機電變頻調(diào)速技術(shù)在礦井中的應(yīng)用及注意事項

（貴州省水城縣煤炭管理局，貴州 水城 553040）

1 選擇變頻器應(yīng)注意的事項分析

1.1 根據(jù)工藝要求選擇變頻器

1.1.1 電機調(diào)速雖是風(fēng)機、水泵節(jié)能的有效途徑，但并非凡是風(fēng)機、水泵都能采用調(diào)速節(jié)電。對于工藝參數(shù)基本穩(wěn)定，不需要調(diào)速的風(fēng)機、水泵可以采用高效節(jié)能電機和高效節(jié)能風(fēng)機，以提高系統(tǒng)效率。對于已建成而配置不合理的風(fēng)機可以通過采用更換電機，調(diào)節(jié)葉片角度等方法達到節(jié)電的目的。選擇調(diào)速節(jié)能時應(yīng)注意:風(fēng)機、水泵的轉(zhuǎn)速變化范圍不宜太大，通常最低轉(zhuǎn)速不少于額定轉(zhuǎn)速的50%，一般調(diào)速范圍在100%～70%之間為宜，因為當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40%～50%時，風(fēng)機、水泵本身的效率明顯下降，是不經(jīng)濟的;調(diào)速范圍確定時，應(yīng)注意避開機組的機械臨界共振轉(zhuǎn)速，否則調(diào)速至該諧振頻率時，將可能損壞機組。

1.1.2 進行可行性分析

在選擇要進行的變頻調(diào)速的設(shè)備對象以后，應(yīng)從提高效率或提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要情況，從節(jié)約電能的情況進行分析、計算，并與變頻器的投資進行比較，計算出變頻器的投資回收期。一般來說，如能從節(jié)約的電費或從提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率等方面所得的收益中，在兩年內(nèi)償還變頻器的投資，都應(yīng)認(rèn)為是可行的。同時還應(yīng)分析外部條件是否滿足變頻器的使用要求。

1.1.3 變頻器的可靠性

變頻器的可靠性如何，直接決定了變頻器能否成功地應(yīng)用于生產(chǎn)。這是選擇哪種變頻器的首要條件。有的礦井所購買的變頻器可靠性不高，加之自身的維修技術(shù)力量不強，變頻器出了故障，只好停下，甚至棄用。造成損失，同時也為變頻器的繼續(xù)推廣應(yīng)用帶來負(fù)面影響。

1.2 主要應(yīng)考慮的技術(shù)規(guī)格和技術(shù)參數(shù)

1.2.1 型號

各廠家生產(chǎn)的變頻器的型號多是系列號和容量的組合，通過對型號和規(guī)格得了解，可以確認(rèn)該廠家生產(chǎn)的品種，對用戶來說，不一定會使用到全系列的變頻器，但可以從型號、規(guī)格、所采用的功率元件、控制技術(shù)等方面判斷廠家的實力和生產(chǎn)態(tài)勢，甚至可以從一個方面判斷其產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品品種齊全，容量覆蓋范圍大，功率元件及控制技術(shù)先進的廠家，一般來說其實力強，生產(chǎn)態(tài)勢好，產(chǎn)品質(zhì)量一般來說也會有較好的保障。

1.2.2 效率

變頻器效率的高低，直接關(guān)系到變頻器調(diào)速節(jié)能的多少，因為在變頻器運行時，變頻器本體也要消耗一部分電能。一般來說直接高壓變頻器的效率都可達到0.97～0.98，而高-低-高式高壓變頻器由于多一個變壓器的損耗，使其系統(tǒng)效率有所降低。

1.2.3 功率因數(shù)

在整個調(diào)速范圍內(nèi)，功率因數(shù)的變化是一項重要指標(biāo)。最好是在整個調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)都保持在0.95以上，以使其符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB3485-83的標(biāo)準(zhǔn)，這只有電壓型變頻器和IGBT單相變頻器串聯(lián)的高壓變頻器能夠滿足此項規(guī)定。而電流型變頻器較難滿足這項要求。

1.2.4 諧波

國家對電網(wǎng)諧波有嚴(yán)格要求。限制用戶非線性諧波設(shè)備注入電網(wǎng)的諧波電流，是限制電網(wǎng)電壓正弦波畸變的關(guān)鍵。所用的高壓變頻器的諧波(即裝置對電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波)必須符合國標(biāo)GB/T14549-93“電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波”的規(guī)定，在國際上要符合IEEE-519標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

1.2.5 輸出容量和額定輸出電流

變頻器輸出容量以kVA或kW表示，它代表可以供給電動機的輸出功率。用kW表示時，一般以四極標(biāo)準(zhǔn)電機為基礎(chǔ)考慮;用kVA表示，需進行核算。額定輸出電流是在額定電壓下變頻器能夠連續(xù)輸出的電流值。在以輸出容量為標(biāo)準(zhǔn)選擇了變頻器以后，還應(yīng)對額定輸出電流進行核算，以使電動機的額定電流不要超過變頻器的額定輸出電流。

