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调速技术范文10篇

时间：2023-04-03 21:39:03

调速技术

调速技术范文篇1

斩波内馈调速是融斩波控制和内馈电机两项专利技术于一体的新型高压电机调速技术。该技术可在高压中、大容量的风机、泵类节能调速中应用。

斩波实际是变流主电路的数字控制，目的是克服移相控制存在的缺点。从根本上解决了有源逆变器可靠性问题。目前，斩波控制已被视为取代移相控制的发展方向。

内馈调速是一种基于转子的电磁功率控制调速，其原理是把定子传输给转子的电磁功率中的一部分功率移出去。这样定子传输的电磁功率不变，但移出的电功率可任意控制，转子总的电磁功率就被改变，电机转速就可得到控制。

内馈调速巧妙地在异步机的定子上加设一个内馈绕组，专门用来接受转子移出的电功率。内馈绕组此时工作在发电状态，它把接受的电功率又通过电磁感应，反方向传输给定子原绕组，使定子的输入功率减小，与机械功率平衡，实现了高效率的无级调速。

内馈调速最适合于高压大容量电机，其特点如下。

1．回避了定子控制的高电压问题，可实现高压电机低压控制；

2．控制装置的容量可小于电机的容量，即为小容量控制大容量；

3．控制装置和定子电源均为电磁隔离，有效地抑制了控制装置产生的谐波电流对电源的干扰；

4．整个系统没有外附变压器，调速损耗小，效率高。

二、节能效益和环境效益

1．该项目年节电量618.9253万kW•h，折标准煤2500.46t，可减排二氧化碳1812.83t。

2．按山东上网电价0.30元／kW•h计算，年节能效益185.68万元。

3．投资回收期为1.59年。

三、未来市场潜力

我国目前各种电动机的在用总量已超过40万MW。其中90％是交流电动机，且70％的应实施调速运行。中、高电压（3～10kV）中、大容量电动机约为40%，已经成为工业企业主要的动力设备。这些电动机以保守的平均年运行1600h、节电率按20％计，其技术上的节电潜力至少为400亿kW•h。按照目前我国高压电机改造的速度估算，至少需要100年才能改造一遍。由此可见，中高压电机调速市场潜力相当广阔。

调速技术范文篇2

1原文转述

在《SPWM变频调速应用技术》中第226页中7.1.2关于恒压供水主方案的讨论一节中原文摘录如下：

7．1．2关于恒压供水主体方案的讨论

通常，在同一路供水系统中，设置两台常用泵，供水量大时开2台，供水量少时开1台。在采用变频调速进行恒压供水时，存在着一个用1台变频器还是2台变频器的问题，讨论如下：

1．1台泵的变频调速方案这也是应用得较为普遍的方案。其控制过程是：用水少时，由变频器控制1号泵，进行恒压供水控制。当用水量逐渐增加，1号泵的工作频率达到50Hz时，将其电动机切换成由工频电源供电。同时，将变频器切换到2号泵上，由2号泵进行补充供水。反之，当用水量逐渐减少，即使2号泵的工作频率已降到0Hz，而供水压力仍偏大时，则关掉1号泵，同时迅速升高2号泵的工作频率，并进行恒压控制。

此方案的主要特点是：

（1）只用1台变频器，故设备投资少。

（2）如果用水量恰巧在1台泵全速供水量的上下变动时，将会出现供水系统来回切换的状态。为了避免这种现象的发生，可设置压力控制的“切换死区”。举例说明如下：

设所需供水压力为200Pa，则可设定切换死区范围为200Pa～250Pa，控制的方式是，当1号泵的工作频率上升至50Hz时，如压力低于200Pa，则进行切换，使1号泵全速运行，2号泵进行补充。当用水量减少，2号泵已完全停止，但压力仍超过200Pa时，先暂不切换，直至压力超过250Pa时，再行切换。

（3）本方案取用电功率的计算举例如下：

设每台泵的拖动电动机容量为PMN=100KW，全速时的供水流量为QN。泵的空载损耗为P0=0.1×100KW=10KW，且设在调速过程中，P0≈Const，则全速时实际用于泵水的功率为Pp=(100-110)KW=90KW。

又设每天的平均总供水流量为140%QN，则1号泵为全速，其平均取用功率为

PM1=PMN=100KW

2号泵的平均转速为额定转速的40%，其平均取用功率为

PM2=(10+0.43×90)KW=15.8KW

两台泵取用的总平均功率P∑为

P∑=(100+15.8)KW=115.8KW

2．2台泵的变频调速方案2台水泵的电动机都由变频器控制，或用2台变频器分别控制2台电动机，或用1台容量较大的变频器同时控制2台电动机。后者控制较为简单，但前者的机动性较强，即使一台变频器出了故障，另一台仍可使用，转为1台泵的变频调速方案。

采用2台泵的变频调速方案的设备费用较高，但运行时的节能效果却要好得多。仍以上面的例子为例，计算如下。

采用2台泵的变频调速方案时，供水流量可由2台水泵平均分担，则每台的平均供水流量为70%QN，每台电动机的取用电功率为

PM1=(10+0.73×90)KW=40.9KW

2台水泵共用功率为

P∑=40.9×2KW=81.8KW

2商榷分析

2．1基本相似关系

当一台泵抽同一种液体仅转速不同时，可得出所谓“比例律”公式，即

Q1／Q2=n1／n2---------------------------------------------1

H1／H2=(n1／n2)2----------------------------------------2

N1／N2=(n1／n2)3----------------------------------------3

式中N1、N2指水泵轴功率，此功率已包含了水泵的容积损失功率、机械效率损失功率、水力损失功率等。

当水泵的转速改变后，水泵的其它工作参数也随着改变，一般来讲，水泵不允许在额定转速的基础上作升速运行，但降速运行是可以的，但也不应在临界转速之下长期运行。一般来讲降速范围在（60%--100%）额定转速范围内运行是安全稳定的，“比例律”也是准确的。

已知转速为n的某泵Q—H性能曲线，如果把水泵的转速降至n1时,按比例律公式1与2可绘出Q1—H1曲线，但在运用比例律公式时应注意，它们仅适用于同一条相似工况抛物线上的不同点。所以，当已知A1点(Q1H1)及n时，首先要求出通过A1点(Q1H1)工况的相似抛物线，此抛物线也通过转速为n1的A2点(Q2H2)，按比例律公式进行计算求相似工况点的方法如下：

根据比例律公式可得出

H1／Q12＝H／Q2＝K

H＝KQ2

若已知A1点(Q1H1)，则可求出K值，在Q--H曲线图上假定几个流量，就可作出H＝KQ2的相似工况抛物线，此曲线不但通过A1点(Q1H1)，而且与水泵转速为n1的性能曲线相交于A2点(Q2H2)。但管道特性曲线与相似工况抛物线不是一回事，两者重合的可能性很小，故在实际应用时一定要注意概念的区分，以免发生错误。

当Q—H需不变时，即某工程系统净扬程为H净，管道已确定时，见图一所示，其在不同转速下的运行工况点应为点A3(对应转速为n1)、点A1(对应转速为n)，但点A1与A3由于工况不相似，故不能用相似律公式计算。点A3(对应转速为n1)与点A4(对应转速为n)才是相似的工况点，如果水泵在转速为n1下运行时，A3点是否在稳定运行区，要看对应的相似点A4是否在稳定运行区，如果A4点是水泵的稳定运行区，则A3点就是稳定运行区，否则就不是，在工程中选择设备时一定要注意运行工况范围，所选水泵的工况范围区间应包含A1和A4点，这样系统运行是稳定的、安全的和可靠的。不然就会使工程不能充分发挥效益，甚至造成不必要的浪费。

图一水泵及管道性能曲线

2.2边界条件分析

在《SPWM变频调速应用技术》中的恒压供水主方案的讨论，对设置一台变频器与二台变频器系统所需的轴功率计算，忽略了边界条件，其边界条件是管道特性与工况相似抛物线完全重合的特殊情况，且系统不是恒压供水系统，应是图二所示的水平供水系统，当管道末端所需流量小时系统压力也小，管道末端所需流量大时系统压力也大的输水系统，且系统的净水位差为零，即管道特性曲线必须经过零流量点。在这样的前提下，书中的计算结果才是正确的，但书中的结论还不确切。

2.3书中计算误区

书中例子假如每天平均总供水流量为140%QN，则1号泵为全速，其平均取用功率为PM1=PMN=100KW，此刻的100KW为拖动电动机的容量，而不是水泵运行所消耗的轴功率，不能以此进行相似律的计算。参见图一，2号泵的平均转速为额定转速的40%，其所需功率不是15.8KW，因为消耗15.8KW功率所对应的工况点为水泵全速运行的工况点A1(Q1H1)的相似抛物线上对应的40%运行工况点A2(Q2H2)，而对应40%额定流量下恒压运行的工况点应该是工况点A5(Q2H1)，此点消耗的功率要比15.8KW大。恒压运行各转速下的工况点是压力为某一给定的数值，即水泵运行的点为一平行于Q轴的过A1(Q1H1)线上的点，而不能用管道特性曲线上的点或相似抛物线上的点来对应关系。

