第一篇：調(diào)速在雷達管制中的應(yīng)用

【摘要】而速度調(diào)整是雷達管制中保持安全間隔的重要方法，也是管制員最常用的管制技能，因此能掌握航空器速度的特征、使用方法和時機，是一名優(yōu)秀管制員高效、優(yōu)質(zhì)地實施空中交通管制服務(wù)的前提保障。

【關(guān)鍵詞】航空；調(diào)速；雷達管制

中圖分類號：v35文獻標(biāo)識碼a文章編號1006-0278（2015）10-138-01

航空器速度：是飛行過程中表示其運動特征的重要指標(biāo)，也是關(guān)系飛行安全和效率的關(guān)鍵要素之一。速度是矢量，即它有大小和方向。航空器的速度按方向分為水平速度垂直速度。

一、水平速度

水平速度表達了航空器運動時間和距離的關(guān)系，反映了航空器在水平方向上的運動規(guī)律和特征，是體現(xiàn)航空器飛行動態(tài)的重要指標(biāo)。

（一）管制中常用的水平速度及其應(yīng)用

指示空速ias：又稱表速，是管制員對于中低空飛行航空器速度進行調(diào)整的對象。

真空速tas：是航空器相對于空氣運動經(jīng)過修正后得到的速度。它不是管制員的調(diào)整對象。

地速gs：是航空器相對于地區(qū)表面的飛行速度，是判斷航空器間間隔變化的重要依據(jù)。

馬赫數(shù)：航空器在空氣中的運動速度與該高度前方未受擾動空氣中音速的比值，管制員常以馬赫數(shù)作為對高空航空器調(diào)速的對象。

（二）各種速度之間的關(guān)系

1.真空速、指示空速與地速

標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下航空器在海平面運動時的指示空速與真空速相等；恒定的指示空速上升時，真空速會越來越大；指示空速和地速都是管制員最為關(guān)注的速度。

2.真空速、指示空速與馬赫數(shù)

同高度馬赫數(shù)相同，其真空速也相同；航空器以恒定馬赫數(shù)下降，真空速會增大。

3.調(diào)整速度的目的

調(diào)速的目的主要是調(diào)整間隔和落地順序等，還包括滿足前方的流量控制、避免過多的雷達引導(dǎo)、減少管制員的工作負荷、保持高速順暢的空中交通流量等。

4.調(diào)速的規(guī)則與原則

（1）調(diào)速幅度與頻度

調(diào)整速度時應(yīng)避免要求駕駛員做大幅度調(diào)速；還應(yīng)避免對單一航空器多次調(diào)速。

（2）調(diào)速限制

一般情況不對離場或飛越航空器調(diào)速；應(yīng)避免對同一航空器進行交替的增速和減速；高空飛機一般使用馬赫數(shù)調(diào)整技術(shù)。

（3）性能原則

調(diào)速要在航空器性能范圍之內(nèi)，并且調(diào)速指令應(yīng)該得到駕駛員的認(rèn)可；如果不能執(zhí)行調(diào)速指令，飛行員應(yīng)及時通報管制員。

（4）通報要求

調(diào)速時應(yīng)簡要通報飛行員速度調(diào)整的原因；管制員和飛行員都應(yīng)將調(diào)速的實施情況及時通報對方，并且管制員在不需要調(diào)速時應(yīng)及時告知駕駛員恢復(fù)正常速度。

（5）調(diào)速標(biāo)準(zhǔn)

6.調(diào)速的方法與技巧

（1）調(diào)速的方式

調(diào)速的方式根據(jù)航空器的不同飛行階段和管制意圖，總的來說可以分為進場調(diào)速、高空調(diào)速和保持調(diào)速。

1）進場調(diào)速.對于進場的航空器，通常可以指揮駕駛員調(diào)到最大速度/最小光潔速度/最小速度，或直接指定具體的某指示空速

2）高空調(diào)速

在高空飛行時，考慮到最大速度限制等原因，對于在8900m（不含）以上的高度飛行的航空器，一般調(diào)整馬赫數(shù)，且馬赫數(shù)以0.01的倍數(shù)調(diào)整。

3）保持速度

可以指示航空器保持速度，目的是為了保證安全間隔和合理排序；也可以指示航空器保持最大速度或最小速度。

（2）調(diào)速的對象

地速是雷達上直接顯示出來的速度，是調(diào)速的“落腳點”；指示空速是調(diào)速的“出發(fā)點”，因此要求管制員在發(fā)指令前要把預(yù)期調(diào)整的地速轉(zhuǎn)換為指示空速，再指示駕駛員調(diào)速。

（3）早調(diào)與晚調(diào)

不要過早將進場航空器的速度減小得過多，在條件允許的情況下，應(yīng)盡量使航空器保持大表速進近，可以起到加速流量的作用；“前機晚調(diào)速，后機早調(diào)速”方法可以避免進場飛機的追趕。

（4）粗調(diào)與細調(diào)

離本場較遠時可以要求上一管制區(qū)先整體粗調(diào)速度，進入終端區(qū)后再精細調(diào)整，這樣可以放緩整體節(jié)奏，建立最佳間隔，保證航空器運行的流暢

（5）速度與經(jīng)濟性

航空器在光潔狀態(tài)飛行可以減少航油的消耗，因此，在條件允許的情況下，管制員應(yīng)該盡可能的使飛機保持光潔構(gòu)型自主飛行，調(diào)整速度時盡量避免“最小速度”等字眼。

（6）高度與速度

根據(jù)規(guī)律，相同指示空速的航空器在同時下降中，前機處于低高度層，真空速將小于后機，為了避免追趕，可以調(diào)整兩機指示空速形成速度差，建成“前快后慢”的運行態(tài)勢。

（7）調(diào)速與引導(dǎo)

調(diào)速與雷達引導(dǎo)需要結(jié)合使用方能達到最佳效果；另外飛行員調(diào)速過程需要一定的時間，管制員應(yīng)有心里準(zhǔn)備，做好提前量。

二、垂直速度

垂直速度反映了航空器在垂直方向上的運動規(guī)律和特征，管制員只能通過二次監(jiān)視雷達標(biāo)牌上的高度和上升/下降率的信息來感知。

（一）航空器的垂直速度

航空器的垂直速度具體體現(xiàn)為上升率和下降率兩個方面。上升率是航空器上升時，在單位時間內(nèi)增加的高度；下降率又稱下降速度，是航空器正常下降時，在單位時間內(nèi)減少的高度。

（二）調(diào)整垂直速度的目的

調(diào)整垂直速度是為了讓航空器加速到達目標(biāo)高度，避免飛行沖突，或用于緊急情況處置時。

（三）調(diào)整垂直速度的方式

調(diào)整垂直速度可用的指令有：加速上升/下降至某高度；以指定的上升率/下降率上升/下降至某高度；上升/下降率不小于某個值到底某高度；在指定位置點或點之前到達指定高度。

（四）注意事項

1.速度與高度的操作沖突

應(yīng)先指示航空器下降高度，改平后在發(fā)送減速指令并給出原因；避免先減速再要求航空器大下降率的錯誤做法；利用雷達引導(dǎo)技術(shù)引導(dǎo)航空器使其延長飛行距離，以抵消航空器加速下降、再減速所增加的額外飛行時間。

2.機型

不同機型的速度范圍，尤其是上升/下降率相差很大，了解不同機型上升率和下降率的大致范圍，避免發(fā)出超出航空器能力限度的指令。

3.舒適性

為了便于駕駛員便于操作和乘客的舒適性，原則上盡量減少對航空器的上升率和下降率干預(yù)，除非為了安全和效率的需要；在不需要時應(yīng)及時解除上升/下降率限制。

