机都采用星三角降压启动，但工频启动时电流仍然能达到额定电流的2~3倍，冲击大，会影响到电网的稳定性。且大多数空压机是连续运行，由于一般空压机的电机本身不能根据压力需求的变动来实现降速，使电机输出功率与现场实际压力需求量相匹配，导致在用气量少的时候仍然要空载运行，造成巨大的电能浪费。据统计，空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉等)几

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。

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乎所有的耗电量的15%。空压机的节能改造势在必行

。

另外，空压机还存在以下几个问题： 1、气压超过上限压力时空压机卸载及卸载后电机空转

浪

费

大

量

的

电

能

。

2、频繁加卸载造成对电网的冲击，同时也造成机械的磨损加大，缩短机械寿命。 3、气量无法保持恒压。当用气量不断变化时，供气压力不可避免产生波动，使用气精度达不到工艺要求，影响生产效率及产品品质。 综上所述：若能采用变频调速技术，当流量需要量减少时，就可以降低电动机的转速，从而较大幅度减小电动机的运行功率，实现节能的目的。 三、S350变频恒压控制系统1、系统特点 S350变频调速系统将管网压力作为控制对象。压力值由变频器面板给定（S350有多种给定通道），可根据用气设备的实际需要，在空压机的最高允许工作压力内自由设定。装在储气罐出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为4~20mA电流信号送给S350内置PID调节器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小控制变频器的输出频率，调整电动机的转速，从而使

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实际压力始终维持在给定压力。S350内置PID具有稳定

性

高

、

调

试

简

单

的

特

点

。

2

、

节

能

效

果

采用该系统改造后，压缩机组的供气量与系统所需量动态匹配，压缩机电机转速会随着系统用气量的不同而进行调节，避免了电机空转以及频繁的加卸载所带来的能量损耗，电机的输入功率大大降低，节电效果显著。对于对空气机来说，供气量Q 与转速N 成正比，气压F与转速N的二次方成正比，而轴功率与转

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速N 的三次方成正比，见下表：

频率值Hz 供气量Q% 气压F% 轴功率P% 理论节电率N% 50 100 100 100 0 45 90 81 73 27 40 80 51 49 35 70 49 34 66

25 50 25 13 87 30 60 36 22 78

一般来说，对于连续用气的空压机系统，随用气量的变化，电动机运行频率在25-50Hz 之间动态调节，除去电机及其它损耗，系统的节电率可达18%～35%。 3、综合效益 ①运行成本降低：空压机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的70%。通过降低能源成本30%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降

低

。

②提高压力控制精度：变频控制系统具有精确的压力控制能力。通过使空压机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配，可以使管网的系统压力保持恒定，有效地提高了供气的质量。 ③延长压缩机的使用寿命：变频器有软启动功能，可减少起动时对压缩机和机械部件所造成的冲击，增强系统可靠性，延长压缩机使用寿命。同时减

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少空压机启动对电网的冲击。

四、变频系统设计中注意事项 1、空压机是大转动惯量负载，很容易引起V/F控制方式的变频器在启动时出现过电流，因此应选用大启动转矩、过载能力强的矢量变频器。S350系列的过载能力达到180%，启动转矩0.5HZ可输出150%，可保证设备可靠稳定地运行及恒压供气的连续性。 以江门某厂实例：该厂使用凯撤牌空压机、电机22KW，配S350 22KW通用矢量型变频器。设定加速时间为15S、减速时间为6S，在0.7Mpa时仍然能正常启动运行（上限

启动电流A 36 42 60 运行电流A 33 38 55 0.8Mpa）。

启动压力 0Mpa 0.6Mpa 0.7Mpa

2、空压机不允许长时间低频运行，若空压机转速过低，一方面会使空压机的工作稳定性变差，另一方面也使缸体的润滑条件变差、磨损加大，进而导致喷油现像。所以，空压机工作的下限频率应不低于20HZ，且减速时间应尽量短。S350电压波动范围