同样采用2台变频调速的方案，则平均每台供水流量为70%Qr，则每台水泵所需功率

图二输水系统示意图

不是40.9KW，2台水泵共用功率也不是81.8KW了。

2.4列例说明

我们讨论问题的前提是恒压供水系统，在此前提下必须是恒压控制，那么在这种条件下选择一台变频还是两台变频，其节能效果确如书上所计算的那样吗？其经济技术的合理性到底怎样呢？同样我们以例子进行计算分析。系统各流量下水泵所需轴功率进行了计算，见表一。

Q总（m3/s）

1.1Qr

1.2Qr

1.3Qr

1.4Qr

1.5Qr

1.6Qr

1.7Qr

1.8Qr

1.9Qr

一一

台台

变工

频频

变

频

泵

0.023

0.046

0.069

0.092

0.115

0.138

0.161

0.184

0.207

20%

42%

58%

71%

76%

81%

83%

82%

50.8

48.3

52.5

57.7

66.8

75.2

85.6

97.9

111.4

二台泵P轴(KW)

176.2

173.7

177.9

182.6

192.2

200.6

211

223.3

236.8

二

台

变

频

0.1265

0.138

0.1495

0.161

0.1725

0.184

0.1955

0.207

0.2185

79%

81%

82%

83%

82%

55.8

75.2

80.5

85.6

91.7

97.9

105.2

111.4

117.6

二台泵P轴(KW)

111.6

150.4

161

171.2

183.4

195.8

210.4

222.8

235.2

二台变频较一台变频对比节能（KW）

64.6

23.3

11.9

11.4

8.8

4.8

0.6

0.5

1.6

经

济

比

较

每天运行10小时计消耗电能（KWh）

646

233

119

114

每度电按0.8元计每年耗电费（万元）

18.86

6.8

3.47

3.33

2.57

1.4

0.18

0.15

0.47

一台变频控制装置设备价格（万元）

预计收回成本年限

111

133

表一设置一台和二台变频器的技术经济比较表

假设系统设二台12sh-9A泵，以此为例对恒压供水主体方案进行计算分析讨论，以更为直观地使大家判断出选择几台变频控制设备更为合理。设每台水泵在额定工况下Hr=45m

Qr=0.23m3/sη水=81%P轴=125.4KW配套电动机P电动机=160KWn=1470r/min恒压变频控制压力整定为H=45m，分别对系统所需流量为1.1Qr、1.2Qr、1.3Qr、1.4Qr、1.5Qr、1.6Qr、1.7Qr、1.8Qr、1.9Qr进行计算水泵所需轴功率。

当系统所需流量为1.1Qr即0.253m3/s时，分别对设置一台变频器、二台变频器方案进行计算。

i）当设置一台变频器时，即一台工频运行，一台变频运行。变频运行的泵的流量为0.023m3/s，此时水泵扬程为Hr=45mη水=20%P轴=50.8KW，二台泵的轴功率为176.2KW。

ii）当设置二台变频器时，则二台泵同时进行变频运行。每台变频运行的泵的流量为0.1265m3/s，此时水泵扬程为Hr=45mη水=73%P轴=76.5KW，二台泵的轴功率为153KW。其节能23.2KW。

综合看二台变频装置确实节能，但节能效果不是象书中所述的那样，从表一可以看到，当系统所需的流量在额定流量85%范围内运行，那么选择一台变频装置为经济合理；若系统运行流量变化很大，但在小流量下运行时间很短，那么也没有必要为此设置二台变频装置；若系统所需流量在额定流量的55%以下长期运行，那么应考虑增加机组台数与增加变频装置数量的综合经济比较后确定更为合理的方案。

调速技术范文篇3

关键词：图像处理；皮带煤量动态计量技术；皮带调速系统

我国主要以开采地下煤炭资源为主，整个开采过程中煤炭运输是核心环节。由于地下煤炭被开采后从地下被运输到地面需要花费的时间较长，对皮带运输机的皮带磨损比较严重，皮带运输机需要消耗的功率也比较大，皮带运输机成为整个煤炭开采中功耗最大的设备。随着我国各项科学技术的完善，变频调速技术被运用到皮带输送机当中，起到明显的设备节能效果，获得煤矿企业的青睐。但是，现有皮带输送机中配备的变频调速系统只能达到皮带软起软停的效果，无法在皮带运输煤矿期间进行变频调速。本文提出对皮带运输煤炭过程进行图像监控，经过图像预处理了解皮带当中的煤炭量，并将参数阐述到调速系统中，达到皮带运输实时变频调速的目的。

1图像处理与皮带煤量动态计量技术概述

图像处理（imageprocessing），用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术，又称影像处理。图像处理一般指数字图像处理。数字图像是指用工业相机、摄像机、扫描仪等设备经过拍摄得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值称为灰度值[1]。图像处理技术的一般包括图像压缩，增强和复原，匹配、描述和识别3个部分。常见的系统有康耐视系统、图智能系统等，是正在兴起的技术。皮带煤量动态计量技术主要是指对皮带输送机上的煤量进行估算。皮带在工作时会呈现出弧形状态，且因为煤量发生变化，皮带的变形程度也会随之改变[2]。如图1所示为皮带宽度与煤量之间的关系示意图，从图中可了解信息，煤量与煤宽之间并不存在线性关系。

2皮带调速系统设计中基于图像处理的皮带煤量动态计量技术的应用

2.1皮带调速系统平台搭建

本次所搭建的皮带调速系统平台中的硬件平台包含了海康网络摄像头以及普通台式电脑，其中摄像头主要用于获取网络视频，网络开发环境为Win-dows7以及VisualC++2010以及海康视频库，而电脑的CPU则是64位双核Pentium4。经过组装，形成调速系统。具体结构如图2所示。从图2可了解到，本次所设计的监控系统获取图像信息以后，将会把图像数据上传到监控室电脑当中，以此来等待调节调速系统的命令。整个系统包含3条胶带，其中1号胶带上所运输的煤炭主要是综采工作面上的煤炭，该条皮带将不会受到皮带调速系统的调速，在运行过程中始终保持最大运行速度[3]。2号胶带上的煤炭主要是由1号胶带分拨出的煤炭，该条胶带煤炭量将受到图像监控系统的影响，经过图像处理计算出2号胶带中煤炭含量以及胶带运行速度，方便后台系统下达调速命令。3号胶带中的煤炭主要是从2号胶带分流来的煤炭，3号胶带同样会受到调速系统影响，经过图像处理技术获取3号胶带煤炭含量以后，3号胶带的运行速度随之受到调节[4]。

2.2系统各项模块设计

控制系统的一般工作过程为利用互联网收集井下摄像机头的数据信息至调节室电脑；根据所收集的视频数据并采用计算完成数据处理之后，按照图像处理的结论以及调速策略测算出了井下运输皮带的最高转速；最后，通过网络把转速传给井下PLC；PLC控制器在收到车速数据信息后控制变频器调速，让运输皮带以按规定的转速行驶[5]。软件系统采取部分模板式的产品设计思想进行产品设计，一般有管理控制模板、录像提取信息管理控制模块、录像信息管理监控模板、通信模块、调速运算信息管理模板、监控信息管理模板、界面显示信息管理模板以及特殊信息管理监控模板等构成。其中管理模块一般用来负责管理摄像机与传送带之间的配置信号，而录像捕获模组、录像管理模块、调速计算模块，以及监控模组为控制系统的核心模组。数据的传输一般使用于网络通信系统模块。界面显示模组和特殊处理模块用来展示视频图像，和进行人机交互。在程序的可扩展性以及对程序的通用性方面考虑后，本系统将摄像头信息、PLC信息以及调速策略与数据信息统一，使用编程的管理模块实现统一管理。以上信息内容都保存在数据库系统中，在要更改或是添加当中的一些信息内容时仅需透过更改数据库系统，就能够实现对于摄像头和PLC信息内容的更改，或是减少和重复对源程序的更改操作。为达到这些目的首先就必须设计数据库，用来存储配置消息。经过对系统整体分析，操作系统所要求的基本配置方法一般有摄像头信号、PIC信号，以及调速策略等信息内容。其中的摄像头数据信息大句括：设备编码、IP网址、端口号、使用人名、密码数据信息。摄像头信息一般用来连接摄像机或使用互联网，收集摄像机数据。PLC信息内容包括PLC设备序号、IP网址以及设备站号。PLC信息主要用于控制系统，将速度传给指定的PLC设备。

3结语

中国为全球煤炭产出大国，煤矿自综采面到井底煤仓的皮带运输是煤矿开发中的一项重点。为在工业生产中节约降耗，根据皮带输送机上煤量对皮带输送机实行数字变频器调压已成某种趋势。采用皮带秤对皮带上煤量动态计数为目前计算的最主要办法，该办法具有费用较高、运行维护费时费力等问题。面对这些问题，本文提供了一种无需提高硬件成本的基于图像处理技术的皮带上煤量动态识别方法。该文以皮带监控图像为研究对象，并着重进行了图象预处理的研究，由此完成了对煤量估计公式中煤宽比的有效提取，并完成了对一级皮带工作状况与图象异常的鉴定。

参考文献

[1]刘畅.变频技术在皮带机调速系统中的应用研究[J].机械管理开发，2019，34（9）：217-218.

[2]朱志明.变频技术在皮带机调速系统中的应用[J].石化技术，2019（12）：78-80.

