機電設備中高壓變頻器的選型及應用

任保明

(山西南煤集團南莊分公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在各行各業(yè)的生產(chǎn)過程中，科學技術(shù)一直都扮演著非常重要的角色，以此來更好地提高其生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。目前，我國很多煤礦機電設備的調(diào)速方式比較落后，嚴重地浪費了電能，從而使得設備的使用壽命變得更低。而要想使能源的消耗量降到最低，根本方法就是要注意煤礦機電設備中高壓變頻器的選型和應用。

1 高壓變頻器原理與選型

1.1 高壓變頻器原理

高壓變頻器是一種基于電力半導體的通斷功能來實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的控制儀器。高壓變頻器本身的種類很多，根據(jù)分類方式的不同，它可以被分為很多不同的類型。一般高壓變頻器主要由變壓器柜、功率柜和控制柜3個部分構(gòu)成。功率柜中間包含著3組功率單元，主要的作用是輸出所需等級的電壓。給功率柜內(nèi)部的功率單元提供能量的被叫做變壓器柜。此外，功率柜的功率也時刻需要不斷進行整流、逆變控制和進行檢測處理，這就是控制柜的作用，如圖1所示[1]。

圖1 變頻器工作原理圖

1.2 高壓變頻器的選型

按照控制方式選型：控制系統(tǒng)主要包括開環(huán)控制與閉環(huán)控制，該系統(tǒng)由異步電動機與高壓變頻器組成。閉環(huán)主要由矢量控制有速度傳感器或PID控制器所組成，在溫度、流量、壓力、速度等有關(guān)場合中得到使用。開環(huán)控制主要運用無速度傳感器矢量控制以及普通控制高壓變頻器所組成[2]。

按照功率進行選型：在變頻器的功率選擇中，應注意以下問題。①頻繁啟動工作的電動機，選擇功率較大的變頻器，注重使用安全性；②若電動機的變頻器與功率不相協(xié)調(diào)，應重新設置調(diào)節(jié)程序，促進設備節(jié)能；③選擇與發(fā)動機功率相符的設備，特別注意變頻器的過載倍數(shù)與電動機的過載倍數(shù)相匹配。

按照負載類型選型：每種類型的變頻器的負載都不同，轉(zhuǎn)矩與負載速度存在一定差距。通常情況下，變頻器適用于各種負載情況，而控制恒功率負載則可實現(xiàn)UIF控制。每種負載都有一定差別。因此，在選擇時應注意鑒別。若胡亂使用，則會導致嚴重后果。

2 煤礦機電設備中變頻器的實際應用

2.1 高壓變頻器在采煤機中的應用

高壓變頻器經(jīng)常被應用于采煤機上。在采煤過程中，經(jīng)常會受到特殊的煤礦環(huán)境、操作技術(shù)等因素的影響，而導致采煤工作進展不順利的情況發(fā)生。在實際的采煤過程中，采煤機在操作上較為復雜，一般情況下，需要專業(yè)技術(shù)人員在現(xiàn)場進行操控，以確保工作的順利進展。但很多時候，采煤機的工作條件與煤礦作業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境顯得不相適應。這就需要煤礦企業(yè)處理好采煤機與采煤現(xiàn)場環(huán)境的關(guān)系，做到高效、穩(wěn)定的操作。

高壓變頻器被安裝到采煤機上后，取得了良好的作業(yè)效果。在操作性上，采煤機較之以往更加靈活、簡便，操作變得更加簡單，更加容易。推動了采煤機的更新升級，擴大采煤機的開采優(yōu)勢，促進了煤炭開采量的大幅度提升。

安裝了高壓變頻器之后的采煤機，解決了能源消耗的問題。例如：采煤機在運轉(zhuǎn)的過程中為了克服偶然遇到的夾矸，往往采用遠遠大于實際所需要的功率的電動機，經(jīng)常以40%～50%的負荷進行運轉(zhuǎn)，這種工作方式本身會造成很大的浪費，最終也就引起了電動機資源的浪費。而如果此時能夠?qū)Ω邏鹤冾l器的功能和結(jié)構(gòu)進行改良和設計的話，也就會使電動機最終達到節(jié)能的目的[3]。

2.2 高壓變頻器在礦井提升機中的應用

礦井提升機主要被應用于煤礦、金屬礦藏與非金屬礦藏中提升或下放煤炭、礦石、矸石、作業(yè)人員、其他材料與工具等事項中。對煤炭開采工作的進展同樣具有重要意義，不亞于采煤機。因為礦井提升機的主要作用在于加強地面與地下之間的聯(lián)系，因此該設備需要較高的靈敏度。但實際的情況為采煤現(xiàn)場的提升機經(jīng)長期使用，而未能定期維修或更新?lián)Q代，導致設備的靈敏性嚴重下降。另外，在使用提升機時，應注重把控設備的速度，防止安全事故的產(chǎn)生。

基于上述情況，應該在礦井提升機上面安裝高壓變頻器，通過利用變頻器的調(diào)速技術(shù)，對提升機控制系統(tǒng)加以改造，提升了對提升機運行速度的控制。在調(diào)速過程中，可通過啟動發(fā)動機或調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，達到礦井提升機的負荷需要。通過變頻器的控制，提升機在運行過程中，更加平緩、更加安全穩(wěn)定，信號處理與制動運行更加迅速，整個機器更加具有靈敏度，整體性能得到了極大的提高。

傳統(tǒng)的煤礦提升機中多采用的是繞線電機串電阻的調(diào)速方式，在使用的過程中轉(zhuǎn)子回路的串聯(lián)電阻會造成資源和能源的浪費[4]。節(jié)能是高壓變頻器在煤礦機電設備運用中的一大優(yōu)勢。通過改造變頻器的功能與結(jié)構(gòu)，提升了提升機的節(jié)能能力，解決了電力資源浪費的現(xiàn)象。

2.3 高壓變頻器在煤礦通風機中的應用

煤礦通風機是煤礦開采工作中的一項關(guān)鍵設備，對井下開采環(huán)境的安全度具有極大作用。在煤礦開采現(xiàn)場，通風機必須24 h保持正常的通風狀態(tài)。但在實際的開采作業(yè)中，并非所有企業(yè)都能做到24 h保持正常通風狀態(tài)。有的企業(yè)為節(jié)約生產(chǎn)成本，只在開采時將通風機打開，在開采人員休息時，則會關(guān)閉通風機。這就導致了礦下通風條件不利，通風效果不佳，給開采人員的生命以及財產(chǎn)安全帶來影響，對煤炭生產(chǎn)反而具有阻礙作用[5-7]。

控制生產(chǎn)成本是企業(yè)必須要做好的一項重要內(nèi)容。為實現(xiàn)這一目的，煤礦企業(yè)應在通風機上安裝高壓變頻器。此舉可達到降低通風機耗能，降低電網(wǎng)對通風機的損害，延長設備使用壽命的效果[8-10]。通過將變頻器安裝在通風機上，解決了通風機耗能的問題，為生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本。同時，解決了井下煤炭開采的安全隱患，提升了開采的安全性。

3 結(jié)語

文中介紹了高壓變頻器工作原理、選型要求，以及在采煤機、提升機、通風機中的應用。高壓變頻器在使用中取得了顯著的效果，解決了許多實際問題[11]。