第二篇：軍用雷達技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應(yīng)用

軍用雷達技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應(yīng)用

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軍用雷達是專門為特定的軍事用途而設(shè)計制造的無線電探測和定位裝置。它的基本戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo)有：探測目標(biāo)類型、覆蓋空域、發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率、測量座標(biāo)數(shù)及精度、數(shù)據(jù)更新率、處理目標(biāo)容量、全天候、全天時能力、電子反對抗能力、抗摧毀能力、目標(biāo)識別能力、電磁兼容性、可用性、耗電量和全壽命周期費用等。主要技術(shù)參數(shù)有工作頻率及帶寬、發(fā)射機功率、天線增益、波瓣寬度及旁瓣電平、系統(tǒng)噪聲溫度、信號帶寬和目標(biāo)信號在雜波或干擾背景中的改善因子等。軍用雷達種類繁多，按其發(fā)射接收天線所在位置可分為單基地雷達、雙基地雷達和多基地雷達。按其發(fā)射波形可分為連續(xù)波雷達、調(diào)頻連續(xù)波雷達和脈沖波雷達，按其裝載所在的平臺可分為地基雷達、機載雷達、艦載雷達和星載雷達。按其使用的波長可分為短波雷達、米波雷達、分米波雷達。按其使用的波長可分為短波雷達、米波雷達、分米波雷達、微波雷達和毫米波雷達。按其探測的目的性可分為預(yù)警雷達、截獲雷達、跟蹤雷達、制導(dǎo)雷達、成像雷達和地形回避雷達等。按探測的機理分為視距雷達和超視距雷達。軍用雷達是獲取陸、海、空、天戰(zhàn)場全天候、全天時戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)情報的重要手段之一，是防天、防空、防海和防陸武器系統(tǒng)和指揮自動化系統(tǒng)的首要視覺傳感器。它不但可以預(yù)警、截獲、跟蹤、識別、引導(dǎo)攔截空中、海面、地面和外空的目標(biāo)，而且具有依靠空中或外空平臺對地面大面積內(nèi)的目標(biāo)成像的能力。目前其分辨率及測量精度雖不及光學(xué)和紅外傳感器，但軍用雷達的全天候、全天時以及大空域高數(shù)據(jù)率的性能則是其他傳感器無法代替的，因而軍用雷達在軍事領(lǐng)域擔(dān)負著極其重要的角色，具有廣闊的應(yīng)用前景。

一、軍用雷達在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用

1864年麥克斯韋提出了電磁場理論，預(yù)見了電磁波的存在。1886年赫茲成功地完成了產(chǎn)生電磁波的實驗，從而證實了“無線電”的存在。1922年馬可尼主張用短波無線電來探測物體，確定另一船舶的存在，這是對于雷達概念的最早描述。之后，英、美、德等國的科學(xué)家做了許多驗證試驗。1935年2月英國人用一部12MHz的雷達探測到60km外的轟炸機，并于1937年初，正式布置了雷達“鏈條”(Chain)，美國1938年制造了第一部防空火力控制雷達SCR-268，其工作頻率為205MHz，探測距離達180km，先后生產(chǎn)了約3000部。由此可見，雷達的發(fā)明和應(yīng)用是上世紀(jì)30年代，至今已有70多年的歷史。1940年11月，美國麻省理工學(xué)院(MIT)成立了輻射實驗室，對雷達及其相關(guān)技術(shù)進行全面研究，取得了全面豐碩成果。第二次世界大戰(zhàn)后，陸續(xù)公開出版了有名的28本《輻射實驗室叢書》，公布了雷達和有關(guān)專業(yè)技術(shù)的大批資料，這對全世界雷達技術(shù)的發(fā)展起了重大的推動作用。第二次大戰(zhàn)期間，飛機是交戰(zhàn)雙方的一種主要作戰(zhàn)武器，探測敵方飛機的入侵，引導(dǎo)己方高射炮和飛機去攔截，成了迫切需要解決的問題,對船舶的探測也是當(dāng)時的緊迫問題。作為主要探測手段的雷達應(yīng)運而生，獲得了快速發(fā)展。那時雷達的主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的存在，測量目標(biāo)的坐標(biāo)位置，即飛機目標(biāo)的距離，方位和仰角(或由距離與仰角換算出來的高度)，目標(biāo)距離依靠測量雷達輻射信號從雷達到目標(biāo)往返所需的傳播時間來確定。要測量目標(biāo)所在的角度必須依靠定向天線，即具有較窄波束寬度的雷達天線。為了使天線波束能照射到整個觀測空域，天線波束必須在空間進行掃描，初期的雷達天線都是機械掃描天線。

二戰(zhàn)之后，軍用雷達技術(shù)獲得很大發(fā)展，各種新的軍用雷達在戰(zhàn)后多次局部戰(zhàn)爭中均起了重要作用。軍用雷達在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用主要表現(xiàn)在以下3個方面：

①雷達是各個級別上的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)(亦稱指揮、控制、通信計算機和情報、監(jiān)視偵察系統(tǒng)，即C4ISR系統(tǒng))中能夠?qū)崟r、主動、全天候獲取有關(guān)目標(biāo)戰(zhàn)場環(huán)境信息的探測手段：

②雷達是各類先進作戰(zhàn)平臺(飛機、導(dǎo)彈、戰(zhàn)艦、戰(zhàn)車等)的不可缺少的組成部分，是實現(xiàn)遠程打擊、精確打擊的必要手段，是發(fā)揮其作戰(zhàn)效能的倍增器。

③雷達是發(fā)展和評估各類先進武器系統(tǒng)和進行軍事技術(shù)研究的測試手段。

軍用雷達的分類有多種方法。常用的主要分類方法有：

①按雷達測量的坐標(biāo)參數(shù)分類，可分為二坐標(biāo)(2D)雷達和三坐標(biāo)(3D)雷達。例如，只測量目標(biāo)距離和目標(biāo)方位的雷達屬于二坐標(biāo)雷達；能同時測量目標(biāo)的距離、方位、仰角的雷達則稱為三坐標(biāo)雷達。

②按功能和作用分類，雷達可分為空中搜索(警戒)雷達，目標(biāo)指示(引導(dǎo))雷達，火控雷達，制導(dǎo)雷達，炮位偵察雷達和岸防雷達等。

③按雷達裝載的平臺來分類，有機載雷達、艦載雷達、氣球載雷達、彈載雷達、車載雷達、星載雷達等。以機載雷達為例，又可細分為機載預(yù)警雷達、機載火控雷達、機載戰(zhàn)場偵察雷達、直升機載雷達、無人機載雷達等。其中每一種機載雷達根據(jù)功能差異，所用的主要技術(shù)等，又可分出許多品種。

④按采用的雷達信號形式來劃分，有連續(xù)波雷達和脈沖雷達兩大類。每一類中又包含多種雷達，如調(diào)頻連續(xù)波雷達，脈沖多普勒雷達，脈沖壓縮雷達等。

⑤其它分類方法，如根據(jù)其移動性可分為固定式雷達，機動雷達，可運輸式雷達等；根據(jù)雷達作用距離大小，可分為近程雷達、中程雷達、遠程雷達、超遠程雷達，等等。

