淺談3kV高壓變頻器應(yīng)用環(huán)境及可行性

李明 王亞洲

摘要：國內(nèi)許多煤礦機(jī)電設(shè)備不僅浪費(fèi)大量電能，而且還采用了反向調(diào)速方式，縮短了機(jī)電設(shè)備的使用壽命。3kv高壓變頻器在相關(guān)方面的應(yīng)用，不僅可以極大地優(yōu)化設(shè)備的性能，而且可以提高煤礦產(chǎn)量，降低能耗。本文就3kv高壓變頻器的相關(guān)可以運(yùn)用的環(huán)境進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

關(guān)鍵詞：3kv;高壓變頻器;應(yīng)用環(huán)境

近年來，電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)飛速發(fā)展，并且出現(xiàn)了一些新設(shè)備來改善原始系統(tǒng)中的缺陷。我們通常稱之為高壓變頻器，其輸入電源電壓通常高于3kV，這是一種大功率變頻器。就目前的國內(nèi)市場而言，電壓范圍為3kV至10kV，并且也有高-低-高，低-高和高-高這幾種類型。對于傳統(tǒng)的高壓變頻器，主要包括晶閘管整流器，硅變頻器等結(jié)構(gòu)，存在很多弊端，產(chǎn)生的諧波會影響電網(wǎng)和電動機(jī)的正常使用。

1 ?3kV變頻器的應(yīng)用

1.1 ?3kV高壓變頻器的應(yīng)用安全性分析

3kv高壓變頻器是基于變頻器的調(diào)整原理。諸如啟動時(shí)的低頻，低速和低電流以及在運(yùn)行期間相對穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了“軟啟動”的目標(biāo)。該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有效地防止了在先前的工頻啟動過程中大電流轉(zhuǎn)矩對電機(jī)，電纜和開關(guān)的影響，從而在某種程度上有效地延長了設(shè)備的使用壽命。高壓變頻器受產(chǎn)品使用環(huán)境，運(yùn)行參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行條件等因素的影響，在使用過程中經(jīng)常會引起一些錯誤，這些錯誤降低了變頻器的使用效率，并進(jìn)一步影響了操作安全性。例如，在將高壓變頻器被應(yīng)用于鋼廠的過程中，會發(fā)生數(shù)次跳閘，從而導(dǎo)致軋機(jī)以高速度折斷鋼帶并堆放鋼，從而迫使酸洗廠停工。這不僅對公司的安全生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響，而且對公司的經(jīng)濟(jì)也有很大的影響。

1.2 用于改善環(huán)境的建筑空間的限制

首先是建筑空間的限制，高壓變頻器對空間的位置有限制。為了減少高壓變頻器的基礎(chǔ)設(shè)施投資，提高轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)化高壓變頻器的工作環(huán)境，一般3kV變頻器和其他高壓變頻器采用轉(zhuǎn)換方式，由于相關(guān)篇幅的限制，以后再進(jìn)行附加工程是很難操作的。其次，由于技術(shù)接口的不對稱性，現(xiàn)有的3kV變頻器中存在許多備用技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，與當(dāng)前的技術(shù)接口存在一定的不兼容，這阻礙了3kV變頻器工作環(huán)境的改善。

1.3 各種環(huán)境因素導(dǎo)致高壓變頻器事故

中國國家電網(wǎng)的建設(shè)非常完整。許多高能耗企業(yè)必須單獨(dú)使用高壓變頻器，其中3kV高壓變頻器主要用于沿海鋼廠。工作環(huán)境惡劣，無法保證變頻器處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。 3kV變頻器的應(yīng)用環(huán)境是恒定的，沿海鋼廠使用的3kV變頻器，它的應(yīng)用環(huán)境是沿海地區(qū)晝夜溫差大，粉塵多，腐蝕性強(qiáng)，濕度高，鹽分高，對于鋼廠3kV變頻器來說處于極其惡劣的環(huán)境下。影響設(shè)備的工作穩(wěn)定。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，重工業(yè)企業(yè)由于變頻器事故而停電，經(jīng)濟(jì)損失繼續(xù)加劇，嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。我國對高壓變頻器的特殊環(huán)境應(yīng)用和現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行了大量的研究，目前的運(yùn)行環(huán)境是需要解決的重要問題。

1.4 高壓變頻器對運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)狀態(tài)

使高壓變頻器適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境，高壓變頻器在運(yùn)行期間會消耗能量，該能量會通過熱量散發(fā)。應(yīng)用環(huán)境的差異會對能量損失產(chǎn)生一定的影響。通常會發(fā)生3-4%的熱損失。3kV變頻器大多是水冷式變頻器。由于部件產(chǎn)生靜電，變頻器周圍空氣中的灰塵和氧化鐵粉會吸附在變頻器表面上，從而使變頻器環(huán)境惡化。當(dāng)前，導(dǎo)致3kV變頻器運(yùn)行不穩(wěn)定的原因主要是由于工作環(huán)境的變化導(dǎo)致電路板的電阻和電容減小，并且母線之間的絕緣性降低，從而引起火災(zāi)。由于變壓器工作環(huán)境的多樣性，變頻器的生產(chǎn)和制造很普遍。它與特殊的工作環(huán)境無關(guān)，在嚴(yán)重的情況下可能會導(dǎo)致故障。