1.2.6 電源容量和允許電壓變化范圍

供給變頻器的電源容量應(yīng)足夠大，電源電壓變化范圍應(yīng)在變頻器允許的范圍。用戶在選擇變頻器時應(yīng)根據(jù)自己電網(wǎng)容量及電網(wǎng)電壓的變化情況，對變頻器進行選擇。

2 變頻器在地下礦井中的應(yīng)用

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機中的應(yīng)用

礦井提升機是地下礦井運輸?shù)闹饕O(shè)備。它是用一定的裝備沿井筒運出礦石、廢石、升降人員及材料、設(shè)備等運輸環(huán)節(jié)。礦井提升是地下礦井生產(chǎn)的咽喉，所以，無論哪種提升機，對電氣傳動的要求都很高，因為電氣傳動系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，可靠性的高低，都直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)的效率和礦井生產(chǎn)的正常進行。對礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的要求是:有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，四象限運行，能快速進行正、反轉(zhuǎn)運行，動態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動和定位功能，可靠性要求高等。

目前，我國地下礦井提升機的電氣傳動系統(tǒng)主要有:對于大型礦井提升機，主要采用直流傳動系統(tǒng)，有采用直流電動機-直流發(fā)電機系統(tǒng)和晶閘管變流器-直流電動機系統(tǒng);這兩種系統(tǒng)都存在著直流電動機固有的缺點，如效率不高，維修工作量較大等。對于中、小型提升機，則多采用交流電氣傳動系統(tǒng)，如采用交流繞線式電動機，使用電機轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速，這種電氣傳動系統(tǒng)雖然設(shè)備簡單，但它是有級調(diào)速，調(diào)速性能差，效率低，大量的電能消耗在電動機轉(zhuǎn)子電阻上，而且可靠性也差。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國已有幾臺大型礦井提升機采用-交變頻調(diào)速系統(tǒng)，取得了很好的效果，但其缺點是功率因數(shù)不高，諧波大，需加諧波和功率因數(shù)補償裝置。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交-直-交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機中應(yīng)用。例如國外已有礦井將有源前端三電平變頻器應(yīng)用于礦井提升機上，據(jù)介紹，采用這種變頻調(diào)速的交流提升機可以克服直流調(diào)速系統(tǒng)和交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點，是提升機電氣傳動的發(fā)展方向。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機中的應(yīng)用

空氣壓縮機是地下礦井生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，它生產(chǎn)壓縮空氣，用以帶動風(fēng)動鑿巖機、風(fēng)動裝巖機等設(shè)備以及其它風(fēng)動工具，其耗電量在礦井總耗電量中占有相當(dāng)大的比重。深入分析空氣壓縮機的電能消耗情況，找出節(jié)能潛力，實現(xiàn)空氣壓縮機的節(jié)能運行，將會降低礦井生產(chǎn)成本，提高其經(jīng)濟效益。

2.3 變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機中的應(yīng)用

礦井通風(fēng)機是地下礦井生產(chǎn)的主要用電設(shè)備之一，其節(jié)能運行在礦井節(jié)電中占有重要的地位。礦井通風(fēng)機一般采用異步電機或同步電機拖動，恒速運轉(zhuǎn)，一般容量大，電機供電電壓高(6kV或10kV)。礦井建設(shè)的特點是:巷道逐年加深，產(chǎn)量逐年增加，所需的通風(fēng)量逐年上升。但礦井通風(fēng)機在設(shè)計選型時，往往是按最大開采量時所需的風(fēng)量為依據(jù)的，一般都留有余量，因此礦井在投產(chǎn)后幾年甚至十幾年內(nèi)，礦井通風(fēng)機都是處在低負(fù)載下運行。此外，通常礦井井下作業(yè)不均衡，一般夜班工作人員少，所需風(fēng)量也小，在節(jié)假日時，可能只有泵房等固定的井下場所的值班人員工作。盡管井下人員少，但也得照常向井下送風(fēng)，礦井通風(fēng)機一般不調(diào)節(jié)風(fēng)量，若要調(diào)節(jié)風(fēng)量時，傳統(tǒng)的方法是調(diào)節(jié)檔板。這種辦法雖然簡單，但從節(jié)能的觀點看，是很不經(jīng)濟的。采用同步電機直接高壓變頻器，節(jié)電效果十分顯著。

3 結(jié)束語

礦井所用設(shè)備以大型設(shè)備為主要特點，要求優(yōu)良的電氣傳動系統(tǒng)，以保證這些大型設(shè)備的高效率運行。地下礦井的生產(chǎn)較露天礦井復(fù)雜，井下生產(chǎn)設(shè)備的體積受限，這些設(shè)備以小型化為主，體積小、重量輕，對電氣傳動的要求不高。但提升、排水、通風(fēng)、壓氣等固定設(shè)備是地下礦井的要害部門，也是耗電大戶，因此，這些設(shè)備的安全運行和節(jié)能就顯得至關(guān)重要。

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