[3]闫晓栋.变频技术在矿用皮带运输机调速系统中的应用[J].能源与节能，2019（5）：74-75.

[4]滕悦，徐少川，张庆东.基于图像处理技术的皮带跑偏监测系统设计[J].烧结球团，2020（2）：10-14.

调速技术范文篇4

与此同时能够实现将电动机的工作频率在短时间内增加至煤炭开采所需要的转速。在此之后变频调速器则进入控制模式，可以根据电动机的负载变化值以及工作参数的变化适当的调整电动机的转速，从而达到机电设备稳定运行的效果。与软启动等设备相比不仅仅控制了节流以及回流所产生的消耗，并且可以实现机电设备的自动补偿，减少了机电设备以及整个电力网络的无功消耗，极大程度上提高了电能的利用效率；③测控相对便利，安全性较高。变频调速器可以实现开环与闭环等自动控制，从而极大程度减少了人工操作以及测控的环节，为煤炭开采的智能化、自动化提供技术支持；④低耗节能。由于变频调速器的调速性能较高，所以在向矿井中输送物料或提升等机电设备的应用中能够达到最优参数，避免电能的浪费。与此同时，变频调速的过程中能耗低、噪音小。

（1）风机设备变频调速技术改造研究。在风机选型以及设计过程中是以最大用风量为标准。通常情况下矿井的用风量要远远小于额定流量，多余的风量只能够采用自然防风或者人工阻力等方式进行限流措施，从而为矿井的生产提供更好的条件。但是这种方式会导致电能浪费，调节控制的精度很难把握。所以需要变频调节技术以高效合理的对风量进行控制。图1是文中主要研究的矿用隔爆的变频调速技术对旋式轴流局扇进行改进的主回路原理图[2]。由图可见，在虚框中的设备为矿用隔爆变频调速装置，K1，K2为QBZ-80矿用隔爆型真空电磁起动器，M1，M2为2BKJ-II2.2系列对旋隔爆型轴流式局部通风机的Ⅰ，Ⅱ级电动机。对旋隔爆型轴流式局部通风机的控制方式分为手动及自动两种。在自动控制的情况下，Q1,Q2闭合，此时对旋隔爆型轴流式局部通风机主要通过外部的控制信号完成对风机参数的设定以及上位风机的开关信号控制。然后控制K3闭合，使得变频调速器F1输出信号，电动机M1从已经设定完成的最小转速启动，并且能够根据煤矿作业面的瓦斯含量对电动机M1的转速进行闭环调节，从而使风机的工作处于最佳的状态。一旦电动机的转速达到工作频率情况下，则由变频调速器控制将K3断开，使k1处于闭合状态，从而实现电动机M1在额定的转速下工作。如果开采过程中需要增大风量，可以根据作业面对风量的需求利用变频调速器控制K4闭合，则将Ⅱ级电动机M2启动，M2转向与M1相反，并且也是从最小的转速下启动，根据作业面的风量需要对M2的转速进行闭环调节，进而实现2BKJ-II2.2系列对旋隔爆型轴流式局部通风机的供风随着作业面的瓦斯含量以及风量需求的大小而变化，达到了安全生产的目的[3]。（2）煤矿矿井提升设备的变频调速技术改造研究。由于矿井提升设备主要载荷对象是矿石、煤矸石、人员以及井下设备等，所以承载的重量相对较高。煤矿中的矿用提升装置对电气传动的要求相对较高，电气设备的传动能力以及可靠性直接影响到煤矿生产的效率以及安全。对于煤矿矿井提升装置的电气系统的具体要求是：调速能力强，精度高并且能够实现快速的正反向运转，具有精确的制动以及启动的能力。但现阶段我国主要采用直流传动装置，基于ABBDCS400晶闸管变流器的直流传动系统的改进型都存在着直流电动机的固有缺陷，如不能够实现精确制动以及调速、维修量较大等。而中小型的煤矿又常常采用交流电气传动系统，基本原理是利用电动机的转子对电阻进行切换，从而实现调速。但是这种调速的方式、调速的性能较差，电动机转子的电阻消耗了许多电能，从而造成了不必要的浪费。由此可见变频调速技术对煤矿矿井提升设备的改造工作势在必行。针对煤炭矿井的情况，通常通过以下2种方案进行变频调速的改造工作：①两象限变频器调速制动方案；②四象限能量回馈型高压变频器调速方案。虽然以上2种方案效果都明显，但是其实用性有所图2煤矿矿井提升设备主要配置图区别。现阶段主要根据矿用的提升装置的不同进行实用性的划分。两象限变频器调速制动方案常用于市场的处于正力提升的平行轴双绞筒提升机，而对于时常出现负力的单绞筒提升机则适用于四象限能量回馈型高压变频器调速方案。变频调节优化下的煤矿矿井提升设备的配制对于调速效果有很大的影响。现阶段煤矿矿井的提升系统中，大多数的斜井应用单绳单钩提升方式。所以在提升装置下放罐笼减速的过程中，由于罐笼承受荷载的倾斜分力的作用，使得电动机处于发电的状态，发电状态下产生的交流电通过提升设备中的逆变装置续流二极管整流，最终将交流电叠加到变频调速器的直流母线上，提升设备从高速到低速（零速），这时提升设备的频率变化很快，但电动机的转子带着负载有较大的机械惯性，不可能很快的停止，这样就产生反电势（端电压），电动机处于发电状态，其产生反向电压转矩与原电动状态转矩相反，而使电动机具有较强的制动力矩，迫使转子较快停下来，但由于通常变频器是交－直－交主电力AC/DC整流电路是不可逆的，因此无法回馈到电网上去，导致母线产生泵升电压，最终可能对提升设备的其他电气原件造成损坏。所以目前通常采用四象限能量回馈型高压变频器，直接对鼠笼电动机进行驱动，形成完整的电控系统，鼠笼式电动机是由铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成的三相异步电动机。这种电动机相比于其他的电动机具有结构简单、维修期短、价格低廉等优势，所以提升设备的变频调速装置直接驱动鼠笼式电动机，能够提升能量转换效率，避免上述现象发生。图2所示的是煤矿矿井提升设备的变频调速技术改造后的主要配置图[3]。

由以上研究可以看出，煤炭机电领域变频调速技术的应用越来越多，但是仍然存在技术以及经济等方面的问题，还有非常大的发展空间。所以我国煤炭企业要全面推动变频调速技术在机电领域的发展，根据矿井的特殊环境以及井下作业的特点，研究出更多的具有特殊功能的变频调速机电设备，为我国煤炭数字化发展做贡献。

本文作者：孙晓章工作单位：平煤股份

调速技术范文篇5

矿山按产品类型可分为煤矿、金属矿和非金属等;按采掘方式可分为露天开采矿山和地下开采矿山两大类。本文主要介绍变频调速器在金属矿山中的应用的现状和应用前景，对煤矿亦有参考价值，因为露天煤矿和露天金属矿开采方式和生产设备基本相同，地下矿山除需要考虑设备的防爆问题外，大部分生产设备也与金属矿大同小异。露天采矿和地下采矿所用的生产设备有很大不同。

露天矿山是以大型设备为主要特点，要求优良的电气传动系统，以保证这些大型设备的高效率运行。露天矿山的这些大型设备包括用于穿孔的牙轮钻机，用于装载矿、岩石的电铲(挖掘机)，用于运输矿、岩石的大型汽车等。它们都要求电气传动系统具有良好的调速性能，目前这些大型设备大多采用直流调速传动系统。

地下矿山的生产较露天矿山复杂。由于井下生产的空间窄小，使生产设备环境潮湿、阴暗，粉尘大、噪音大、振动大、并有塌方的危险，工作条件十分恶劣。因此，井下生产设备的体积受限，这些设备以小型化为主，体积小、重量轻，对电气传动的要求不高。但提升、排水、通风、压气等固定设备是地下矿山的要害部门，也是耗电大户，因此，这些设备的安全运行和节能就显得至关重要。

根据我们多年来从事矿山电气传动的经验及在矿山进行变频调速的应用实践，我认为，在矿山应用变频调速技术对于提高矿山生产设备的效率，节约电能都是至关重要的。但遗憾的是在矿山应用变频调速技术还很不普遍，除了因变频器的投资问题外，与人们对变频器的认识不夠有关，也与不能正确了解矿山设备对变频器的特殊要求、不能正确地应用变频器、因此所带来的负面影响有很大关系。

本文主要介绍目前矿山应用变频器的状况，矿山设备对电气传动的特殊要求，以及如何正确地选用变频器等。

2变频器在露天矿山设备中的应用

2.1电铲

电铲用于装载矿岩，其工作条件非常恶劣，特别是在爆破不好的情况下挖根底作业，经常出现过大的冲击载荷，甚至堵转。因此，电铲对电气传动系统就有较高的要求:要求电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，有足够的有用功率;要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动态响应速度快;要求系统制动性能好，并能回收能量;要求系统运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动系统的这些特殊要求，所以，我国电铲目前应用的电气传动系统主要还是直流传动系统。例如:WK-4M、WK10、WD-1200和195-B等型号的电铲都是采用直流发电机-直流电动机系统(简称机组系统);从美国Harnischfeger公司引进制造的P&H-2300XP和P&H-2800XP型电铲则是采用晶闸管变流器-直流电动机系统(简称晶闸管直流系统)。虽然后者比前者技术先进，效率也有所提高，但这两种系统都还存在直流电机的固有的缺点，即维修工作量大、效率较低等。