2 高壓變頻器應(yīng)用環(huán)境

2.1 采煤機(jī)中高壓變頻器的應(yīng)用

將高電壓變頻器應(yīng)用于采煤機(jī)。高電壓變頻器通常用于采煤機(jī)中，在進(jìn)行煤礦開采時(shí)，通常會受到特殊操作技術(shù)和煤礦開采條件的限制，這常常影響煤礦開采的正常發(fā)展。這就要求煤礦公司在短期內(nèi)妥善處理煤礦場址與環(huán)境狀況之間的關(guān)系，以確保穩(wěn)定高效的運(yùn)行。短期內(nèi)安裝高壓變頻器將提供理想的操作結(jié)果。在可操作性方面，短期比長期更簡單，更靈活。這促進(jìn)了變頻器的升級和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了變頻器的采礦優(yōu)勢的擴(kuò)展，并顯著增加了煤礦開采量。另外，在短期內(nèi)安裝高壓變頻器可以解決能源浪費(fèi)的問題。例如，為了避免在操作過程中偶然出現(xiàn)脈石，采煤機(jī)經(jīng)常使用功率大于其實(shí)際操作功率的電動機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)操作，經(jīng)常將負(fù)荷增加40%至50%，因此許多采煤作業(yè)浪費(fèi)了。通過對能量高壓變頻器進(jìn)行剪切優(yōu)化，即改變高壓變頻器的結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的節(jié)能效果。

2.2 高壓變頻器在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用

礦井提升機(jī)的主要功能是加強(qiáng)地下與地面之間的連接，因此礦井提升機(jī)的靈敏度更高。但是，如果缺乏定期維護(hù)或更換，只在煤礦現(xiàn)場長期使用，會大大降低設(shè)備的靈敏度。另外，在使用提升機(jī)時(shí)，必須進(jìn)行速度調(diào)節(jié)以避免發(fā)生安全事故。

考慮到這一點(diǎn)，可以將高壓變頻器安裝在礦井提升機(jī)上，并且可以結(jié)合變頻器的調(diào)速技術(shù)來優(yōu)化和改造提升機(jī)控制系統(tǒng)，從而有效地控制提升機(jī)的運(yùn)行速度。調(diào)整速度時(shí)，可以調(diào)整發(fā)動機(jī)速度或啟動發(fā)動機(jī)以滿足礦井提升機(jī)的負(fù)載要求。結(jié)合變頻器的有效控制，提升機(jī)在運(yùn)行過程中特別穩(wěn)定，安全，平穩(wěn)，制動操作和信號處理特別快，極大地提高了整機(jī)的性能和靈敏度。另外，傳統(tǒng)的煤礦提升機(jī)的速度控制方法是采用繞制電動機(jī)串聯(lián)電阻的方法。使用時(shí)，轉(zhuǎn)子電路的串聯(lián)電阻會浪費(fèi)能量和資源。高壓變頻器的重要特征是節(jié)省能源。結(jié)構(gòu)和功能的轉(zhuǎn)變可以大大提高提升機(jī)的節(jié)能效果，避免浪費(fèi)電力資源。

2.3 高壓變頻器在煤礦通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

通風(fēng)機(jī)作為煤礦開采中的重要機(jī)電設(shè)備，對采礦環(huán)境的安全至關(guān)重要。在煤礦現(xiàn)場，重要的是要確保通風(fēng)機(jī)全天候處于不間斷的通風(fēng)狀態(tài)。然而，在煤礦公司的實(shí)際采礦環(huán)境中，難以確保在所有天氣條件下的順暢通風(fēng)操作。為了節(jié)省生產(chǎn)成本，某些煤礦僅在采礦過程中打開通風(fēng)機(jī)，而在采礦條件結(jié)束時(shí)關(guān)閉通風(fēng)機(jī)。

這樣對礦井的通風(fēng)條件造成不利影響，難以達(dá)到理想的通風(fēng)效果，從而威脅到煤礦工人的生命安全和開采安全，不利于煤礦生產(chǎn)的順利發(fā)展。作為煤礦企業(yè)，生產(chǎn)成本管理是一個非常重要的方面，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，煤礦企業(yè)不僅可以降低通風(fēng)設(shè)備的能耗，還可以通過在通風(fēng)設(shè)備中安裝高壓變頻器來降低通風(fēng)設(shè)備的影響。電網(wǎng)的侵犯大大延長了機(jī)電設(shè)備的使用壽命，在通風(fēng)機(jī)上安裝高壓變頻器可以消除煤礦安全隱患，大大提高了煤礦安全系數(shù)。

3 可行性應(yīng)用分析

基于3kV變頻器模塊化結(jié)構(gòu)的成功開發(fā)提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。隨著模塊化變頻器的出現(xiàn)，我們解決了使用變頻器損壞后難以修復(fù)的問題。當(dāng)前，高壓變頻器通常是單獨(dú)運(yùn)輸?shù)?，在現(xiàn)場放置之后進(jìn)行設(shè)備組裝和布線調(diào)試。這與通過多個獨(dú)立部門進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)施和過程控制期間的設(shè)備組裝測試以及通過質(zhì)量檢查部門進(jìn)行的最終檢查和交付過程控制不一致。

結(jié)語：

總之，在中國積極倡導(dǎo)節(jié)能減排的現(xiàn)狀下，相關(guān)企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中應(yīng)特別注意節(jié)能減排。其中，注意高壓變頻器在相關(guān)領(lǐng)域設(shè)備中的合理選擇和應(yīng)用。它不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的靈敏度提高，大大降低了能耗，而且使機(jī)電設(shè)備工作更穩(wěn)定，延長了使用壽命。

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