無論哪種雷達，都包含有產(chǎn)生高功率輻射信號的雷達發(fā)射機；向空間輻射信號的發(fā)射天線；接收從目標(biāo)反射信號的接收天線；將微弱的接收信號進行放大濾波和變換的雷達接收機；對雷達信號進行處理、錄取與顯示的雷達終端設(shè)備；控制雷達天線轉(zhuǎn)動，控制與錄取天線波束指向數(shù)據(jù)的雷達伺服設(shè)備：雷達各分系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的頻率綜合器和定時器等。典型的先進脈沖雷達的基本組成，如圖1所示。

在圖l中，發(fā)射天線與接收天線公用，因而增加了雙工器：圖l中的發(fā)射機為功率放大式發(fā)射機，接收機則是采用了低噪聲放大器(LNA)的外差式接收機。軍用雷達要完成的基本功能主要是：①目標(biāo)檢測，在雷達觀測空域內(nèi)確定有無感興趣的目標(biāo)；②目標(biāo)參數(shù)測量，亦稱目標(biāo)參數(shù)估計，用于確定目標(biāo)位置，運動參數(shù)和提取其它目標(biāo)特征參數(shù)；③目標(biāo)分類、識別，用于確定目標(biāo)類型，分辨真假目標(biāo)等。

為實現(xiàn)這些功能，滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的特點與密切相關(guān)的軍事需求，對各種用途的新一代軍用雷達提出以下8點要求：①觀察低可探測目標(biāo)：(包括隱身目標(biāo)，如隱身飛機、隱身無人機、隱身艦船)和直徑5cm以下“空間垃圾”(對航天和空間飛行活動)，小型導(dǎo)彈，反輻射導(dǎo)彈(A剛)等；②提高雷達在復(fù)雜電磁干擾環(huán)境下工作的可靠性和有效性；提高雷達在硬打擊(反輻射導(dǎo)彈和激光制導(dǎo)炸彈)下的生存能力；③提高雷達測量的分辨率和精度，以適應(yīng)具有精確打擊能力的各類作戰(zhàn)平臺和測量評估雷達發(fā)展的需要：④進行目標(biāo)分類、識別和判別目標(biāo)屬性；⑤對地面、海面和空中運動目標(biāo)進行高分辨成像，檢測地面／海面的運動或靜止軍用目標(biāo)；⑥發(fā)展雙，基地雷達系統(tǒng)，將多部雷達組網(wǎng)，采用多傳感器數(shù)據(jù)融合(MSDF)，改善雷達性能，提高雷達抗電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)能力與雷達的生存能力：⑦提高雷達進入各類指揮控制(C4ISR)系統(tǒng)與作戰(zhàn)平臺的綜合能力；⑧將有源雷達與無源雷達結(jié)合，將雷達中的一些功能模塊(例如天線，發(fā)射，接收，信號處理，計算機，終端顯示)與敵我識別(IFF)、電子戰(zhàn)(Ew)，通信系統(tǒng)設(shè)備等中的相應(yīng)功能模塊共用，嚴(yán)格控制雷達發(fā)射信號的輻射，對雷達輻射進行管理和改進雷達所在平臺的綜合電子系統(tǒng)的性能。

二、軍用雷達技術(shù)的應(yīng)用

為了實現(xiàn)這些日益增高的新要求，各項雷達新技術(shù)獲得了很大發(fā)展，并逐漸應(yīng)用于各類先進雷達之中。這些新技術(shù)主要表現(xiàn)在以下9個方面：1)雷達頻段的擴展

在頻率的高端，往毫米波、紅外、激光雷達方向擴展：在低端則往vHF、UHF與HF(短波)波段擴展。2)雷達自動目標(biāo)識別(ATR)

根據(jù)雷達觀測數(shù)據(jù)及從雷達回波中提取的特征，對目標(biāo)進行分類、識別、判別屬性是實現(xiàn)戰(zhàn)場管理，精確打擊的重要條件，是當(dāng)今雷達發(fā)展中的一個重大課題。3)雷達成像技術(shù)

采用大的瞬時信號帶寬信號，可獲得目標(biāo)的高分辨一維像，再利用目標(biāo)回波中多普勒頻移的變化，即利用綜合孔徑雷達(SAR)和逆合成孔徑雷達(ISAR)的原理可獲得很高的兩維分辨能力，實現(xiàn)目標(biāo)的兩維成像，測量地面高度、探測林中隱蔽目標(biāo)，甚至探測地下軍事工事，這極大提高了雷達的應(yīng)用范圍。4)超低副瓣天線技術(shù)

高增益、超低副瓣天線(最大副瓣低于．40dB)是雷達抗干擾、抗ARM，抗雜波的關(guān)鍵技術(shù)。5)超寬帶雷達技術(shù)

雷達信號的瞬時相對帶寬大于25％的雷達稱為超寬帶雷達。超寬帶雷達在目標(biāo)識別、雷達成像、抗干擾、抗AI己M等方面均有重要意義。6)相控陣天線技術(shù)

除低／超低副瓣相控陣天線外，有源相控陣天線，共形相控陣天線和寬帶相控陣天線的發(fā)展有重要意義。有源相控陣天線中每一個天線單元均有一個發(fā)射，接收組件(T瓜組件)，具有高性能、高可靠、低成本的發(fā)射／接收組件，數(shù)字波束形成(DBF)，自適應(yīng)波束形成，大時寬帶積信號的數(shù)字產(chǎn)生與數(shù)字處理等技術(shù)正在快速發(fā)展，并在相控陣天線的大量采用是降低先進雷達成本的重要措施。7)先進的信號處理與數(shù)據(jù)處理技術(shù)

隨著計算機、集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，高速、大容量并行處理的實時處理成為可能。將其用于相控陣天線，可實現(xiàn)自適應(yīng)數(shù)字波束形成(ADBF)。這將天線理論與信號處理相結(jié)合，出現(xiàn)了具有多種自適應(yīng)能力的信號處理天線，為提高雷達的性能提供了新的潛力。8)雷達系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)

利用現(xiàn)今迅速發(fā)展的計算機技術(shù)和仿真技術(shù)，可以在雷達研制過程中的設(shè)計階段，合理確定各項戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)之間的指標(biāo)分配、優(yōu)化雷達系統(tǒng)設(shè)計，縮短雷達設(shè)計周期；在系統(tǒng)軟件優(yōu)化和系統(tǒng)性能評估中仿真技術(shù)更有重要作用。采用先進的雷達系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)是克服先進雷達研制周期長，技術(shù)風(fēng)險大，成本高的關(guān)鍵措施。9)雷達新工藝，新結(jié)構(gòu)，新材料技術(shù)

為實現(xiàn)雷達的高機動能力，解決在一些復(fù)雜平臺上安裝所遇到的體積、重量的限制和惡劣物理環(huán)境的影響，解決大功率散熱問題等，都要依賴于采用新工藝，新結(jié)構(gòu)和新材料。同時，這些新技術(shù)也是提高雷達性能，縮短雷達研制周期，降低成本的重要措施。碳纖維復(fù)雜材料(CFRP)、納米材料、微電子機械系統(tǒng)(MEMS)，在雷達中將有更廣泛的應(yīng)用。