自上世纪90年代后期，我国有个别矿山从美国B-E公司引进了变频器-鼠笼型电动机系统(简称交流变频调速系统)，这是全交流化的电铲电气传动系统。例如:385-B、295-BⅡ、290-BⅢ型电铲就是全交流化电铲，变频调速由德国SIEMENS公司开发、提供的电压型变频器。现以395-B电铲为例作一简要说明:高压交流电由电缆经集电环引入电铲，由1600kVA主变压器将6kV变为575V，由1950A的整流器将交流变为直流，经滤波后送入公共直流母线。在直流母线上有4台容量为750kVA的逆变器，其中2台并联供电给1台容量为1066kW的提升电动机;第三台逆变器供电两台容量各为243kW的回转电动机;第四台逆变器供电给容量为294kW推压电动机。当某工作机构处于再生制动工作时，逆变器将再生制动能量反馈到公共直流母线上，可供其它工作机构使用，使能量得到充分利用。使用不完的制动能量，可以通过制动电阻消耗掉。

实践证明，交流变频调速电铲和前两种直流调速电铲相比，具有节约电能、调速性能好、可靠性高、维护量小、生产效率高、功率因数高(0.95以上)等优点，是公认的电铲电气传动系统的发展方向。

2.2变频器在牙轮钻机中的应用

牙轮钻机是露天矿山、尤其是大型露天矿山的主要穿孔设备。为使牙轮钻机在不同的岩层中都能保持较佳的钻进状态，要求钻机的回转机构能根据岩层的性质进行无级调速。钻机的提升/行走机构也需要无级调速。目前，牙轮钻机的回转机构和提升/行走机构一般都是直流电动机传动。主要有三种调速装置:(1)采用晶闸管直流调速装置的牙轮钻机有:YZ-55，YZ-35和YZ-12型;(2)采用大功率磁放大器调速装置的有KY-250型牙轮钻机和从美国进口的45R型牙轮钻机;(3)采用直流发电机组调速装置的有从美国进口的60R型牙轮钻机。

牙轮钻机上应用变频调速技术不仅是为了节能，更重要的是为了提高钻机的生产效率，降低维修工作量。回转机构电动机安装在钻杆的顶端，工作条件异常恶劣，以往使用的直流电动机经常损坏，维修工作量大，影响牙轮钻机的正常作业和效率的提高。因此采用坚固耐用的交流鼠笼型电动机代替直流电动机，用变频调速装置代替直流调速装置，就成为人们公认的牙轮钻机电气传动的发展方向。在牙轮钻机上应用变频调速技术的难点在于:钻机的转机构等对调速装的性能要求高，因为由于岩层地质条件的不同，钻机在钻进工作时有可能被卡钻，使回转机构堵转，这就要求调速装置的机械特性曲线具有挖土机特性，并具有立即反转和立即重新起动、钻进功能;牙轮钻机振动大，对调速设备的防振要求高。变频调速在牙轮钻机中的应用首先是由美国B-E公司在55R型牙轮钻机上应用。我国矿山的牙轮钻机的变频调速还在开发试验之中，尚未在推广应用。

2.3电动轮汽车的电气传动

目前，大型露天矿山的运输主要是采用无轨运输，而主要运输设备是大型汽车，特别是电动轮汽车成为了大型露天矿山的主要运输设备。这是因为电气传动比机械传动有更多的优点。如调速性能好，响应速度快，调速平滑无冲击;可实现恒功率调节，能充分利用柴油发动机的功率，耗油少;制动安全，牵引特性好等。目前，世界各国大型露天矿，包括我国的大型露天矿都普遍采用电动轮汽车。我国自1975年以来，引进了不少电动轮汽车，并成功研制开发了SF3102型100t和LN-3100型108t电动轮汽车，与美国UnitRig公司合作制造了MARK-36型154t电动轮汽车。

电动轮汽车的电气传动系统主要有柴油发动机带动的直流发电机-直流电动机系统和柴油发动机带动的交流发电机-交流电动机系统，它通过控制发电机的励磁来控制电动机的转速。随着变频调速技术的发展，人们也在探讨将变频调速技术应用于电动轮汽车电气传动的可能性。但目前尚未见到成功的先例。不过，作为大型露天矿山的主要运输设备的电动轮汽车，人们会继续努力，研究将变频调速技术应用于电动轮汽车，以进一步改善其调速性能，提高其运输能力。

3变频器在地下矿山中的应用

3.1变频调速技术在矿井提升机中的应用

矿井提升机是地下矿山运输的主要设备。它是用一定的装备沿井筒运出矿石、废石、升降人员及材料、设备等运输环节。矿井提升设备按井筒倾角可分为竖井提升设备和斜井提升设备;按提升容器可分为罐笼提升机和箕斗提升机等;按提用途可分为主提升机(专们或主性提升矿石，一般称为主井提升机)，副井提升机(提升废石、升降人员、运送材料和设备等，一般称为副井提升机)和辅助提升机(如天井电梯、检修提升等)。

矿井提升是地下矿山生产的咽喉，所以，无论哪种提升机，对电气传动的要求都很高，因为电气传动系统性能的优劣，可靠性的高低，都直接关系到矿山生产的效率和矿山生产的正常进行。对矿井提升机电气传动系统的要求是:有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。

目前，我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要有:对于大型矿井提升机，主要采用直流传动系统，有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统;这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，维修工作量较大等。对于中、小型提升机，则多采用交流电气传动系统，如采用交流绕线式电动机，使用电机转子切换电阻调速，这种电气传动系统虽然设备简单，但它是有级调速，调速性能差，效率低，大量的电能消耗在电动机转子电阻上，而且可靠性也差。

将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。我国已有几台大型矿井提升机采用交-交变频调速系统，取得了很好的效果，但其缺点是功率因数不高，谐波大，需加谐波和功率因数补偿装置。随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。例如国外已有矿山将有源前端三电平变频器应用于矿井提升机上，据介绍，采用这种变频调速的交流提升机可以克服直流调速系统和交-交变频调速系统的缺点，是提升机电气传动的发展方向。对于小型交流提升机已有成功应用变频器的实例，如山东风光电子有限公司和东营市东萃科技有限公司合作开发的变频器，成功地应用于山东宁阳县华宁煤矿的380V,180kw的交流提升机上。

3.2变频调速技术在空压机中的应用

空气压缩机是地下矿山生产的重要设备之一，它生产压缩空气，用以带动风动凿岩机、风动装岩机等设备以及其它风动工具，其耗电量在矿山总耗电量中占有相当大的比重。深入分析空气压缩机的电能消耗情况，找出节能潜力，实现空气压缩机的节能运行，将会降低矿山生产成本，提高其经济效益。现以凡口铅锌矿为例说明:

凡口铅锌矿坑口空压机站共有6台空气压缩机，其中4台为日本日立空气压缩机。4台日立压缩机型号:BTD2，排气压力7kg/cm2，排气量103m3/min属两级压缩活塞式压缩机，其拖动电机型号EFOU，额定功率450kW，额定电压380V，额定电流892A，采用Y/Δ降压起动方式;2台国产空气压缩机(活塞式空气压缩机)，其拖动电机为高压(6kV)同步电动机。6台空气压缩机采用并联运行方式。一般情况下，只运行2～3台(其中一台国产空气压缩机)其余的空气压缩机作为备用。空气压缩机站的容量是按最大排气量并考虑备用来确定的，然而在实际的使用过程中，用气设备的耗气量是经常变化的，当耗气量小于压缩空气站的排气量时，便需对空气压缩机进行控制，以减少排气量使之适应耗气量的变化，否则空气压缩机排气系统的压力会升至不能允许的数值，使空气压缩机和用气设备的零部件负载过大，并有发生爆炸的危险。凡口铅锌矿4台日本日立空压机采用的是多级压力节流进气控制方式:即当压力低于6.2Mpa时,打开全部进气阀,压缩机组以100%负荷率状态运行;当压力达到6.2~6.5Mpa时关闭隙阀，压缩机组以75%负荷率运行;当压力达到6.8~7Mpa时,关闭一个进气阀,压缩机组以50%负荷率运行,当压力达到7Mpa时关闭所有进气阀,压缩机组进入空载运行状态.由于活塞式空气压缩机的起、停有着严格而复杂的规程，不允许频繁起停。为了满足井下用气量的变化，一般由调度人员根据井下用气量的时间变化特点,把一天分为几个时段，每一个时段需要开的空压机台数由该时段内最大用气量决定。在该时段内，空压机不允许增开或停开(特殊情况除外)。地下矿金属矿山的空压机站多采用这种方式，但这种控制方式很显然存在一些比较大的缺点:

(1)据统计，压缩机组75%负荷运行率为41%，50%负荷运行率为14%。无论空气压缩机是处于75%、50%还是空载运转状态，管网压力较正常供气压力要高，井下用气量很显然要小于供气量，而这时各台空气压缩机仍然全速生产压缩空气，带来了不必要的电能浪费。

(2)节精度低，在某一进风量工作状态下压力波动大，特别在生产用风量变化频繁时期内(用风量大且变化频繁)，不能稳定风压;