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±15%、耐压高、减速时间短，可避免因减速时间过长而

产

生

的

喷

油

现

象

。

3、在满足生产工艺的要求下，压力设定越低越好。因为空压机的压力越高，所需电动机轴功率就越大，耗

电

量

就

越

多

。

4、出气口释放阀全部关闭，取消用出气口释放阀调节供气量的方式，以避免由此导致的电能浪费。三晶S350变频器在数控车床主轴控制方案 一、数控车床作业现场相片

二、数控车床系统加工作业基本要求1、高切削精度 2、稳定度高，加工复杂、不规则形状零件时要求合格率高

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3、高柔性，要求控制系统反应速度快 4、高生产率

三、S350变频控制系统配置及原理图 1、控制系统配置

①S350变频器 ②主轴电机 ③传动部分 ④数控操作系统 ⑤编码器 ⑥驱动器（PG卡）

（备注：本系统根据切削零件具体工况要求可加装编码器、PG卡进行闭环矢量控制。）

2、系统原理图：

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四、S350变频控制系统优势

1、完全满足数控车床高生产率、高削切精度、高稳定性、高柔性要求。

2、S350采用矢量控制模式，动态响应效果非常好，使电机主轴能高速稳定运行。

3、满足复杂、不规则形状零件的高深度和高强度削切要求，在0.5HZ~1HZ低频状况下，可以稳定保持150%的转矩输出。

4、加减速时间0.1秒，实现无衔接式正反转运行。 5、抗干扰性强，通过严格CNC综合测试，不会对系统造成任何干扰。

6、稳速精度高，低速时速度变化率小，运行平滑。五、该数控车床系统特性及接线原理图

1、该数控车床系统通过两路信号控制车床主轴转动：一路是模拟电压信号0~10V输入，另一路是模拟电流信号4~20mA输入。

2、该系统要求车床主轴能够快速正反转切换运行。 3、基本接线原理图：

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六、S350变频控制主要操作步骤及参数设置表1、电机与负载脱离，启动变频器，进行电机参数自学习（需正确输入电机铭牌参数)。

2、选择无感矢量控制模式（SVC），然后正确输入系统所需各项参数。 3、具体参数设置如下表：

功能码 F0.00 F0.01 功能说明 控制模式选择 启停信号选择 0 1 设定值

功能备注 选择无速度传感器的矢量控制（开环SVC矢量控制） 外部启停 欧阳与创编 2021.03.08

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F0.03 F0.10 F0.12 F0.18 F019 F1.06 F1.07 F1.08 F1.09 F2.01 F2.02 F2.03 F2.04 F2.05 F2.11 F3.06 F3.07 F5.13 F5.14 F5.15 F5.16 F5.17 F5.18 F5.19 F5.20 F5.21 F5.22 主频率源X选择 最大输出频率 运行频率上限 加速时间1 减速时间1 停机直流制动频率 停机直流制动等待时间 停机直流制动电流 停机直流制动时间 电机额定功率 电机额定频率 电机额定转速 电机额定电压 电机额定电流 电机参数识别 VC转差补偿系数 转矩上限设定 VI下限值 VI下限对应设定 VI上限值 VI上限对应设定 VI输入滤波时间 CI下限值 CI下限对应设定 CI上限值 CI上限对应设定 CI输入滤波时间 2 (VI) 100HZ 100HZ 0.5S 0.5S 0.5HZ 0 100 1S 4KW 50HZ 1460 380V 8.8A 1 0.00V 0.0% 5 94.5 0.10 4 0.0% 20.0 100 0.10 （用户可自己选择）模拟电压信号 由用户要求设定 需外加制动电阻 需外加制动电阻 电机铭牌参数 选择电机完整调谐(需脱离负载) 由用户要求设定 用户可根据实际要求更改 七、综合

数控车床变频控制系统只是S350众多应用案例其中之一。S350变频器“芯”能强劲，表现自然非凡！作为国内高端变频领先者，其卓越的品质与性能完全可满足实际应用需求。