二戰(zhàn)以后，軍用雷達技術(shù)保持了高速發(fā)展的勢頭，這與戰(zhàn)后的冷戰(zhàn)局面和美蘇兩國的軍備競賽有密切關(guān)系。計算機、集成電路和信號處理技術(shù)的發(fā)展使雷達中的運動目標(biāo)顯示(MTI)處理、脈沖多普勒(PD)處理、脈沖壓縮等，先后從模擬處理方式轉(zhuǎn)為數(shù)字處理方式，極大地提高了雷達的性能，也大大促進了相控陣?yán)走_的誕生。1957年蘇聯(lián)成功發(fā)射第一個人造衛(wèi)星上天以后，觀測空間飛行目標(biāo)，人造衛(wèi)星和洲際彈道導(dǎo)彈成了重大課題，要求雷達作用距離要達到數(shù)千公里，可同時跟蹤多批高速飛行的目標(biāo)，只有采用計算機實時控制的相控陣才能實現(xiàn)這些功能。

相控陣?yán)走_與機械掃描雷達的主要差別是它采用了由大量天線單元構(gòu)成的陣列天線及其復(fù)雜的饋線系統(tǒng)，其中包括了大量的無源與有源微波器件。每一個天線單元上帶有一個電控移相器或移相器和衰減器組成的幅相調(diào)節(jié)器(APV)，因而天線口徑照射函數(shù)可在計算機控制下高速變化，使相控陣?yán)走_具有常規(guī)機械掃描雷達所具備的若干技術(shù)特點，它們是：①天線波束的快速掃描能力；②天線波束形狀的快速變化能力；③空間定向與空域濾波的能力；④空間功率合成能力；⑤天線與雷達平臺共形的能力。

相控陣技術(shù)不僅在遠程、超遠程雷達近年來在各種戰(zhàn)術(shù)雷達中也都得到了廣泛應(yīng)用。

除了相控陣天線技術(shù)外，高功率雷達發(fā)射機技術(shù)始終是雷達技術(shù)的一個重點。在雷達發(fā)展過程中，經(jīng)歷了三、四極管發(fā)射機、磁控管、速調(diào)管、行波管等電真空發(fā)射機，隨著高功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，固態(tài)發(fā)射機技術(shù)越益被廣泛應(yīng)用，特別是應(yīng)用于～些高性能相控陣?yán)走_之中；但在高功率、高頻段，例如毫米波波段的雷達發(fā)射機仍廣泛采用電真空器件的發(fā)射機。為適應(yīng)雷達觀察隱身飛機和空對空、空對地、空對艦、反輻射導(dǎo)彈(AI洲)、無人飛機等雷達截面積小的低可觀察目標(biāo)，各種軍用雷達對高功率發(fā)射機的要求更顯突出，促使新的電真空、半導(dǎo)體功率放大器件快速發(fā)展，例如高功率回旋速調(diào)管、寬禁帶(wBG)半導(dǎo)體功率器件及放大器等均成了當(dāng)今雷達技術(shù)領(lǐng)域中的研究重點。

三、軍用雷達的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代軍用雷達的發(fā)展是以現(xiàn)代信息處理技術(shù)，微電子技術(shù)和計算機等信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用為基礎(chǔ)的。信息技術(shù)是雙刃劍，它同時提高敵對雙方的信息化裝備的性能水平，其中的雷達和雷達對抗(偵察與干擾)的全面較量也永無休止。對抗從地面、海上發(fā)展到空中、再到太空?，F(xiàn)代軍用雷達的技術(shù)特點則來源于對現(xiàn)實威脅(戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、小目標(biāo)、低空目標(biāo)、高機動目標(biāo)，飽和攻擊、基于快速偵察的強電子干擾環(huán)境，等等)的深刻認(rèn)識和日益增長的軍事需求(多任務(wù)、多使命、多模式、一體化、機動性、生存能力、組網(wǎng)能力、情報融合能力、信息傳輸能力、標(biāo)準(zhǔn)化程度、升級能力，等等)。美歐現(xiàn)代雷達在技術(shù)特點和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用特點上融合的比較協(xié)調(diào)——先進技術(shù)發(fā)揮最大效能的同時，需求與應(yīng)用也刺激著技術(shù)的更新?lián)Q代。

采用相控陣天線技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜靈活的多模式波束運動方式，以實現(xiàn)警戒區(qū)域多任務(wù)、多使命和多模式的應(yīng)用功能，可以應(yīng)對于未來空中威脅和嚴(yán)酷的雷達對抗威脅。

采用低、極低或超低副瓣針狀波束天線(ULSA)和低雷達發(fā)射峰值功率技術(shù)，使偵察設(shè)備難以隨意感覺到雷達信號。雷達技術(shù)參數(shù)(發(fā)射峰值功率、發(fā)射頻率、脈沖重頻、脈沖寬度、信號波形、波束寬度、波束位置等)大范圍智能化隨機“捷變或異化”，工作模式多樣且可快速變化，致使偵察設(shè)備對感覺到的信號難以完全測量。

雷達的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用特點是與其他任務(wù)使命相關(guān)聯(lián)的，無論是美國的Ⅻ＼∞和TMD的各類雷達，還是俄羅斯的s．300系列防空系統(tǒng)雷達，或美國的E．2C“鷹眼”2000E、E．3“哨兵”、E．8C Joint Sta心‘聯(lián)合監(jiān)視目標(biāo)攻擊雷達系統(tǒng)”，它們都有著自己在C4ISRK中所處的“位置”，都有著自己相應(yīng)的作戰(zhàn)程序和多種任務(wù)，應(yīng)用模式。從電子偵察的角度看，現(xiàn)代雷達采用副瓣針狀波束，計算機根據(jù)任務(wù)要求智能地選擇工作模式并在大范圍內(nèi)控制著雷達的工作參數(shù)和捷變規(guī)律，使得一部分現(xiàn)代雷達成為難以偵察的低截獲概率(LPI)雷達而發(fā)揮出相當(dāng)于過去多部老式雷達的功能。

因此，軍用雷達在軍事領(lǐng)域中擔(dān)負著重要的角色，具有廣闊的應(yīng)用前景，對我國雷達事業(yè)的發(fā)展，也將起到一定的促進作用?？奢斎肴掌诓榭淳蕛?nèi)容 查看“中國軍工研究所分布”輸入721查看“9張圖教你看懂解放軍軍銜”輸入811查看“中國軍工系統(tǒng)淵源考證”輸入812查看“解放軍最神秘的部門”輸入820查看“詳述航天五院”輸入806查看“中國船舶領(lǐng)域研究所大全”輸入810查看“日本軍工企業(yè)大揭秘”輸入710查看“中國即將面世的12大武器裝備”輸入813查看“航天科技與航天科工之區(qū)別”輸入729查看“西安軍工企業(yè)一覽”輸入816其他更多精彩的文章↓請點擊下面“閱讀原文↓”

第三篇：智能變頻調(diào)速裝置在煤礦中的應(yīng)用

智能變頻調(diào)速裝置在煤礦中的應(yīng)用

沈占彬

張曉軍

(平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南

平頂山

467001)

礦用交流提升機在減速和爬行段的速度控制困難，不能實現(xiàn)恒減速控制，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速能耗十分大，控制電路復(fù)雜，經(jīng)常產(chǎn)生故障和損壞等問題。在斜井提升機系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器，節(jié)能效果顯著，應(yīng)用前景廣闊。目前礦用提升機普遍使用交流繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負載變動時很難實現(xiàn)恒減速控制，經(jīng)常會造成過放和過卷事故。提升機頻繁的啟動和制動工作過程會使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，這種轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于有級調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動電流和換檔電流沖擊大，中高速運行振動大，制動不安全不可靠，對再生能量處理不力，斜井提升機運行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞，故障率高，影響生產(chǎn)效益。特別是在煤礦生產(chǎn)中不能實現(xiàn)防爆要求。針對串電阻調(diào)速系統(tǒng)的這些問題，本文介紹變頻器在提升機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實現(xiàn)提升機的恒加速和恒減速控制，能很好的防止提升機過卷和過放事故發(fā)生。變頻器的調(diào)速還可以實現(xiàn)電動機的軟啟動，去除了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節(jié)能效果。變頻器調(diào)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機電刷等容易損壞的缺點，降低了故障和事故發(fā)生。交頻器靈活的調(diào)速控制便于實現(xiàn)提升機的多段速控制，能防止叉道和彎道脫軌事故。因此，變頻器在提升機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用有十分廣闊的前景。

