淺議變頻節(jié)能技術(shù)在礦山設(shè)備中的應(yīng)用情況和前景

張繼國

【摘 要】隨著我國科技水平的不斷提高，有關(guān)能源的問題也越來越凸顯出來。由此，變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)運而生，它受到了包括我國在內(nèi)多個國家的重視。目前，節(jié)能技術(shù)在我國的礦業(yè)企業(yè)中發(fā)揮著尤為顯著的作用，變頻節(jié)能技術(shù)在礦山設(shè)備中也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，它的技術(shù)水平也逐漸走向成熟。本文主要就變頻節(jié)能技術(shù)在礦井中的應(yīng)用和前景進(jìn)行詳細(xì)的討論。

【關(guān)鍵詞】變頻節(jié)能；礦山設(shè)備；應(yīng)用前景

0 引言

目前，水泵與風(fēng)機在礦山企業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它的交流驅(qū)動主要是通過改變出口閥的開度來調(diào)節(jié)流量和空氣流量，這樣產(chǎn)生的能量損失較大。為了節(jié)約能源，可以使用變頻裝置，通過調(diào)節(jié)電機的速度來控制流量和空氣流量。

1 變頻器在露天礦山設(shè)備中的應(yīng)用

1.1 電鏟

電鏟主要作用是用于裝載巖石等，它的工作條件非常苛刻，特別是在進(jìn)行挖掘工作時，爆破不完全等情況往往會產(chǎn)生過分的沖擊負(fù)荷，甚至導(dǎo)致電鏟停止工作。

所以電鏟的使用對電氣傳動系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)如下：

（1）要求系統(tǒng)運行必須可靠；

（2）它需要一個大面積的傳輸特性曲線，有足夠的電源；

（3）符合制動性能良好的系統(tǒng)要求，并能回收能量；

（4）有良好的調(diào)速性能，并要求它可以四象限操作；

（5）要求它可以實現(xiàn)增速、減速和反轉(zhuǎn)；動態(tài)響應(yīng)快；

（6）維修方便。

由于鏟子對工作環(huán)境的特殊要求，目前我國正在使用的是電力驅(qū)動系統(tǒng)是直流傳動系統(tǒng)。自上個世紀(jì) 90 年代，中國有個別采礦企業(yè)從美國公司引進(jìn)松鼠籠電機系統(tǒng)（稱為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)），這是鏟全電動驅(qū)動系統(tǒng)的交換。例如：385-B，295-BⅡ，290-BⅢ鏟是充分交流鏟子，由德國西門子公司研制的，電壓轉(zhuǎn)換器提供?，F(xiàn)在我們以395-B型號的電鏟為例作一簡要介紹：高壓交流電由電纜經(jīng)集電環(huán)引入電鏟，由1600 kVA主變壓器將6 kV變?yōu)?75 V，由1950 A的整流器將交流變?yōu)橹绷?，?jīng)濾波后送入直流母線。在直流母線上的有四個逆變器，其中兩套合并成一個平臺并聯(lián)功率，提高電動機容量；第三臺逆變器供電兩臺容量各為243kW的回轉(zhuǎn)電動機；第四臺逆變器供電給容量為294kW推壓電動機。通過實踐我們可以知道，交流變頻調(diào)速的電鏟與其他類型的電鏟比起來，具有明顯的優(yōu)勢：它有很好的節(jié)能性能，并且工作速度快，可靠性高，同時又具有維護成本低、效率高等其他優(yōu)點。

1.2 牙輪鉆機中變頻器的應(yīng)用

牙輪鉆機是用于給露天礦、特別是大型露天礦進(jìn)行穿孔的重要設(shè)備。 對于牙輪鉆機的工作屬性，為了保證它能在不同的地層保持同樣良好的工作狀態(tài)，就需要鉆機根據(jù)巖石性質(zhì)的不同來進(jìn)行無極變速旋轉(zhuǎn)。鉆機的上升和行走機構(gòu)也需要牙輪鉆機能進(jìn)行無極調(diào)速。

在牙輪鉆機上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)有著非常顯著的效果，不僅能夠使它在最大的程度上節(jié)約能源，更重要的是還可以大大提高工作的效率，同時又能減少維護和維修帶來的大量工作。牙輪鉆機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)電動機安裝在鉆桿的頂端，它的工作條件異常苛刻，在過去使用直流電機的情況下經(jīng)常損壞，導(dǎo)致維修工作量增加，影響回轉(zhuǎn)鉆頭的工作效率和設(shè)備的正常運行。所以使用交流松鼠籠型電動機取代直流電機、直流轉(zhuǎn)換器，已成為牙輪鉆機公認(rèn)的發(fā)展方向。想要在牙輪鉆機將變頻調(diào)速技術(shù)得到完美的應(yīng)用存在一定的難度，它的難點體現(xiàn)在：牙輪鉆機對變頻調(diào)速技術(shù)的要求之高不容易達(dá)到。因為不同巖石之間存在著很大的差異，鉆機極有可能在工作過程中被卡住鉆頭，堵轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)機構(gòu)，這就需要其具備挖掘機特性，當(dāng)發(fā)生堵轉(zhuǎn)的情況后，可以立即反轉(zhuǎn)并重新啟動鉆井功能。因此我國的牙輪鉆機目前還沒有得到更加廣泛的應(yīng)用，而是出于初級的研究發(fā)展階段。