附：S350变频器和某知名品牌变频器在数控车床应用上的性能对比 1、数控车床配置

电机额定功率 4KW

电机额定电压 380V 电机额定电流 8.8A 电机额定转速 1480 模拟信号 0~5V 2、性能参数对比

品牌 S350 变频器额定功率 4KW

电机运行直流制加速时间 减速时间 制动频率 频率 动 90HZ 2S 2S 开 1.5HZ 制动电流 60% 制动时停机电流 间 2S 8.9A 制动效率 准时制动 欧阳与创编 2021.03.08

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某知名品牌 3.7KW 90HZ 2S 2S 开 1.5HZ 60% 2S 13.6A 准时制动 3、停机电流与低频力矩对比

对比项目 品牌 S350 某知名品牌 9.5A 14.6A 1秒 0.3秒

停机电流（加减速时间设置） 0.1秒 低频力矩 10.6A(准时制动，平滑起停) 显示模块故障 11.6A(母线电压平稳，准时制0.5HZ时，150%额定转矩 动) 显示模块故障 0.5HZ时，150%额定转矩 三晶变频器在轧机上的应用

轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备﹐包括有主要设备﹑辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。但一般所说的轧机往往仅指主要设备。轧机的主要设备有工作机座和传动装置。 工作机座 由轧辊﹑轧辊轴承﹑机架﹑轨座﹑轧辊调整装置﹑上轧辊平衡装置和。换辊装置等组成。 轧辊 是使金属塑性变形的部件 。

轧辊轴承 支承轧辊并保持轧辊在机架中的固定位置。轧辊轴承工作负荷重而变化大﹐因此要求轴承摩擦系数小﹐具有足够的强度和刚度﹐而且要便于更换轧辊。不同的轧机选用不同类型的轧辊轴承。滚动轴承的刚性大﹐摩擦系数较小﹐但承压能力较小﹐且外形尺寸较大﹐多用于板带轧机工作辊。滑动轴承有半干摩擦与液体摩擦两种。半干摩擦轧辊轴承主要是胶木﹑铜瓦﹑尼龙瓦轴承﹐比较便宜﹐多用于型材轧机

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和开坯机。液体摩擦轴承有动压﹑静压和静 - 动压三种。优点是摩擦系数比较小﹐承压能力较大﹐使用工作速度高﹐刚性好﹐缺点是油膜厚度随速度而变化。液体摩擦轴承多用于板带轧机支承辊和其它高速轧机。

轧机机架

由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置﹐需有足够的强度和钢度承受轧制力。机架形式主要有闭式和开式两种。闭式机架是一个整体框架﹐具有较高强度和刚度﹐主要用于轧制力较大的初轧机和板带轧机等。开式机架由机架本体和上盖两部分组成﹐便于换辊﹐主要用于横列式型材轧机。 此外﹐还有无牌坊轧机。 轧机轨座

用于安装机架﹐并固定在地基上﹐又称地脚板。承受工作机座的重力和倾翻力矩﹐同时确保工作机座安装尺寸的精度。 轧辊调整装置

用于调整辊缝﹐使轧件达到所要求的断面尺寸。上辊调整装置也称“压下装置”﹐有手动﹑电动和液压三种。手动压下装置多用在型材轧机和小的轧机上。

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电动压下装置包括电动机﹑减速机﹑制动器﹑压下螺丝﹑压下螺母﹑压下位置指示器﹑球面垫块和测压仪等部件﹔它的传动效率低﹐运动部分的转动惯性大﹐反应速度慢﹐调整精度低。 70 年代以来﹐板带轧机采用 AGC( 厚度自动控制 ) 系统后﹐在新的带材冷﹑热轧机和厚板轧机上已采用液压压下装置﹐具有板材厚度偏差小和产品合格率高等优点。 上轧辊平衡装置

用于抬升上辊和防止轧件进出轧辊时受冲击的装置。形式有﹕弹簧式﹑多用在型材轧机上﹔重锤式﹐常用在轧辊移动量大的初轧机上﹔液压式﹐多用在四辊板带轧机上。

为提高作业率﹐要求轧机换辊迅速﹑方便。换辊方式有 C 形钩式﹑套筒式﹑小车式和整机架换辊式四种。用前两种方式换辊靠吊车辅助操作﹐而整机架换辊需有两套机架﹐此法多用于小的轧机。小车换辊适合于大的轧机﹐有利于自动化。目前﹐轧机上均采用快速自动换辊装置﹐换一次轧辊只需 5 ～ 8 分钟。 传动装置