(3)阀门动作值在一次整定后经常会变，有时会使整个压风系统工作压力偏高，增大了单位压风量的功耗;

(4)当空压机运行在75%、50%进气量的工作状态下，进气流速增大，造成进气过程压风量的损失，降低了压风机的效率。

因此有必要对现有的调节方式进行改进，以节约电能，提高空压机的运行效率。我院和凡口铅锌矿合作，用变频调速对其空压机站进行技术改造。

空压机恒压自动控制变频调速系统结构如图1所示:

图1空气压缩机恒压控制变频调速系统框图

空压机恒压自动控制变频调速系统可实现对5#空压机和6#空压机的轮换控制。5#空压机和6#空压机均可由新老两套系统拖动，这样做有两个目的:伒5#空压机出现故障需要检修时，新系统可迅速切换到6#机，以提高恒压控制变频调速系统的利用率;当新系统出现故障需要停车检修时，能够很快地投入老系统运行，不致于影响正常生产;当管网压力超出恒压调节范围时，系统发出增开或者减开一台空压机。

系统于1999年4月2日在凡口铅锌矿通过了验收，正式移交生产使用，系统运行十分正常，满足了生产的需要，达到了预期的目的。本系统的目的是为了节能，根据广州金粤节能服务站对本系统做的节能测试:采用本空气压缩机恒压控制变频调速系统平均每天节电量2226kWh。按照年工作日330天计，则采用恒压控制变频调速系统每年可节电734629kWh，按照凡口铅锌矿现行电价0.7元/kWh计，每年可节约电费51.42万元。本系统总共投资98万元，两年内即可收回全部投资。本系统应用的成功为活塞式空气压缩机的节能运行提供了重要的新手段，对于企业节能降耗，提高企业经济效益有重要意义，有广阔的推广应用前景。

3.3变频调速技术在矿井通风机中的应用

矿井通风机是地下矿山生产的主要用电设备之一，其节能运行在矿山节电中占有重要的地位。矿井通风机一般采用异步电机或同步电机拖动，恒速运转，一般容量大，电机供电电压高(6kV或10kV)。

矿山建设的特点是:巷道逐年加深，产量逐年增加，所需的通风量逐年上升。但矿井通风机在设计选型时，往往是按最大开采量时所需的风量为依据的，一般都留有余量，因此矿井在投产后几年甚至十几年内，矿井通风机都是处在低负载下运行。此外，通常矿山井下作业不均衡，一般夜班工作人员少，所需风量也小，在节假日时，可能只有泵房等固定的井下场所的值班人员工作。尽管井下人员少，但也得照常向井下送风，矿井通风机一般不调节风量，若要调节风量时，传统的方法是调节档板。这种办法虽然简单，但从节能的观点看，是很不经济的。图2所示为几种调节风量的方法节电比较。

图2不同风量调节方法功率消耗曲线

图2中:1—挡板法;2—前导器法;3—液力耦合器;4—绕线电动机切换转子电阻调速法;5—变频调速法。

由图2可见，变频调速法在各种风量调节方法中是最理想、最有效、最节能的调节方法。有关变频调速技术在矿井通风机中的应用，仍以凡口铅锌矿为例说明。

该矿的矿井通风机都采用高压电机传动，有高压同步电机和高压异步电机两大类。由于矿井通风机是矿山的耗电大户，节电潜力很大，但它又是高压电机传动，实现变频调速有一定困难。于是，长沙矿山研究院与凡口铅锌矿、冶金自动化研究院等单位合作，以老南风井的6kV，800kW同步电机传动的矿井通风机为对象，研制开发了同步电机直接高压变频器。1997年8月投入运行，并于1998年4月28日通过了中国有色金属工业总公司的技术鉴定，获得了部级科技进步二等奖。这是国内第一台同步电机直接高压变频器，节电效果十分显著。新南风井的矿井通风机采用6kV,880KW高压异步电机传动，高压变频器采用SIEMENS公司的SIMOVERTMV型三电平高压变频器。于2002年9月投入运行，节电效果也是十分显著的。下面分别简要介绍这两种高压变频器。

(1)同步电机直接高压变频器

同步电机高压变频器主要有两类，即他控式变频调速系统和自控式变频调速系统。他控式变频调速系统所用的变频装置是独立的，其输出频率直接由速度给定信号决定，属速度开环控制。自控式变频调速系统可以使同步电机不存在失步和振荡等问题，所以一般都采用自控式运行。

我们与有关单位合作研制开发的这种同步电机直接高压变频调速装置是采用交-直-交电流型变频调速系统，属自控式变频调速系统，它由变频器、同步电机、转子位置检测器以及控制系统组成。变频器主电路采用晶闸管串联组成的高压阀串作为功率元件，它是利用同步电机的反电势来关断逆变器的晶闸管，它没有强迫换流电路，因而主电路结构简单。变频器的框图如图3所示。

图3同步电机变频调速系统原理框图

图3中，硬件全套设备由高压开关切换柜(图中未表示出)、整流柜、逆变柜、励磁柜、控制柜、操作台及交流进线电抗器、直流平波电抗器、转子位置检测器、光电编码器等到部分组成。

根据凡口矿生产的情况需要，本高压变频器按周期性的固定频率运行，早班(7:00~16:00)变频装置运行在40Hz，中班(16:00~19:00)运行在35Hz，在19:00~20:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，20:00~23:00运行在35Hz，23:00~24:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，0:00~3:00井下作业人员很少运行于28Hz，3:00~4:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，4:00~7:00运行于28Hz。

经广州金粤节能服务站的节能测试及能量平衡测试，以及凡口矿老南风井的实际记录，在正常生产期间，节电率达42%;节假日时变频器运行于28Hz，节电率达73%。年节电为192.3万kWh，在不到一年的时间内，就由节电费用收回到了高压变频器的全部投资，经济效益十分显著。

(2)异步电机三电平高压变频器

在成功研制开发了老南风井同步电机直接高压变频器的基础上，根据深部开采的需要，对新南风井的矿井通风机进行改造，我院和有关单位合作，经过论证，最终决定采用引进WOODS轴流式风机和Siemens公司的SIMOVERTMV三电平高压变频器。该变频器的原理图如图4所示。

图4三电平变频器主电路原理图

但SIEMENS公司实际提供的这种三电平高压变频器的系统如图5的框图所示。

由图5可见，6kV高压电源经三绕组降压变压器降压，2组二次侧绕组(接法△、Y)，电压各为1.2kV，经各自的6脉冲整流桥整流成直流，直流电压为3240V(正负电压各为1620V)经三电平逆变器变频变压，可输出频率可变的0~2300V的三相交流电压;经滤波器滤波后，再经升压变压器升压至6kV，供给6kV高压电动机调速。

图5新南风井高压变频器系统框图

新南风井高压变频器原订为直接高压变频器，但由图5可见，这实质上是一台高低高式高压变频器，因为它不仅有降压变压器，而且也有升压变压器。不过经我们对其进行了计算机仿真，其结果表明，尽管它是高-低-高式高压变频器，但并不影响它在生产中的应用。

根据凡口矿目前的生产情况，高压变频器的运行情况是:白班和中班，高压变频器运行于40Hz，在晚班，由于井作业人员很少，高压变频器则运行于30Hz，在节假日，则运行于更低的频率。据此，计算出节电效果，年平均节电为56%，年节电357.9万kWh，节电效果显著达到了原计划的节电目标。

3.4关于球磨机、井下排水泵等是否可用变频调速的问题

球磨机、井下排水泵等设备容量大，都是矿山的高耗能设备。对于这些设备是否可以采用变频调速来实现节能运行呢？我认为，在这些设备上采用变频调速是达不到节能目的的。

我们应某金矿的委托，采用变频器对球磨机进行调速节能试验。当变频器的输出频率调整到48Hz和45Hz时，球磨机的电能消耗虽有所降低，但磨矿质量有很大降低，此时球磨机的出矿粒度由原来不调速时的300目粒度占99%，分别下降到90%和58%。可见这种工艺、设备条件下，不宜采用变频调速节能运行。

另外，我看到有的文章说，变频器用于井下排水泵站的节能[3]。我认为，这是不现实的。因为任何矿山为排出井下的涌水，都在井底设有水仓。值班工人根据水仓水位确定开仃水泵及开仃几台水泵，因此它不需进行流量的调节。所以，它不需要采用变频器。对于地面生活供水或工业供水的泵站，由于需要根据用水量的多少来调节供水量，在这种情况下，采用变频调速以调节流量，可达到节能的目的。

在矿山中，还有一些小型设备可以采用变频调速节能，如螺旋给料机、沙泵等，在此就不一一介绍了。

4选择变频器应注意的事项

变频器，特别是高压变频器价格昂贵，如选择不当，达不到节电和提高生产效率的目的，以致造成浪费和不必要的麻烦和损失。在这里，提供一些选择变频器的意见，供参考。

4.1根据工艺要求选择变频器

(1)电机调速虽是风机、水泵节能的有效途径，但并非凡是风机、水泵都能采用调速节电。对于工艺参数基本稳定，不需要调速的风机、水泵可以采用高效节能电机和高效节能风机，以提高系统效率。对于已建成而配置不合理的风机可以通过采用更换电机，调节叶片角度等方法达到节电的目的。选择调速节能时应注意:风机、水泵的转速变化范围不宜太大，通常最低转速不少于额定转速的50%，一般调速范围在100%~70%之间为宜，因为当转速低于额定转速的40%~50%时，风机、水泵本身的效率明显下降，是不经济的;调速范围确定时，应注意避开机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将可能损坏机组。