鑒于變頻調(diào)速提升絞車的優(yōu)越性，我礦采用唐山開誠電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZJT-30型隔爆兼本安智能變頻調(diào)速裝置。該變頻調(diào)速裝置主要整流及逆變元件和PLC及輔助元件均采用進口產(chǎn)品，具有可靠性高、使用壽命長等特點。它能有效地保護電機，延長電機的使用壽命。由于變頻調(diào)速裝置采用了隔爆兼本質(zhì)安全型設(shè)計，符合《煤礦安全規(guī)程》的要求，可應(yīng)用于煤礦井下含有煤塵、瓦斯爆炸危險的環(huán)境中，作為局部風(fēng)機、水泵、空壓機、提升絞車、皮帶運輸機及其它設(shè)備電機的變頻調(diào)速和起停及保護控制，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗、安全生產(chǎn)、延長電機使用壽命等多重目的。

系統(tǒng)的優(yōu)點

本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開時，另二條也同時斷開。安全電路斷開后，系統(tǒng)會立即解除運行控制指令，封鎖變頻器，分制動油泵，斷開安全閥和KT線圈,進行緊急制動。

(1)實現(xiàn)了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠。

(2)起動及加速換擋時沖擊電流很小，減輕了對電網(wǎng)的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強度。

(3)運行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。

(4)安全保護功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護外，還設(shè)有過卷、等速超速、定點超速、PLC編碼器斷線、錯向、傳動系統(tǒng)故障、自動限速等保護功能。

(5)設(shè)有回饋制動、抱閘制動制動方式，更加安全可靠。

(6)該系統(tǒng)四象限運行，可實現(xiàn)絞車的調(diào)速、換向、能量回饋制動等功能，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。

(7)采用雙PLC控制回路，能夠?qū)崿F(xiàn)雙回路保護，一回路出現(xiàn)故障，另一回還可以繼續(xù)運行。提升機變頻調(diào)速的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1：絞車電控系統(tǒng)圖

圖1所示，提升機ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能變頻調(diào)速其主要配置為變頻調(diào)速系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及軸編碼器監(jiān)測系統(tǒng)組成，其中變頻調(diào)速系統(tǒng)（圖2所示）又分為輸入電抗器、可控整流系統(tǒng)、電容平波系統(tǒng)、輸出逆變系統(tǒng)。變頻器主要對提升機的升降實現(xiàn)變頻調(diào)速等，可控整流系統(tǒng)是一種可回饋電能的逆變器，它可單獨作為高質(zhì)量的無功補償器使用，也可與其他系統(tǒng)相結(jié)合組成新的系統(tǒng)，以實現(xiàn)能量在交流側(cè)和直流側(cè)的雙向傳輸，同時，系統(tǒng)可將交流側(cè)的功率因數(shù)調(diào)整到任何希望的數(shù)值，且交流側(cè)的電流為近乎完美的正弦波。電容平波系統(tǒng)主要對電網(wǎng)脈動整流濾波使其達到輸出的波形平穩(wěn)。PLC控制系統(tǒng)主要對提升機的變速、停車和精確制動、提升啟動、下降啟動、故障復(fù)位及緊急制動等操作控制。抱閘制動主要實現(xiàn)提升機停車控制。軸編碼器監(jiān)測系統(tǒng)是把運行的速度及方向和位置信號進行轉(zhuǎn)換傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)中。

3-AC660V1L11L21L3電抗器箱變頻器箱+HA-Q01BUS++L1L2L3185KW,660V+UVWPE+M~BUS-圖2 變頻調(diào)速系統(tǒng)提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)按工作方式又分為變頻器、行程控制、操作控制和抱閘控制。1.變頻器

在提升機系統(tǒng)中的應(yīng)用中，變頻器主要進行恒加速變頻調(diào)速啟動、恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運行等變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是通過改變電機輸入電源的頻率來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的，因此調(diào)速范圍很寬，一般變頻器基本上都可以達到0～400Hz，頻率調(diào)節(jié)精度一般為0.01Hz，可以很好地滿足提升機的恒加速和恒減速無級調(diào)速的要求。采用變頻器后，電機可以實現(xiàn)真正意義上的軟啟動和平滑調(diào)速。變頻器調(diào)速有別于轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，降低了轉(zhuǎn)差率，提高了電路的功率因數(shù)，可以恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化，因此具有很好的節(jié)電效果。另一方面，變頻器還可通過軟件，很方便地改變輸出轉(zhuǎn)矩（即調(diào)整轉(zhuǎn)矩補償曲線）和加減速時間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。變頻器還具有強大的兼容功能，并根據(jù)使用要求進行功能組合，參數(shù)設(shè)置（修改）和動態(tài)調(diào)通。變頻器也可通過端子排控制，對行程進行多段速度控制。圖3為變頻器恒加速和恒減速調(diào)速過程示意圖，加速和減速過程可以靈活的調(diào)節(jié)，這種調(diào)速方式對防止提升機的過卷、過放、脫軌等都是十分有利的。

2.行程控制（PLC控制）

圖3是提升機提升和下降過程示意圖，行程控制分為2個過程，一個為正向提升行程，另—個為反向下降行程。行程控制主要將提升機的升降過程劃分成不同的行程區(qū)間，根據(jù)每一行程區(qū)間的實際情況，可以用不同的變頻調(diào)速控制提升機的升降速度。行程控制不僅控制提升機整個升降行程過程的變頻調(diào)速，而且控制提升機的停車和制動過程。行程控制可以很好的防止提升機過卷、過放、脫軌和翻車等事故發(fā)生，特別適合具有彎道和叉道的特殊斜井。

行程控制是根據(jù)提升機的升降位置（行程區(qū)間）實施控制，PLC將行程位置轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號 3（如圖1所示），發(fā)出指令控制信號傳輸?shù)阶冾l器進行多段速變頻控制，停車控制和制動控制等。

3.制動控制

提升機的安全使用必須要有良好的制動和制動控制系統(tǒng)。制動一般采取回饋制動和抱閘制動相結(jié)合，回饋制動主要利用提升機的慣性在減速和下降行程所產(chǎn)生的再生能量進行制動。變頻器使用回饋單元實現(xiàn)回饋制動，這是一種軟制動形式，能很好的防止機械沖擊和快速下滑。為了防止滑車等事故，使用抱閘對提升機實施抱死制動，抱閘制動—般在停車時使用，當(dāng)運行到停車位置時，PLC對變頻器發(fā)出停車信號。同時，對抱閘制動器發(fā)出抱閘控制信號，實施抱閘制動。當(dāng)發(fā)生脫軌等事故時，操作控制實行緊急抱閘制動。

4.操作控制

操作控制主要執(zhí)行提升啟動、下降啟動各緊急抱閘制動等控制?！疤嵘龁印辈僮骺刂谱冾l器正轉(zhuǎn)運行，提升過程由行程控制器的提升行程控制完成。“下降啟動”操作控制變頻器反轉(zhuǎn)，下降過程由行程控制器的下降行程控制完成?！熬o急制動”操作主要控制異常時的變頻器停止和抱閘制動。