由电动机﹑减速机﹑齿轮座和连接轴等组成。齿轮座将传动力矩分送到两个或几个轧辊上。

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辅助设备包括轧制过程中一系列辅助工序的设备。如原料准备﹑加热﹑翻钢﹑剪切﹑矫直﹑冷却﹑探伤﹑热处理﹑酸洗等设备。

三晶变频器的变频改造；

1、选型：针对于轧钢机负载重的特点，变频器应该加大档次使用，如75KW的电机选择93KW的变频器，对于某些电流波动很大的轧机可放大两档。

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2、 控制要求：

1) 无级调速，外接电位器和按钮启动、停止。 2) 工作稳定可靠。 3) 恒力矩输出。 4) 电机只能单方向运行。 5) 在启动时输出大扭矩。

3、使用效果

1) 使用方便：可满足不同规格材料的要求。 2) 速度调节方便。 3) 提高了生产效率。

4) 软起动：减少了对机械设备的冲击。

4、调试总结：

1) 三晶变频器用直接转矩模式代替力矩电机，性能优越，效果良好。

2) 生产线运行稳定，维护成本大大降低。 3) 生产产品的品质很好，最终用户反映良好

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三晶变频器在油田磕头机上的应用 一、 前言

进入21世纪，变频调速技术得益于其优异的节能特性和调速特性，在我国油田中得到广泛应用，中国产值能耗是世界上最高的国家之一。要解决产品能耗问题，除 其它相关的技术问题需要改进外，变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施。 油田作为一个特殊行业，有其独特的背景，油田中变频器的应用主要集中在 游梁式抽油机控制、电潜泵控制、注水井控制和油气集输控制等几个场合。游梁式抽油机俗称“磕头机”，是目前各个油田所普遍采用的抽油机，但是目前的抽油机 系统普遍存在着效率低、能耗大、冲程和冲次调节不方便等明显的缺点。本文主要介绍SAJ变频器在游梁式抽油机上的应用。

一、 磕头机的工作原理

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图1 游梁式抽油机实物图

如图1,游梁式抽油机实物图所示,当磕头机工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件 下，电动机就要付出很大的能量。在下冲程时，抽油机杆柱转而对电动机做功，使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时，上、下冲程的载荷极度不均 匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工

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作条件，增加它的断裂次数。为了消除这些缺点，一般在抽油机的游梁 尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重，如图1所示。这样一来，在悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重，除了依靠抽 油杆柱下落所释放的位能外，还要电动机付出部分能量。在上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了 电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油机的一个工作循环中，有两个电动机运行状态和两 个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

二、 变频器在抽油机的控制问题

目前，在胜利油田采用的抽油设备中，以游梁式抽油机最为普遍，数量也最多。其数量达十万台以上。抽油机用电量约占油田总用电量的40%，运行效率非常低， 平均运行效率只有25%，功率因数低，电能浪费大。因此，抽油机节能潜力非常巨大，石油行业也

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是推广“电机系统节能”的重点行业。

2.1 变频器在抽油机的控制问题主要体现在如下几个方面

一方面是再生能量的处理问题,如图2所示，游梁式抽油机运动为反复上下提升，一个冲程提升一次，其动力来自电动机带动的两个重量相当大的钢质滑块，当滑块 提升时，类似杠杆作用，将采油机杆送入井中；滑块下降时，采油杆提出带油至井口，由于电动机转速一定，滑块下降过程中，负荷减轻，电动机拖动产生的能量无法被负载吸引，势必会寻找能量消耗的渠道，导致电动机进入再生发电状态，将多余能量反馈到电网，引起主回路母线电压升高，势必会对整个电网产生冲击，导致 电网供电质量下降，功率因数降低的危险；频繁的高压冲击会损坏电动机，造成生产效率降低、维护量加大，极不利于抽油设备的节能降耗，给企业造成较大经济损失。