(2)进行可行性分析

在选择要进行的变频调速的设备对象以后，应从提高效率或提高产品质量的需要情况，从节约电能的情况进行分析、计算，并与变频器的投资进行比较，计算出变频器的投资回收期。一般来说，如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中，在两年内偿还变频器的投资，都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。

(3)变频器的可靠性

变频器的可靠性如何，直接决定了变频器能否成功地应用于生产。这是选择哪种变频器的首要条件。有的矿山所购买的变频器可靠性不高，加之自身的维修技术力量不强，变频器出了故障，只好仃下，甚至弃用。造成损失，同时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。

(4)根据生产厂家提供的技术规格和技术参数来选择变频器在按工艺要求、电源条件、场地及容量等选择了变频器方案后，再具体到选择哪个厂家的哪种高压变频器。在选择变频器时可以根据厂家提供的产品样本等技术资料及报价表来选择。

变频器的制造厂家和经销商都会向准备购买变频器的用户提供样本及报价。在样本中，厂家公开说明其产品种类、特性、技术指标和特点，用户在订货前通过对产品样本资料可以对其产品有大概了解。因此对产品样本的阅读和了解是比较各厂家变频器性能的重要依据。

4.2主要应考虑的技术规格和技术参数

(1)型号

各厂家生产的变频器的型号多是系列号和容量的组合，通过对型号和规格得了解，

可以确认该厂家生产的品种，对用户来说，不一定会使用到全系列的变频器，但可以从型号、规格、所采用的功率元件、控制技术等方面判断厂家的实力和生产态势，甚至可以从一个方面判断其产品质量。产品品种齐全，容量覆盖范围大，功率元件及控制技术先进的厂家，一般来说其实力强，生产态势好，产品质量一般来说也会有较好的保障。

(2)效率

变频器效率的高低，直接关系到变频器调速节能的多少，因为在变频器运行时，变频

器本体也要消耗一部分电能。一般来说直接高压变频器的效率都可达到0.97~0.98,而高-低-高式高压变频器由于多一个变压器的损耗，使其系统效率有所降低。

(3)功率因数

在整个调速范围内，功率因数的变化是一项重要指标。最好是在整个调速范围内功率因数都保持在0.95以上，以使其符合国家标准GB3485-83的标准，这只有电压型变频器和IGBT单相变频器串联的高压变频器能够满足此项规定。而电流型变频器较难满足这项要求。

(4)谐波

国家对电网谐波有严格要求。限制用户非线性谐波设备注入电网的谐波电流，是限制电网电压正弦波畸变的关键。所用的高压变频器的谐波(即装置对电网产生的谐波)必须符合国标GB/T14549-93“电能质量、公用电网谐波”的规定，在国际上要符合IEEE-519标准的规定。对于电流型变频器如采用六脉冲整流，则5次、7次谐波都超过了这个标准，应采用12脉冲整流或附加谐波补偿措施。

(5)输出容量和额定输出电流

变频器输出容量以kVA或kW表示，它代表可以供给电动机的输出功率。用kW表示时，一般以四极标准电机为基础考虑;用kVA表示，需进行核算。额定输出电流是在额定电压下变频器能够连续输出的电流值。在以输出容量为标准选择了变频器以后，还应对额定输出电流进行核算，以使电动机的额定电流不要超过变频器的额定输出电流。

(6)率范围

由最低使用频率和最高频率定义调速范围。最低使用频率的意思与起动频率不同。起动频率很小时，并不一定能使电机从该频率起动。变频器要对最高频率设定，对风机、水泵的最高频率应设定(即箝位)在50Hz，所有的变频器都可满足这个要求，在选择变频器时可不作考虑，但使用中需注意此点。

(7)电源容量和允许电压变化范围

供给变频器的电源容量应足够大，电源电压变化范围应在变频器允许的范围。用户在选择变频器时应根据自己电网容量及电网电压的变化情况，对变频器进行选择。曾有一个矿山因电压波动范围超过了变频器的允许范围，而使变频器不能正常应用。

(8)保护功能

变频器样本中一般表明其保护功能，这是为了检测出变频器的异常情况和防止外部原因及内部异常对变频器造成损害，保护变频器正常运行和变频器安全可靠。因此保护种类是否齐全、完善，从一个方面反映变频器质量和运行的安全可靠性。

(9)价格

变频器价格是用户最关心的问题之一，用户应了解厂家或经销商所报出的价格的具体含义和具体内容，及服务内容，以及任选件价格等。还应与其它厂家的变频器进行综合比较。

5结束语

《中华人民共和国节约能源法》第39条，已将变频调速技术列为通用节能技术加以推广。在矿山推广应用变频器节能是重要目的之一，如风机、水泵;同时也有提高生产效率、降低维修工作量、提高产品质量等目的，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等。在矿山应用变频器和其它工业部门有相同之处，也有不同之处，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等设备应用变频器有一豺特殊要求，所用的变频器还有一些技术开发工作要做。建议有关科研院所、变频器生产厂家和矿山用户共同合作，开发我国矿山设备使用的变频器。

本文的目的在于抛砖引玉。由于作者的水平有限，资料不够，经验不足，所述内容错误之处在所难免，所论观点也属一孔之见，欢迎读者和朋友们批评指正。

参考文献

[1]采矿手册[M].冶金工业出版社,1991,(6).

调速技术范文篇6

关键词变频压缩机变频调速系统技术现状

1引言

由于传统的制冷系统采用定速压缩机，因此人们对制冷系统及压缩机的研究重点一直是在名义工况和额定转速下稳态工作时的效率和其它工作特性上。传统的制冷系统采用定转速压缩机，实行开关控制，利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机，从而调节蒸发温度。这种控制方式使蒸发温度波动较大，容易影响被冷却环境的温度。压缩机电机在工作过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着负荷启动时，启动力矩要高出运行力矩许多倍，其结果不仅要额外耗费电能，而且会加剧压缩机运动部件的磨损。另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动、噪声以及冲击电流，引起电源电压的波动，因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机，从而避免这种频繁的起停过程。

而变频调速技术主要由以下4个方面的关键技术组成：逆变器，微控制器，PWM波的生成以及变频压缩机的电机选择。

2三种变频压缩机的研究状况

针对变频压缩机的研究，是从往复活塞机开始的，但由于其往复运动的特点，影响到变频特性的发挥；从而转到滚动转子式压缩机、涡旋压缩机等回转式压缩机上来，大大提高了压缩机的性能。总体说来，实验研究居多，而理论分析较少。

2.1往复式活塞压缩机

日本东芝公司在1980年开发了往复式变频压缩机，又在1981年开发了转子式变频压缩机，文献[1]给出这两种机器的制冷量和总效率随频率变化的实验数据，从中可以看出往复式在频率为25~75Hz时，效率高；而转子式在30~90Hz时，效率高。并且两种机型均存在效率最高频率。在大于此频率时效率缓慢降低，小于此频率时，效率则下降很快。另外，Scalabrin测量一台可变速的开启式往复压缩机在不同转速下的制冷量和输入功率，他指出这台压缩机的容积效率在转速为1000rpm时最高，而等熵效率和制冷系数随转速的降低而增高[2]。Krueger讨论了BPM电机及变频器的设计，对转速在2000~5000rpm的冰箱和往复式压缩机进行了实验研究，得到压缩机的转速为3000~5000rpm时制冷系数最高；而文献[3]则给出了其对冰箱用往复式压缩机的性能试验和模拟计算结果，在其研究的转速范围内2000~4000rpm，制冷系数随转速的增加而降低。还有学者对往复式变频压缩机的热力性能进行了仿真研究，计算了压缩机内各部位的换热量和压力损失。

2.2滚动转子式压缩机

在1984年，日本东芝公司的Sakurai和美国普渡大学的Hamilton建立了简单的滚动转子式压缩机的摩擦损失模型[4]，并选取不同的边界摩擦系数和制冷剂在油中的溶解度计算了不同的转速下的摩擦功耗。其结果与实验值相比较，偏差较大。文献[5]叙述了日立公司1983年批量生产的变频转子压缩机在结构和材料上的改进。文献[6]研究了单缸和双缸转子压缩机的转速波动，讨论了电流频率减小时，压缩机性能降低的原因。文献[7]采用低密度和铝合金制作的滑片和转子以降低高转速时滑睡瑟转子间的接触力和转子轴承承载。文献[8]简单分析了适当降低滑片的质量和厚度可以提高变频转子压缩机的效率，并给出了气缸、转子和滑处的温度及应力分布的有限元分析结果。Liu和Soedel分析了变频转子压缩机的吸气和排气气流脉动[9，10]和吸气管气缸间的传热及压缩机的温度分布[11]，讨论了影响变频转子压缩机容积效率和气缸压缩过程效率的因素，给出了他们用计算机模拟计算出的在不同转速下的容积效率和压缩过程效率，从实验数据和文献[1]的实验可以看出，其计算的容积效率随转速的增大而很快的增大。