工作原理

ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是：操作臺發(fā)出操作指令信號，傳輸?shù)絇LC-A1和PLC-A2，PLC-A1和PLC-A2根據(jù)軸編碼系統(tǒng)、保護系統(tǒng)傳回的信號進行內(nèi)部比較，然后根據(jù)程序控制變頻器執(zhí)行起動、停車、制動、保護等功能。在PLC-A1故障或與其有關(guān)的編碼器故障時，將“應(yīng)急方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)打在“應(yīng)急1”位置,利用PLC-A2可實現(xiàn)應(yīng)急手動開車；同樣在PLC-A2故障或與其有關(guān)的編碼器故障時，將“應(yīng)急方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)打在“應(yīng)急2”位置,這時在PLC-A1內(nèi)可把與PLC-A2相關(guān)的信號旁路掉，利用PLC-A1可手動開車。

變頻器是通過改變電機定子供電頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)絞車的調(diào)速。交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為

n=60f1(1－S)／p 其中n—電機轉(zhuǎn)速 f1—定子供電頻率

p—極對數(shù) s—轉(zhuǎn)差率

其中變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想，“交—直—交”變頻理論最終產(chǎn)生PWM電壓。AC660V電源由隔爆接線腔 R、S、T 三個接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，經(jīng)整流平波電路輸入 IGBT 逆變橋，由逆變電路輸出 U、V、W 來驅(qū)動電機的運行，對電機頻率的調(diào)整控制，可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由外部速度鈕，以無級調(diào)速的方式設(shè)定好實際需要的參數(shù)值（即頻率／速度值），以達到精確地適應(yīng)所需頻率 ／速度 ／功率的輸出的要求。當(dāng)工作現(xiàn)場的工況要求發(fā)生變化時，可隨時用本質(zhì)安全型參數(shù)程序控制器（鍵盤或 CCS 操作臺）來修改參數(shù)，應(yīng)用方便、靈活、可靠。

現(xiàn)場應(yīng)用情況及運行效果

從2004年10月份到目前，平煤集團四礦使用該ZJT-30-MSC型智能變頻調(diào)速裝置以來，經(jīng)過測算和試用相比較，節(jié)電率達到30%以上。同時變頻絞車改造后絞車運行的穩(wěn)定性和安全性大大增加。因此大大減少了運行故障和維修時間，節(jié)約了大量人力和物力，在很大程度上提高了四礦的運輸能力。

第四篇：PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。又如當(dāng)發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。

基于上述情況對某生活區(qū)供水系統(tǒng)進行了改造，采用plc作為中心控制單元，利用變頻器與pid相結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、儲水池及泵房組成，其中泵房裝有1#~3#共3臺150kw泵機。另外，還有多個電動閘閥或電動蝶閥控制各供水回路和水流量。由于該供水網(wǎng)較大，系統(tǒng)需要供水量每小時開2臺泵向管網(wǎng)充壓，供水量大時開3臺泵同時向管網(wǎng)充壓。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，在管網(wǎng)系統(tǒng)的管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件為控制系統(tǒng)提供反饋信號，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用pid調(diào)節(jié)器進行控制，而應(yīng)采用plc參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用。選擇frn160g7p-4變頻器實現(xiàn)電動機的調(diào)速運行，可編程序控制器選擇日本松下fp1-c40型，且配有a/d和d/a模塊，其原理框圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)原理圖

控制系統(tǒng)主要由plc、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成?？刂坪诵膯卧猵lc根據(jù)手動設(shè)定壓力信號與現(xiàn)場壓力傳感器的反饋信號經(jīng)plc的分析和計算，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過pid運算后，plc將0~5v的模擬信號輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速以及進行電機的軟啟動;plc通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過i/o端口開關(guān)量的輸出驅(qū)動切換繼電器組，以此來協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機臺數(shù)，并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整電機組中投入工作的電機臺數(shù)和控制電機組中一臺電機的變頻轉(zhuǎn)速，使動力系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定，進而達到恒壓供水的目的。3 系統(tǒng)程序設(shè)計和plc的i/o分配

系統(tǒng)程序包括啟動子程序和運行子程序，其流程圖如圖2所示。運行子程序又包括模擬調(diào)節(jié)子程序(其流程圖如圖3所示)和電機切換子程序(流程圖略)，電機切換子程序又包括加電機子程序和減電機子程序(程序設(shè)計略)。plc的輸入、輸出端子分配情況如附表所示。

圖2 啟動程序流程圖

圖3 模擬調(diào)節(jié)流程圖 系統(tǒng)工作過程

加上啟動信號(x4)后，此信號被保持，當(dāng)條件滿足時，(即x2為“1”)時，開始啟動程序，此時由plc控制1#電機變頻運行(此時y0、y6、y7亮)，同時定時器t0開始計時(10s)，若計時完畢x2仍亮，則關(guān)閉y0、y6，(y7仍亮，)t2延時1s。延時有兩方面的原因: 一是使開關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻器減速為0，以重新啟動另一臺電機。延時完畢，則有1#機投入工頻運行，2#機投入變頻運行，此時y1、y2、y6、y7亮，同時定時器t1開始計時(10s)，若計時完畢x2仍未滅，則關(guān)閉y2、y6，(y1、y7仍亮，)t3延時1s，延時完畢，將2#機投入工頻運行，3#機投入變頻運行，(此時y1、y3、y4、y6、y7亮，)再次等待y7滅掉后，則整個啟動程序執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入正常運行調(diào)節(jié)程序，此后啟動程序不再發(fā)生作用，直到下一次重新啟動。在啟動過程中，無論幾臺電機處于運行狀態(tài)，x2一旦滅掉，則應(yīng)視為啟動結(jié)束(y7滅掉)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序。綜合整個啟動過程，完成三臺電機的啟動最多需要22s的時間。

運行過程中，若模擬調(diào)節(jié)器節(jié)上、下限值均未達到(即x1、x2滅)，則此時變頻器處于模擬調(diào)節(jié)狀態(tài)(此時相應(yīng)電機運行信號和y6亮)。

若達到模擬調(diào)節(jié)上限值(x1亮)，則定時器t4馬上開始定時(5s)，定時過程中監(jiān)控x1，若x1又滅掉，則關(guān)閉定時器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié);若t4定時完畢，x1仍亮，則啟動一低速(y8亮)，進行多段速調(diào)節(jié)，同時定時器t5開始定時(3s)。定時完畢，若x1仍亮，則關(guān)閉此多段速，啟動一更低速(y9)，同時定時器t6定時(10s)。定時完畢，若x1仍亮，則關(guān)掉y9，此后x0很快會通，轉(zhuǎn)入切換動作程序。在此兩級多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時，若x0亮，則會關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時器，同時進行切換動作，即轉(zhuǎn)入切換程序，同樣，若無論何時，x1滅掉，則關(guān)閉運行多段速和定時器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。

若達到模擬調(diào)節(jié)下限值(x2亮)，則定時器t7馬上開始定時(5s)，定時過程中監(jiān)控x2，若x2又滅掉，則關(guān)閉定時器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié)，若t7定時完畢，x2仍亮，則啟動一高速(y7、y2)，進行多段速調(diào)節(jié)，同時定時器t8開始定時(3s)，定時完畢。若x2仍亮，則關(guān)閉此多段速，啟動一更高速(y8、y9)，同時定時器t9定時(10s)，定時完畢。若x2仍亮，則關(guān)掉y8、y9，此后x3很快會通，轉(zhuǎn)入加電機動作程序。在此兩級多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時，若x3亮，則會關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時器，同時進行加電機動作，即轉(zhuǎn)入加電機程序。同樣，若無論何時，x2滅掉，則關(guān)閉運行多段速和定時器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。