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图2 常规曲柄平衡抽油机

另一方面是冲击电流问题，如图二所示游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100％时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。因为，抽油载荷是每时每刻都在变 化的，而平衡配重不可能和抽油载

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荷作完全一致的变化，才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此，可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。

对长庆油田几十口油井的调查显示，只有1～2口井的配重平衡较好，绝大部分抽油机的配重严重不平衡，其中有一半以上口井的配重偏小，另有几口井配重又偏 大，从而造成过大的冲击电流，冲击电流与工作电流之比最大可超过5倍，甚至超过额定电流的3倍。不仅无谓浪费掉大量的电能，而且严重威胁到设备的安全。同时也给采用变频器调速控制造成很大的困难：一般变频器的容量是按电动机的额定功率来选配的，过大的冲击电流会引起变频器的过载保护动作而不能正常工作。

除上述两方面问题外，油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其独特的运行特点：在油井开采前期储油量大，供液足，为提高功效可采用工频运行，保证较高产油量；在中后期，由于石油储量减少，易造成供液不足，电动机若仍工频运行，势必浪费电能，造成不必要损耗，这时须考虑实际工作情况，适当降低电动机转速，减少冲程，有效提高充盈率。

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2.2 游梁式抽油机的变频改造主要有以下3个方面 (1) 大大提高了功率因数（可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上），大大减小了供电（视在）电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可省去大量的“增容”开支.这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。

(2) 以节能为第一目标的变频改造。这点较普遍，一方面，油田抽油机为克服大的起动转矩，采用的电动机远远大于实际所需功率，工作时电动机利用率一般为 20%～30%，最高不会超过50%，电动机常处于轻载状态，造成资源浪费。另一方面，抽油机工作情况的连续变化，取决于地底下的状态，若始终处于工频运行，也会造成电能浪费。为了节能，提高电动机工作效率，需进行变频改造。

(3) 由于实现了真正的“软起动”，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率。以提高电网质量和节能为目的的变频改造。这种情况综合了上面两种改造的优点，是应用中的一个重要发

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展方向。

三、 抽油机的技术发展

第一代：最先的抽油机主马达主要是采用三相异步电机启动，三相异步电动机启动运行缺点就是没有调速功能，只能保持一个恒速，严重影响产油量。这种不带保护的抽油机电机控制方式已经退出了历史舞台。

第二代：由于直流电动机的面世，也加快了直流电机在抽油机上的应用，从而替代了异步电机的使用。采用直流调速的方法明显的优胜三相异步电机，产油量也高了许多；但直流电动机成本比较高，其调速性能也不是很理想。

第三代：采用变级电机调速，就是改变电机极对数来达到调速的目的，常采用4／8／32极多速电机实现。但其装置比较复杂，占用空间也比较大，设备寿命短，稳定性不太好。

：变频调速技术，由于变频调速技术已成为节能及提高产品效益质量的有效措施，油田中变频器应用在游梁式抽油机已经非常广泛。由于油井的类型和工况千 差万别，井下渗油和渗水量每时每刻都在

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变．抽油机的负载变化是无规律的，故采用变频调速技术，使抽油机的运动规律适应油井的变化工况，实现抽油系统效率的 提高，达到节能增产的目的。下面钟对变频器在油田嗑头机中的应用，例出几个应用方案做简要论述。

四、 变频技术在抽油机的应用方案介绍 4.1 变频器加制动单元控制

如下图3所示：在变频器主回路直流母线两端加制动电阻和制动单元，由于抽油机起动时需要大力矩，上升段也需要大力矩，而在下降段电机处在发电状态。最关建的就是下降段，这个过程是连续运转的，同时随油的稠度，井深，产量调节往复运动次数/MIN，导致电动机进入再生发电状态，将多余能量反馈到电网，引起主变频器主回路直流母线电压升高（此问题在文章第2节提到过），而电能没有流回电网的通路，必须用电阻来就地消耗，这就是我们在变频器上必须使用制动单元和制动电阻的原因，现在大功率变频器一般都可以定制动单元，完全可以达到理想中的控制效果。