2.3涡旋式压缩机

涡旋式压缩机的原理早在1886年意大利的专利文献[12]论及到了，1905年法国工程师Creux正式提出涡旋式压缩机原理及结构，并申请美国专利[13]。涡旋式压缩机是一种新型的容积式压缩机，具有结构紧凑、效率高、可靠性强、噪声低等特点，尤其是用于变频控制运行。但由于没有数控加工技术和缺乏对轴向力平衡问题的妥善解决方法，因而长期未能完成其实用化。进入70年代，美国A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术。并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的涡旋式压缩机样机。涡旋式压缩机的真正规模生产始于日本。1981年日本三电（SANDEN）公司开始生产用于汽车空调的涡旋式压缩机，1983年日立公司开始生产2~5Hp用于房间空调的涡旋式压缩机。此外，在美国，自Copeland公司1987年建立涡旋式压缩机生产线推出其产品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分别设厂生产高质量的涡旋式压缩机。而变频涡旋压缩机已应用于柜式空调器上，节能效果明显，制冷系数提高20%左右，成为目前涡旋压缩机的一个研究热点。

3变频调速技术的发展及现状

变频调速技术适应于节能降耗和舒适性的要求，目前已应用于新一代的空调器上，在90年代初进入国内空调市场，其核心是：逆变器、微控制器、PWM波的生成和变频压缩机的电机。

3.1逆变器

变频空调的核心部件是变频器，其主要电路采用交-直-交电压型方式。交-直过程一般采用单相二级管不可控直接整流，直-交过程一般采用6管三相逆变器，另有一个辅助电源，一个逆变器控制器和相应的驱动电路。

早期的变频器采用分立元件构成，整流器采用单相倍压整流电路，逆变器由6只分立的功率晶体管（GTR）构成。这种电路复杂，可靠性差。目前大部分厂家采用的逆变桥由6个绝缘栅极晶体管（IGBT）组成，其综合了MOSFET和GTR的优点，开关频率高、驱动功率小。随着智能功率模块（IPM）技术的发展应用，IPM正在逐步取代普通IGBT模块。由于IPM内部既有IGBT的棚极驱动和保护逻辑，又有过流、过（欠）压、短路和过热探测以及保护电路，提高了变频器的可靠性和可维护性。另外，IPM的体积与普通IGBT模块不相上下，价格也比较接近，因此目前应用较为广泛。比较成功的产品如：日本三菱电机公司所生产的PM20CSJ060型以及日本新电元公司生产的TM系列IPM模块等。

功率因素校正（PFC）环节和逆变桥集成是新一代的空调器逆变电源技术。PFC技术的应用不但可以极大改善电网的工作环境，减少输电线的损耗，而且在变频工作时可以减小输入端电感和输出端电容器，减小模块体积。因此PFC环节和IPM逆变桥集成一体化是家用空调器发展的必然。

3.2微控制器

微电子技术的发展使变频调速的实现手段发生了根本的变化，从早期的模拟控制技术发展数字控制技术。目前国外一些跨国公司的微控制器产品占据着主要的市场，如：Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。这些公司的产品性能价格比较高、功能强大，如带有A/D转换器、PWM波形发生器、LED/LCD驱动等，且一般都有OTP产品以及功耗低可长期稳定的工作。微控制器目前主要由单片机向DSP（信号处理器）过渡。以目前应用比较广泛的TI公司的TMS320C240为例，其具有：50Ns的指令周期，544字的RAM，16K的EEPROM，12个PWM通道，三个16位计数器，两个10位A/D转换，WATCHDOG，串行通讯口，串行接口等，采用DSP，可使控制电路简单，而且控制功能强大。

3.3PWM波的生成

在家用空调器中，目前国内大部分厂家采用常规的SPWM方法，在国外，在部分厂家以采用磁通跟踪型SPWM生成方法，该方法以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁链的给定轨迹—理想磁通圆，即用空间电压矢量的方法决定逆变器的开关状态，以形成PWM波形，该方法电压利用率高，低频谐波转矩小，频率变化范围宽、运行稳定，具有比较好的控制性能。近期出现的PAM控制（PulseAmplitudeModulation）不采用载波频率进行整流，而直接改变电压，减少了整流所需的能耗，提高了变频器的工作效率，满足了节电和降低高次谐波的要求，使供暖能力得到提高。

3.4变频压缩机的电机

变频压缩机电机主要分为交流异步电动机和直流无刷电动机两种。目前国内一些大的压缩机生产厂家如：万宝、松下、上海日立、东芝万家乐等已有能力生产变频压缩机（包括交流机和直流机），交流电动机成本低，制造工艺简单，但其节能效果较差。直流无刷电机拖动由无刷电机本身，转子位置传感器和电子换向开关组成。转子磁极为永磁体，电枢绕组采用自控式换流，定子旋转磁场与转子磁极同步旋转，通常采用按转子磁场定向的定子电流矢量变换控制，既有普通直流电机良好的调速性能和启动性能，又从根本上消除了换向火花、无线电干扰的弊端，具有寿命长、可靠性高和噪声低，控制方便等优点。以1998年三菱电机公司开发的适用于空调压缩机的节能高效直流无刷电机为例，其具有：转子上安装了8块V字型永久磁体。磁体为埋入式，转子不会在不锈钢外壳中因涡流因而产生损耗；采用了新的压缩机电机驱动方式，效率比普通的无刷电机高，但是这种压缩机电机的价格较高。

调速技术范文篇7

本文主要介绍目前矿山应用变频器的状况，矿山设备对电气传动的特殊要求，以及如何正确地选用变频器等。

2变频器在露天矿山设备中的应用

2.1电铲

2.2变频器在牙轮钻机中的应用

2.3电动轮汽车的电气传动

3变频器在地下矿山中的应用

3.1变频调速技术在矿井提升机中的应用

3.2变频调速技术在空压机中的应用

(2)节精度低，在某一进风量工作状态下压力波动大，特别在生产用风量变化频繁时期内(用风量大且变化频繁)，不能稳定风压;

(3)阀门动作值在一次整定后经常会变，有时会使整个压风系统工作压力偏高，增大了单位压风量的功耗;

(4)当空压机运行在75%、50%进气量的工作状态下，进气流速增大，造成进气过程压风量的损失，降低了压风机的效率。

因此有必要对现有的调节方式进行改进，以节约电能，提高空压机的运行效率。我院和凡口铅锌矿合作，用变频调速对其空压机站进行技术改造。

空压机恒压自动控制变频调速系统结构如图1所示:

3.3变频调速技术在矿井通风机中的应用

图2中:1—挡板法;2—前导器法;3—液力耦合器;4—绕线电动机切换转子电阻调速法;5—变频调速法。

(1)同步电机直接高压变频器

(2)异步电机三电平高压变频器

但SIEMENS公司实际提供的这种三电平高压变频器的系统如图5的框图所示。

3.4关于球磨机、井下排水泵等是否可用变频调速的问题

在矿山中，还有一些小型设备可以采用变频调速节能，如螺旋给料机、沙泵等，在此就不一一介绍了。

4选择变频器应注意的事项

4.1根据工艺要求选择变频器

(2)进行可行性分析

(3)变频器的可靠性

4.2主要应考虑的技术规格和技术参数

(1)型号

各厂家生产的变频器的型号多是系列号和容量的组合，通过对型号和规格得了解，

(2)效率

变频器效率的高低，直接关系到变频器调速节能的多少，因为在变频器运行时，变频

(3)功率因数

(4)谐波

(5)输出容量和额定输出电流

(6)率范围

(7)电源容量和允许电压变化范围

(8)保护功能

(9)价格

5结束语

参考文献

[1]采矿手册[M].冶金工业出版社,1991,(6).

调速技术范文篇8

关键词：电气自动化控制；变频调速技术；运用实践；结合

当前发展情况来看，电气自动化技术已经在电气工程中得到了全面推广与应用，至少在远程控制、实时监测、集中化控制等方面实现了技术应用目标。然而，从客观角度上来看，因电气工程自动化控制水平尚未达到先进技术水平，在部分应用层面上还是存在一定的问题，亟待解决。如电气自动化控制设备能耗问题明显、资源浪费问题明显。为及时解决高能耗问题，行业内部主张应用变频调速技术，在缓解高能耗问题的同时，深化设备运行质量与运行效率。鉴于变频调速技术的重要性，建议操作人员应该严格按照变速调频技术原则及要求，准确无误地落实变频调速技术内容。