電機切換程序分為電機切除程序和加電機程序兩部分。此程序動作的條件是:啟動結(jié)束后無論何時x0亮，一旦條件滿足，即由plc根據(jù)電動機的運行狀態(tài)來決定相應(yīng)切換哪臺電機，切換時只能切換工頻運行電機。

若工作狀態(tài)是一臺變頻一臺工頻，則立即切除工頻電機，然后計數(shù)值減1，即完成此過程，再由調(diào)節(jié)程序運行，調(diào)節(jié)至滿足要求為止。

若3臺電機同時工作，則應(yīng)由plc來決定切除哪臺工頻運行電機。切除依據(jù)是3臺電機對應(yīng)計數(shù)器的大小，誰大切誰，切除掉一臺后，要由定時器定時(5s)等待，以便變頻器調(diào)節(jié)一段時間，防止連續(xù)切除動作。這主要是考慮到本系統(tǒng)的非線性和大小慣性因素而采取的措施。

加電機程序, 其動作程序是:啟動結(jié)束后無論何時x2亮, 一旦條件滿足, 立即關(guān)掉變頻運行電機和變頻器，延時一段時間后(原因同上), 將原變頻運行電機投入工頻運行，同時打開變頻器和將要啟動電機的變頻開關(guān), 完成加電機。

同樣，若原有2臺電機工頻工作，則x2一亮，立即開始加另一臺電機(無延時)，(加電機依據(jù)是判斷計數(shù)值，誰小加誰)。但加電機完成以后，定時器要開始定時(5s)等待，讓變頻器調(diào)節(jié)一段時間，防止連續(xù)加電機動作。其過程分為:結(jié)束語

用變頻器來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點是: 起動平穩(wěn),起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命;可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng);在鍋爐和其他燃燒重油的場合,恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對環(huán)境的污染。參考文獻

[1] 常斗南.電氣控制與plc應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社,2003 [2] fp1型可編程控制器c24/c40/c60操作手冊 [3] 變頻器說明手冊.富士電機有限公司

[4] 曾 毅.變頻調(diào)速控制系統(tǒng).濟南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2002 作者簡介

張全莊(1963-)男 講師/碩士 主要研究方向:工業(yè)電氣自動控制與plc應(yīng)用。

第五篇：現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)及其在除塵電機調(diào)速中的應(yīng)用

現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)及其在除塵電機調(diào)速中的應(yīng)用

康玉龍

（河北鋼鐵集團宣鋼公司焦化廠 075100）

摘要：本文以現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢為背景，介紹中壓交-直-交電壓型H橋級聯(lián)變頻器的工作原理、控制方式和技術(shù)優(yōu)缺點，并通過宣鋼焦化廠除塵電機變頻與液力耦合器不同調(diào)速方式下的對比分析，指出變頻調(diào)速在高壓大功率風(fēng)機上使用的優(yōu)越性能和良好的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：交流調(diào)速 中壓H橋級聯(lián)變頻器 除塵風(fēng)機 干法熄焦 節(jié)能

0前言

電力電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了采用半導(dǎo)體開關(guān)器件的交流調(diào)速系統(tǒng)，隨著對大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù)的研究，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，促進了各種類型的交流調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，如串聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、無換向器電動機調(diào)速系統(tǒng)及矢量控制調(diào)速和直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)等。其中變頻器作為較為成熟的高科技調(diào)速產(chǎn)品，其性能穩(wěn)定、操作調(diào)節(jié)方便、自動化程度高、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點，已普及國民經(jīng)濟各部門的傳動領(lǐng)域，得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

1交流調(diào)速技術(shù)概況

1.1應(yīng)用領(lǐng)域

1.1.1通用機械的節(jié)能調(diào)速

通用機械指風(fēng)機、泵、壓縮機等，量大而廣，應(yīng)用于各行各業(yè)。此類機械由交流電動機驅(qū)動，經(jīng)調(diào)速改造，替代原有擋板及閥門調(diào)節(jié)，使其風(fēng)量、流量可實現(xiàn)連續(xù)平滑和快速精確控制，優(yōu)化了工藝控制過程，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

1.1.2工藝調(diào)速

由于機械設(shè)備的工藝需要，要求驅(qū)動電動機必須調(diào)速運行的傳動系統(tǒng)，如金屬加工、造紙、提升等機械的傳動系統(tǒng)。1.1.3牽引調(diào)速

各種電動機車及船舶等運輸機械的電驅(qū)動系統(tǒng)，要求在運行中及時調(diào)速，屬于工藝調(diào)速范疇，但有許多不同于一般機械的特殊要求，如供電電源、設(shè)備尺寸、散熱及防護要求等，正由于牽引機械對設(shè)備尺寸、防護嚴(yán)格要求及交流較直流調(diào)速的優(yōu)勢，交流牽引調(diào)速取得更快發(fā)展。1.1.4特殊調(diào)速

某些應(yīng)用場合為滿足用戶對調(diào)速特殊要求的調(diào)速系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)速6000r/min以上的高速系統(tǒng)，調(diào)速范圍1:50000至1:100000的極寬調(diào)速系統(tǒng)，只有采用特殊的永磁交流電動機才能實現(xiàn)。1.2調(diào)速用電力電子裝置

交流調(diào)速用電力電子裝置有交流調(diào)壓裝置和變頻裝置兩大類?，F(xiàn)有交流調(diào)壓裝置僅晶閘管交流調(diào)壓器一種，變頻裝置有交-直-交間接變頻器和交-交直接變頻器兩種，其中交-直-交間接變頻器又分為電壓型和電流型型兩種，電壓型儲能元件為電容，在控制規(guī)律不變而負載變化時輸出電壓基本不變，電流型儲能元件為電感，在控制規(guī)律不變而負載變化時輸出電流基本不變。1.3發(fā)展趨勢

1.3.1電力電子器件與材料的更新

在提高現(xiàn)有電力電子開關(guān)器件的同時，研發(fā)新型大容量電力電子器件，通過降低MOSFET通態(tài)電阻，提高電壓；研制集成電力電子模塊（簡稱IPEM）實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、高效率、低成本、低污染、可編程；采用新型半導(dǎo)體材料碳化硅（SiC），其工作溫度可達600℃，PN結(jié)耐壓可達5000KV以上，導(dǎo)通電阻小，導(dǎo)熱性能好，漏電流特別小。1.3.2控制策略和手段研究

在以矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)為中心的控制理論不斷完善的研究中，開辟了自適應(yīng)和滑膜變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、無速度傳感器控制系統(tǒng)等。

2中壓交-直-交電壓型H橋級聯(lián)變頻器

隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，作為大容量傳動的高壓變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用并取得了良好的效果，其中電壓型H橋級聯(lián)變頻器由于其電壓畸變率小、功率因數(shù)高、逆變模塊技術(shù)要求低、技術(shù)成熟、運行效果好等特點，得到了廣泛的應(yīng)用。2.1工作原理

電壓型H橋級聯(lián)變頻器中每一項都由多個H橋功率單元串聯(lián)而成，串聯(lián)數(shù)取決于變頻器輸出電壓等級，每個H橋由4個IGBT構(gòu)成，并用獨立彼此隔離的整流電源供電。