对于上述第一种情况，采用普通变频器加能耗制动

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单元可较方便实现，这是以多耗电能为代价的，主要因为发电能量不能回馈电网造成。在未采用变频器时，电动机 处于电动状态时，从电网吸收电能；电动机处于发电状态时，释放能量，电能直接回馈电网的，并未在本地设备上耗费掉。综合表现为抽油机供电系统的功率因数较低，对电网质量影响较大。

图3 变频器加制动电阻 4.2 变频器加回馈单元控制

由于在变频器的直流上加制动电阻解决不了实际问题，因为制动电阻的散热解决不了，变频控制柜壳的散热都要解决何况发热的电阻，变频器发热。接通制

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动电阻的开关管的寿命会在频繁的长时间的开起过程中损坏。针对上述情况，为了回馈再生能量，提高效率，可以采用能量回馈装置，将再生能量回馈电网，当然这样一来，系统就更复杂，投资也就更高了。 所谓能量回馈装置，其实就是一台有源逆变器。按采用的功率开关器件的不同又可以分为晶闸管（SCR）有源逆变器及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）逆变器两种，它们的共同特点是可以将变频器直流回路的电压反馈到电网，如下图4所示。

加装能量回馈单元的变频器适用于交流50HZ，额定电压380V的异步电动机和永磁同步电动机，实现软起动，软停车和调速运行过程控制。具有起动电流小、速度平稳、性能可靠、对电网冲击小等优点，可实现上下速度任意调节和闭环控制运行；用户可根据油井的液位、压力确定抽油机的冲机、速度和产液 量，降耗节能，是高泵效；使设备减少磨损，延长使用寿命，高效节能低成本，实现在最大节能状态下的自动化运行。

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图4 变频器加回馈单元 4.3 四象限变频器技术控制

对于第一种情况和第二种情况，必须妥善的处理电动机发电状态产生的电能，必须将其反馈到电网，否则通过调节抽油机的冲程节省的电能可能不能抵消变频器制动 单元消耗的电能，造成变频运行时反而耗能，与节能的目标背道而驰。为了解决这个问题，有必要对普通变频器进行改造，在结构上引入双PWM结构的变频器如下 图5所示，保证发电状态产生的电能回馈电网;在控制方法引入自适应控制以适应游梁式抽油机多变的工作环境。

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图5 四象限运行变频器主电路 4.3.1 四象限变频器工作原理

当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共 同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，这样就消除了二极管整流桥产生的6K±1谐波。功率因数高达99%。消除了对电网的谐波污染。此时能量从 电网经由整流回路和逆变回路流向电机，变频器工作在第一、第三象限。

当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量

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回馈到电网，达到节能的效果。

采用带有PWM控制整流器变频器具有四象限运行的功能，能满足各种位势负载的调速要求，可就电机的再生能量转化为电能送回电网，达到最大限度的节能的目 的。不仅如此，它还可减少电源的谐波污染，功率因数可接近于1，是一种真正的“绿色”变频器。整流器变频器

五、 总结

总之，变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，其应用已经渗透到石油行业的各个技术部门。

三晶变频器在煤矿提升机上的应用

矿井提升机是煤矿、铁矿、有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。本文介绍的是煤矿斜井绞车提升机采用SAJ-8000Z(132kw)变频器进行改造的实例及所取得的节能等效益。

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引言

矿井提升机是煤矿、铁矿、有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的列车从斜井拖上来或放下去。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速按一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意图如图1所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。提升机的基本参数是:电机功率55kW，卷筒直径Φ1200mm，减速器减速比24:1，最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。

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图1 提升机卷筒机械传动系统结构示意图

目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动﹑调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统

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属于有级调速，调速的平滑性差;低速时机械特性较软，静差率较大;电阻上消耗的转差功率大，节能较差;起动过程和调速换挡过程中电流冲击大;中高速运行震动大，安全性较差。改造方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率(0～50Hz)范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如图2所示。

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图2 矿井提升机变频调速方案

考虑到绕线式电动机比鼠笼式电动机的力矩大，且过载能力强，所以仍用原来的4极55kW绕线式电机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。提升机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不能运行。为显示运行时车厢的位置，使用E6C3-CS5C 40P旋转编码器，即电机旋转1圈旋转编码器产生40个脉冲，这样每两个脉冲对应车厢走过的距离为1200×π/(24×40)=3.927，约