1电气自动化控制中变频调速技术的应用必要性分析

1.1确保电气设备的安全运行。电气设备运行安全作为确保工业生产工作稳定运行的重要保障，要求管理人员应该肩负起自身的管理重责，重点针对电气设备的安全运行问题进行统筹规划与安全管理。然而，因电气设备运行期间面临的不确定因素较多，如果不强加管控，就很容易出现风险隐患问题。目前，为进一步推动电气设备的安全运行，工业生产方面要求全面推广与应用电气自动化控制设备，自动监测设备运行期间的状态问题等。其中，变频调速技术作为电气自动化控制技术体系的重要内容，可以针对设备运行情况进行适当调整与分析。如时刻针对设备运行状态进行监测与管理，为电气设备安全运行提供保障。1.2深化电气自动化控制效果。变频调速技术作为电气自动化控制技术的重要分支，通过不断改进与创新，不仅可以全面提升电气自动化控制水平，同时，还可以推动电气自动化控制技术的进一步发展。目前，随着变频调速技术的深化发展，生产操作人员可以按照变频调速技术功能，重点针对设备运行状态进行全方位管理与分析。及时发现故障问题并排除故障，为设备安全运行效果奠定保障。最重要的是，通过应用变频调速技术可以减少以往设备电气资源浪费的问题，满足节能减排要求，值得推广与应用。1.3实现全面调控原则，缩小误差范围。变频调速技术在很大程度上可以通过改变电源频率，实现对电机转速问题的调整与控制。其中，在电气自动化控制表现方面，通过运用变速调频技术可以确保电气设备持续、平稳的工作效果。结合当前情况来看，变频器与节能变频器已经成为自动化控制广泛应用的变频调速技术。究其原因，主要是因为变频调速技术不仅可以实现自动化调速功能，同时，还可以满足对电机、电源的全面调控。举例而言，生产操作人员可以按照变频调速技术功能，实现实时监控目标。并可以通过精确调节电流大小，缩小误差范围，规避传统生产作业过程存在的质量隐患问题。

2电气自动化控制中变频调速技术的应用原理分析

2.1变频调速节能。关于变频调速节能的实现原理，主要可以从电机运行转速与流量之间的作用关系方面入手。一般来说，电机运行期间转速与流量的一次方互成正比例关系。其中，在功率与转速的立方也互成正比例关系。根据大量实践经验来看，当电机运行效率保持不变时，流量调节作用有所降低，促使转速速率呈现出比例下降趋势。同理，功率与其的立方关系之间也会呈现出比例下降趋势。2.2功率因素补偿。电气设备运行过程中如果出现功率较低情况时，容易造成设备发热问题，会进一步加剧线损消耗程度。同时，电气自动化系统功率因素有所降低，对应的有功功率会明显减少，整体运行效率降低，电能消耗问题增加，不利于设备整体的运行效率。而通过应用变频调速器设备可以按照自身功率因素补偿特性，减少无功损耗问题的出现，并达到一定的功率因素补偿效果，利于促进电气设备的高效运转。2.3软启动节能。变频调速技术在软启动应用中可以通过降低启动电流，减轻电网冲击问题，确保设备运行寿命得以延长。结合以往的经验来看，普通的变频器在运行方面难以达到自动化控制功能，究其原因，主要是因为内部控制系数要求难以满足软启动节能要求。而通过应用变频调速技术可以让电机设备在短期之内按照自身运行状态，执行停机或者减速的命令要求。在减少输出频率的同时，降低整体转速速率，实现节能减耗的功能作用。同时，在电机减速期间，转子电流相位相反会引发电动机设备出现制动转矩的效应，减少能耗问题。

3电气自动化控制中变频调速技术的应用实践分析

目前，变频调速技术已经在电气自动化控制中得到了显著应用，如自动化控制效果明显、实时监测功能突出等。为进一步加强对变频调速技术的研究与分析，我们应该明确并掌握电气自动化控制中变频调速技术的应用实践情况，以期可以为该项技术的深入研究奠定基础。以下是本人结合相关经验，针对电气自动化控制中变频调速技术的应用实践进行研究与分析，以供参考。3.1自适电动机模型单元中的应用实践。变频调速技术的推广与应用为电气自动化控制设备的实时监测提供了实现条件。以电动机设备为例，操作人员通过运用变频调速技术，可以针对电动机输入电压与电流等数值问题进行实时监测，并针对电动机各项参数问题进行精准识别，一旦发现异常问题，必须及时排除故障，确保设备运行安全。其中，电动机模型单元作为转矩直接控制体系的重要构成部分，自引入变频调速技术以来，在转速精度控制以及闭环转速反馈效果方面，基本上达到了促进电气自动化控制系统的整体运行效果。3.2深度指示器保护中的应用实践。深度指示器作为电气自动化控制体系的重要设备内容，如果出现故障隐患问题，势必就会对保护装置运行造成不利影响，如难以及时检测系统运行风险问题。为确保深度指示器保护功能得以发挥，生产操作人员主张借助变速调频技术达到预期的保护效果。一般来说，应用变频调速技术的过程中，该项技术可以针对编码器采集到的脉冲数信号问题进行实时监测与记录。如果数据始终未出现变化，则证明深度指示器出现异常问题。面对此种情况，生产操作人员应该及时检查深度指示器运行状态，排除故障问题，图1为牌坊式深度指示器结构图。

4结语

总而言之，变频调速技术作为一项符合可持续发展理念的技术内容，在应用过程中不仅可以促进电气自动化控制技术的应用效果，同时，还可以促进工业生产技术的革新发展，能够为我国工业生产能力的进一步发展提供内在驱动力。鉴于变频调速技术的重要性，建议操作人员应该严格按照变频调速技术原则及要求，重点针对变频调速技术的应用内容进行统筹规划与合理部署，确保电气自动化设备的运行质量以及控制精度得以提高。

参考文献：

[1]蒲亮.变频调速技术在电气自动化控制中的应用[J].电子技术与软件工程，2018(23):111.

[2]韩征.浅谈电气自动化控制中变频调速技术的运用[J].科技创新导报，2019，16(11):65-66.

[3]王艺璇.电气自动化控制中变频调速技术运用探讨[J].技术与市场，2020，27(02):132-133.

调速技术范文篇9

本文主要介绍目前矿山应用变频器的状况，矿山设备对电气传动的特殊要求，以及如何正确地选用变频器等。

2变频器在露天矿山设备中的应用

2.1电铲

2.2变频器在牙轮钻机中的应用

2.3电动轮汽车的电气传动

3变频器在地下矿山中的应用

3.1变频调速技术在矿井提升机中的应用

3.2变频调速技术在空压机中的应用

(2)节精度低，在某一进风量工作状态下压力波动大，特别在生产用风量变化频繁时期内(用风量大且变化频繁)，不能稳定风压;

(3)阀门动作值在一次整定后经常会变，有时会使整个压风系统工作压力偏高，增大了单位压风量的功耗;

(4)当空压机运行在75%、50%进气量的工作状态下，进气流速增大，造成进气过程压风量的损失，降低了压风机的效率。

因此有必要对现有的调节方式进行改进，以节约电能，提高空压机的运行效率。我院和凡口铅锌矿合作，用变频调速对其空压机站进行技术改造。

空压机恒压自动控制变频调速系统结构如图1所示:

3.3变频调速技术在矿井通风机中的应用

图2中:1—挡板法;2—前导器法;3—液力耦合器;4—绕线电动机切换转子电阻调速法;5—变频调速法。

(1)同步电机直接高压变频器

(2)异步电机三电平高压变频器

但SIEMENS公司实际提供的这种三电平高压变频器的系统如图5的框图所示。

3.4关于球磨机、井下排水泵等是否可用变频调速的问题

在矿山中，还有一些小型设备可以采用变频调速节能，如螺旋给料机、沙泵等，在此就不一一介绍了。

4选择变频器应注意的事项

4.1根据工艺要求选择变频器

(2)进行可行性分析

(3)变频器的可靠性

4.2主要应考虑的技术规格和技术参数

(1)型号

各厂家生产的变频器的型号多是系列号和容量的组合，通过对型号和规格得了解，

(2)效率

变频器效率的高低，直接关系到变频器调速节能的多少，因为在变频器运行时，变频

(3)功率因数

(4)谐波

(5)输出容量和额定输出电流

(6)率范围

(7)电源容量和允许电压变化范围

(8)保护功能

(9)价格

5结束语

参考文献

[1]采矿手册[M].冶金工业出版社,1991,(6).

调速技术范文篇10

关键词：高压电机；斩波内溃调速技术；应用；节能；市场

山东黄台火力发电厂原10万kW机组配套锅炉的引、送风机投用后，一直采用风挡板手动节流调节方式。高压电机调速项目于1999年下半年开始经多方考察论证后，确定对5#炉两台引风机和两台送风机实施斩波内馈调速技术改造，于2000年10月19日正式投用，至今运行状况良好，取得了明显的节能效果。

一、技术原理和特性

斩波内馈调速是融斩波控制和内馈电机两项专利技术于一体的新型高压电机调速技术。该技术可在高压中、大容量的风机、泵类节能调速中应用。

内馈调速最适合于高压大容量电机，其特点如下。

1．回避了定子控制的高电压问题，可实现高压电机低压控制；

2．控制装置的容量可小于电机的容量，即为小容量控制大容量；

3．控制装置和定子电源均为电磁隔离，有效地抑制了控制装置产生的谐波电流对电源的干扰；

4．整个系统没有外附变压器，调速损耗小，效率高。

二、节能效益和环境效益

1．该项目年节电量618.9253万kW•h，折标准煤2500.46t，可减排二氧化碳1812.83t。

2．按山东上网电价0.30元／kW•h计算，年节能效益185.68万元。

3．投资回收期为1.59年。

调速技术范文10篇

调速技术范文篇1

调速技术范文篇2

调速技术范文篇3

调速技术范文篇4

调速技术范文篇5

调速技术范文篇6

调速技术范文篇7

调速技术范文篇8

调速技术范文篇9

调速技术范文篇10

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