圖一 H橋級聯(lián)變頻器和H級功率單元

2.2控制方式

H橋級聯(lián)變頻器的輸出電壓電平數(shù)多，通常采用三角載波比較法實現(xiàn)PWM（脈寬調(diào)制），通過給定頻率的等腰三角載波與給定頻率的正弦調(diào)制波相比較，以二者交點確定功率單元中逆變器的開關(guān)時刻，使脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，輸出頻率等于且幅值正比于指定調(diào)制電壓的基波成分。2.3特點及問題

此類H橋級聯(lián)變頻器使用1200V或1700V低壓IGBT不需均壓措施，且輸出電壓電平數(shù)多，電壓畸變率小，電壓波形每次跳變幅值小，無需輸出濾波器，同時輸入整流橋數(shù)多，通過輸入變壓器二次繞組移相，進線交流電流諧波小，功率因數(shù)高。

但是由于H橋級聯(lián)數(shù)多，主電路復(fù)雜，儲能電解電容技術(shù)要求高，可靠性受一定影響；整流電源數(shù)多，電機制動再生能量吸收或回饋技術(shù)實現(xiàn)難度大、成本高。

3除塵高壓風(fēng)機中的應(yīng)用

除塵風(fēng)機作為焦化行業(yè)環(huán)保除塵環(huán)節(jié)中重要設(shè)備，其運行狀態(tài)將直接影響煙塵回收處理效果?，F(xiàn)以河北鋼鐵集團宣鋼公司焦化廠1#、2#干熄焦地面除塵風(fēng)機調(diào)速方式為例，對比分析變頻和液力耦合調(diào)速方式下的風(fēng)機運行技術(shù)特點。3.1工藝概況

干法熄焦過程中會產(chǎn)生大量焦灰塵和有害物，這些有害物不僅對現(xiàn)場操作人員造成危害，而且將對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，為消除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，由除塵風(fēng)機負壓收集各收塵點含塵氣體經(jīng)管道送至脈沖布袋除塵站，凈化后排放至大氣。根據(jù)宣鋼焦化廠干熄焦除塵工藝所需除塵風(fēng)量，綜合考慮系統(tǒng)漏風(fēng)等因素，選用10KV 800KW單吸入離心式除塵風(fēng)機。

其中1#干熄焦2010年投產(chǎn)，設(shè)計初期，由于考慮高壓變頻器投資高、技術(shù)不夠成熟、市場應(yīng)用不普及等多方面因素，該項目除塵風(fēng)機設(shè)計為液力耦合調(diào)速方式；隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，高壓變頻基本成熟，其性能穩(wěn)定、控制操作方便，節(jié)能明顯等優(yōu)點得到普遍認(rèn)可，2#干熄焦除塵風(fēng)機2014年設(shè)計采用高壓變頻調(diào)速方式，裝焦時高速運行，非裝焦時低速運行。3.2二者調(diào)速性能比較 3.2.1調(diào)速效率

液力耦合器是裝于電動機軸和負載軸之間的機械無極調(diào)速裝置，利用油和兩個互不接觸的金屬葉輪的摩擦力傳導(dǎo)轉(zhuǎn)矩，帶動負載轉(zhuǎn)動，可通過調(diào)節(jié)油壓改變輸出轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)調(diào)速。當(dāng)忽略軸承、鼓風(fēng)損失和工作液體容積損失及摩擦力矩損失等，其調(diào)速效率近似為：??nT=i；式中i為液力耦合器轉(zhuǎn)速比，因此轉(zhuǎn)速比nB減小調(diào)速效率降低，同時作為一種低效調(diào)速方法，其轉(zhuǎn)差能量轉(zhuǎn)換為油的熱能兒消耗掉，當(dāng)小于0.4時工作油升溫加快，給設(shè)備運行帶來不穩(wěn)定狀況。

而變頻調(diào)速通過電力電子整流和脈寬調(diào)制逆變技術(shù)改變電動機電樞的電壓和頻率，僅控制電路本身需消耗很少一部分能量，因此可在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高的效率運行。3.2.2啟動性能

液力耦合器不能直接改善啟動性能，啟動電流仍達到電機額定電流的5至7倍，而變頻啟動可實現(xiàn)軟啟動，啟動電流小，且啟動全過程可控，啟動點和爬坡時間可設(shè)置，可避免啟動電流對電網(wǎng)和電動機的沖擊。3.2.3運行維護

結(jié)合焦化廠1#干熄焦除塵風(fēng)機調(diào)速設(shè)備運行情況來看，液力耦合器機械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)復(fù)雜，日常維護工作量大，且在故障下無法定速運行，必須停機檢修；而2#干熄焦除塵風(fēng)機H橋級聯(lián)變頻調(diào)速裝置雖電子線路復(fù)雜，但技術(shù)成熟，尤其是單元自動切換和冗余運行特性，可在單元故障下實現(xiàn)不停機連續(xù)運行，運行可靠性較高，且其檢修維護只需定期更換進風(fēng)濾網(wǎng)。3.2.4調(diào)節(jié)控制特性

液力耦合器依靠調(diào)節(jié)工作腔油量大小改變輸出轉(zhuǎn)速，因此響應(yīng)慢（需30秒左右），速度調(diào)節(jié)精度較低，在干熄焦裝焦過程期間灰塵負壓回收能力不能及時跟上，影響煙塵回收效果；而變頻調(diào)速屬于數(shù)字式控制，頻率改變速度快，穩(wěn)頻精度高，可實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，提高了裝焦過程期間煙塵回收率。3.3節(jié)能經(jīng)濟效益分析

由于液力耦合器液力效率、轉(zhuǎn)差消耗及變頻器自身能量消耗的存在，其二者均存在額外的功率損耗，但變頻調(diào)速運行效率隨輸出轉(zhuǎn)速降低變化不大，而液力耦合器效率基本呈正比降低，且綜合軸功率隨轉(zhuǎn)速呈三次方比例下降，節(jié)能和運行效率均不及變頻調(diào)速。

下面在忽略液力耦合器輔機（冷油器、油泵等）所消耗功率和設(shè)備自身消耗等的理想狀態(tài)下，對比1#、2#干熄焦除塵風(fēng)機調(diào)速耗能情況：

1#干熄焦除塵風(fēng)機為24小時工作，電機輸入電流平均約為50A，年運行時間為300天，其全年用電量為：

F1?3UIcos??H?D?1.732?10?50?24?300=6235200kWh

2#干熄焦除塵風(fēng)機為24小時工作，高速運行時，電機輸入電流平均約為50A，低速運行時，電機輸入電流平均約為30A，按每15min裝焦一次，裝焦時間5min，即每天高速運行時間為8小時，低速運行運行時間為16小時，年運行時間為300天，其全年用電量為：

F21?3UIcos??H?D?1.732?10?50?8?300=2078400kWh F22?3UIcos??H?D?1.732?10?30?16?300=2494080kWh F2?F21?F22?4572480kWh 綜上可得：

全年節(jié)電量為F?F1-F2?6235200-4572480=1662720kWh 節(jié)電率為?=F1662720??27% F162352004結(jié)束語

通過中壓交-直-交電壓型H橋級聯(lián)變頻器與液力耦合器運行節(jié)能效果的對比分析，不難發(fā)現(xiàn)其在運行效率、啟動性能、運行維護等方面有著突出的優(yōu)勢，且隨著電力電子技術(shù)和控制理論的不斷進步，會有更高性能的設(shè)備應(yīng)用到國民經(jīng)濟的電氣傳動領(lǐng)域。

參考文獻：

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