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为3.9mm。则与实际距离的误差值为4-3.9=0.027mm，卷筒运行一圈误差为

0.027×40×24=25.29mm，已知钢丝绳长度为120m，如果两个脉冲对应车厢走过的距离用近似值3.9mm计算，120m全程误差为25.92×120000/1200π≈825mm。再考虑到实际检测过程中有一个脉冲的误差，则最大的误差在821mm～829mm之间，对于数十米长的车厢来说误差范围不到1m，精度足够。因此，用计数器实时统计旋转编码器发出的脉冲个数，则可计算出车厢的位置并用显示器显示。另外一个问题是计数过程中有无累计误差存在？实际检测时，在一个提升过程开始前，首先将计数器复位，第一个重车厢经过某个位置时，打开计数器计数，车厢在斜井中的位置以此点为基准计算，没有累计误差。在操作台上，用8英寸触摸屏显示交流电压和电机工作电流以及车廂的位置。 方案实施

斜井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩檫力矩，电机处于

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电动工作状态，且工作于第一象限。在重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。另外，有占总运行时间10%的时间单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能;用回馈制动方式，可节省这部分电能。但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。

提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频器时适当地留有余量，因此，三晶132kW变频器。由于提升机电机绝大部分时间都处于电动状态，仅在少数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和制动电阻，就可以满足重车下行时的再生制动，实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器，类似电磁抱闸，此制动器用于重车静止时的制动，特别是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机

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械制动器制动。液压机械制动器受PLC和变频器共同控制，机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制，起动时当变频器的输出频率达到设定值，例如0.2Hz，变频器A、B端口输出信号，表示电机转矩已足够大，打开液压机械制动器，重车可上行;减速过程中，当变频器的频率下降到0.2Hz时，表示电机转矩已较小，液压机械制动器制动停车。紧急情况时，按下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器同时起作用，使提升机在尽量短的时间内停车。

提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正、反转共三挡速度。为适应操作工人这种操作方式，变频器采用无级（无档位）调速。变频调速原理图如图3所示。

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图3 变频调速原理图节

电

率

与

投资回报分析

某铁底矿使用的煤矿提升机,原采用132KW三相异步电动机,转子串电阻调速,用交流接触器进行速度切换,由于功率比较大,所以启动换档时冲击电流大,中高速运行不平稳,大量的电能消耗在转子电阻上,告成能源的极大浪费。同时，工人的操作环境也极恶劣，急需

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进行改造。

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由于变频器具有软启动、大范围内平滑调速、节能效果显著等优点，因此我矿经过多方考察，决定采用广州三晶电气有限公司生产的系列变频器对绞车系统进行变频改造，经过几个月的运行，证明改造的效果比

较

理

想

，

主

要

表

现

在

：

1、实现了启动时的软启动、软停车，减轻了对电网的

冲

击

。

2、变频器的频率连续调节，使调速更加方便、可靠

，

运

行

更

平

稳

。

3、使用变频器后省去原先的换档接触器及调速电阻，即节省了维修费用，又减少了停机维修时间，从而提高了产量。同时改善了恶劣操作环境，使工人避免在夏季调速电阻发热告成的高温条件下工作。 4、在低速时节能效果十分明显。矿井深300多米，测量时用4/50的电度表，在相同耗电量的情况下，用工频可拉17勾，而使用变频可拉26勾，即变频比工频多拉9勾。经估算节电率约为20%。由于使用了变频器，设备基本上是满载运行。即使我们采用保守算法，把132KW的电机功率折扣为120KW，每天只使用20小时，每年工作360天，一年节电仍高达30.24万度（120*0.35*20*360=302400度)。若以每度电0.5

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元计算(当地电价0.6元),则每年可节电费15万多元(302400*0.5=151200 结

束

语

元

)

。

绕线式电机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，消耗的转差功率越大。使用变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能20%以上，取得了很好的经济效益。另外，提升机变频调速使系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。

时间：2021.03.08 创作：欧阳与

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