變頻器在礦山電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

中國十五冶金建設(shè)集團(tuán)有限公司第二工程分公司 江西貴溪 335400

1 概述

在礦山、隧道、輕紡工業(yè)中，使用了大量機(jī)械設(shè)備，這些機(jī)械設(shè)備需要消耗大量的電能，因此需要功率高的發(fā)電機(jī)。交流大功率電機(jī)的啟動(dòng)和平滑調(diào)速問題，也一度影響著工業(yè)生產(chǎn)，所以，要解決該問題，使機(jī)械設(shè)備發(fā)揮其作用，以促進(jìn)我國工業(yè)的發(fā)展。變頻器的出現(xiàn)有效解決了該問題，利用變頻器可以調(diào)整機(jī)械設(shè)備的電壓和頻率，以促進(jìn)礦山電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，從而節(jié)約了大量電能[1]。

2 變頻器的基本原理

變頻器是一種電流轉(zhuǎn)換儀器，它可以運(yùn)用到小型家電到大型發(fā)電儀器上，應(yīng)用較為廣泛，最新研制的變頻器更為便利，更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)應(yīng)用更為廣泛，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。變頻器是利用高電壓大功率電力電子器件的通斷控制，將常規(guī)工頻電源變換為另一頻率和幅值均可控的電源的電能控制裝置，從而實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟啟動(dòng)、變頻調(diào)速、改變功率因數(shù)等功能[2]。

從結(jié)構(gòu)上分類，變頻器可分為交-交變頻器和交-直-交變頻器2大類，前者可以將電流由交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷碾?，更易于電力?jié)能環(huán)保，后者可以將電流由交流電轉(zhuǎn)為直流電再轉(zhuǎn)為交流電；從變頻電源的性質(zhì)上，又可分為電壓型和電流型變頻器2大類，這二者存在明顯的不同，前者是利用電壓的變化進(jìn)行改進(jìn)的，后者則是調(diào)整電流，不管是調(diào)節(jié)電壓還是電流，最終目的都是降低額定功率，減輕電能消耗。下面以交-直-交變頻電路為例進(jìn)行簡要介紹。

交-直-交變頻器是在其他變頻器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造，它可以將電流由交流電轉(zhuǎn)為直流電最后再轉(zhuǎn)為交流電，可以運(yùn)用該變頻器調(diào)整電流變速，該變頻器利用交流電源等進(jìn)行電流調(diào)整，轉(zhuǎn)化為耗能較小的交流電，然后再經(jīng)過機(jī)器將電流轉(zhuǎn)化為交流電，可以為機(jī)械設(shè)備等提供穩(wěn)定的供電[3]。

3 礦山電機(jī)控制系統(tǒng)中存在的問題

礦山行業(yè)中廣泛使用鼓風(fēng)機(jī)、水泵等各種機(jī)械設(shè)備，有利于提高工作效率，同時(shí)，由于礦山行業(yè)所處的條件惡劣，所以存在一些問題：（1）一些機(jī)械設(shè)備長時(shí)間使用，因此容易出現(xiàn)故障，還容易造成功率浪費(fèi)（因?yàn)槠溟L時(shí)間使用）；（2）由于電力設(shè)備長期使用，也容易導(dǎo)致短路等問題；（3）一些設(shè)備長期使用，因此，使用壽命受限，往往存在電力設(shè)備啟動(dòng)問題。變頻器的使用可以有效解決這些問題。

4 變頻器在礦山電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 軟啟動(dòng)

三相交流電動(dòng)機(jī)可以在恒定電壓下直接啟動(dòng)，由于一開始電力啟動(dòng)階段耗能較小，所以使用的電流量較小，電阻也較小，因此，開始階段無需變頻器就可以實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。但是隨著使用時(shí)間的延長，消耗的電能越來越多，同時(shí)轉(zhuǎn)速越來越快，消耗的電壓也更多，電阻帶來的阻力也更大，所以該階段需要變頻器來調(diào)節(jié)，以增強(qiáng)電力設(shè)備的承受能力，增強(qiáng)電力設(shè)備的負(fù)荷能力。如果在礦山電機(jī)控制系統(tǒng)中未能使用變頻器，很可能會(huì)造成整個(gè)電路系統(tǒng)出現(xiàn)故障，造成短路等現(xiàn)象，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)承載能力使有限的，如果不使用變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，則會(huì)導(dǎo)致電路負(fù)荷過重，最終電流承受不住，就會(huì)導(dǎo)致短路來緩解電路系統(tǒng)的壓力。為了解決電力系統(tǒng)中啟動(dòng)出現(xiàn)的問題，可以使用一些限壓方法，以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如：抗壓器、變壓器、變阻器等，通過這些方法，限制電流速度，從而緩解電力系統(tǒng)壓力，但是這些方法也存在缺陷，所以仍然需要不斷研發(fā)新技術(shù)。在使用過程中，如果使用變壓器等也有一定的缺陷，變壓器成本高、體積大，而且安裝和維修都較為困難，更重要的是啟動(dòng)過程緩慢，承受壓力也受限[4]。

4.2 變頻節(jié)能

變頻節(jié)能主要表現(xiàn)在以下兩方面：（1）補(bǔ)償功率因數(shù)節(jié)能，在電力控制系統(tǒng)中由于使用了大量電氣設(shè)備，因此需要較穩(wěn)定的恒定電壓來保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要恒定功率，但是電力設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中消耗大量的電能，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)發(fā)熱等情況，從而會(huì)造成設(shè)備損壞，因此，可以用電氣設(shè)備來調(diào)整額定功率，將電壓調(diào)節(jié)在一定范圍之內(nèi)，從而使整個(gè)電力運(yùn)輸系統(tǒng)能承擔(dān)額外電壓，增強(qiáng)該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）調(diào)速節(jié)能，可以使用變頻器來進(jìn)行調(diào)整，變頻器可以用來調(diào)整設(shè)備轉(zhuǎn)速等，減輕其額定功率。為了保證設(shè)備正常運(yùn)行，各個(gè)電力設(shè)備（如鼓風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵等）都需要進(jìn)行整修和休息，在使用過程中加入變頻器來增強(qiáng)其使用時(shí)間，更重要的是來緩解電力系統(tǒng)的壓力。對這些電力設(shè)備進(jìn)行調(diào)速，有利于幫助其延長使用壽命，可以在出口處設(shè)置屏障，從而降低其轉(zhuǎn)速，但是這不利于水泵等設(shè)備節(jié)約資源，往往會(huì)用大量水力資源來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，因此，要想改變這種狀態(tài)，節(jié)約水力資源，就需要使用變頻器，變頻器在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，節(jié)約了資源，它僅僅是將電流發(fā)生轉(zhuǎn)變，將電阻等進(jìn)行調(diào)節(jié)，無需使用大量水力資源，所以更為方便快捷[5]。

4.3 保護(hù)電路

通過變頻器可以保護(hù)電路，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）發(fā)現(xiàn)電路異常時(shí)及時(shí)修理，可以通過變頻器調(diào)節(jié)電壓和電流，以防設(shè)備出現(xiàn)故障。（2）可以使用變頻器進(jìn)行電壓電流等的調(diào)節(jié)，避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以增強(qiáng)電力系統(tǒng)的承受能力，遇到電阻過高時(shí)，可以通過斷電等保護(hù)電力設(shè)備。

5 結(jié)語

變頻器以其優(yōu)越的性能和靈活的控制方式在交流電機(jī)的控制中得到廣泛應(yīng)用，解決了很多生產(chǎn)實(shí)際問題。但是變頻器在使用過程中也有局限性，所以仍然需要不斷研制新技術(shù)，以促進(jìn)其發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮其作用。