2 在地下礦山中的應(yīng)用變頻設(shè)備

礦井提升機主要負(fù)責(zé)礦山的地下運輸工作，它是礦山工作不可或缺的重要設(shè)備。它是用一定的設(shè)備將矸石、升降人員，設(shè)備等其他物品進(jìn)行運輸?shù)沫h(huán)節(jié)。

礦井提升這項工作是地下礦山生產(chǎn)的重中之重，所以無論提升機的形式是什么樣的，它都對電氣傳動有著非常高的要求，這是因為礦山的礦井提升是礦山能正常運作的有力保障，而電力傳輸系統(tǒng)的性能、可靠性，是礦井提升系統(tǒng)能完美運行的保險。因此，對于礦井提升機有以下的要求：首先要有足夠良好的調(diào)速性能，要求它可以四象限運行，且可以進(jìn)行反向操作，對指令等動態(tài)響應(yīng)快，要求可靠性高。目前，地下礦山提升機主要有直流系統(tǒng)和晶閘管變流器直流電機系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)的缺點是固有的直流電機所具備的的通病，如高效率，大保養(yǎng)的工作量等。使用電機轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速，這種設(shè)備裝置簡單，運行速度慢，效率低、消耗功率的電動機轉(zhuǎn)子電阻的大，可靠性相當(dāng)?shù)汀?/p>

在未來的發(fā)展中，變頻調(diào)速技術(shù)一定會應(yīng)用到礦井提升的系統(tǒng)中，這是必然的發(fā)展趨勢。在我國有幾個大型的礦井企業(yè)應(yīng)用著交 - 交變頻調(diào)速系統(tǒng)的礦井提升裝置，他們?nèi)〉昧肆己玫男Ч?，但同時它的缺點也展露了出來。它的缺點是功率因數(shù)值過低，諧波大，這直接影響了設(shè)備的工作效率和工作質(zhì)量。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，交 - 直 - 交電壓頻率控制方式也已經(jīng)嶄露頭角，在礦井提升機得到了應(yīng)用。例如，國外的礦井提升機前面的三電平變頻器，據(jù)介紹，這種逆變器交-直調(diào)速系統(tǒng)的使用可以克服和交-交變頻控制系統(tǒng)存在的缺點，是提升發(fā)展所述電驅(qū)動單元的方向。例如，小型交流變頻器已得到成功應(yīng)用。

3 選擇變頻器應(yīng)注意的事項

在購買變頻器時不能盲目跟風(fēng)選擇，要根據(jù)自身實際需要來進(jìn)行選擇變頻調(diào)速器。這是因為變頻器——特別是高壓變頻器，它的價格非常昂貴，一旦出現(xiàn)選擇不當(dāng)?shù)那闆r，不僅起不到節(jié)約能源和提高生產(chǎn)效率的作用，反而會造成浪費以及不必要的麻煩和損失。

在選擇變頻器時，要從以下幾個方面著手考慮：

（1）進(jìn)行可行性分析；

（2）變頻器的可靠性；

（3）型號；

（4）效率；

（5）功率因數(shù)；

（6）輸出容量和額定輸出電流；

（7）率范圍；

（8）電源容量和允許電壓變化的范圍；

（9）保護功能。

4 結(jié)論

《中華人民共和國節(jié)約能源法》第三十九條中提到，變頻技術(shù)正作為一種主要的節(jié)能技術(shù)在進(jìn)行廣泛的推廣。變頻器在煤礦方面應(yīng)用的重要目的之一就是節(jié)約能源，如風(fēng)機、 水泵的使用；在保證節(jié)約能源的基礎(chǔ)上，同時又能提高生產(chǎn)效率，減少維護工作量，提高產(chǎn)品質(zhì)量和其他用途，如鐵鍬，旋挖鉆機，礦井提升機。在礦山應(yīng)用變頻器和其它部門有相同之處，也有不同之處，如電鏟、牙輪鉆機、礦井提升機等設(shè)備應(yīng)用變頻器有一些特殊要求，所用的變頻器還有一些技術(shù)開發(fā)工作要做。

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[責(zé)任編輯：周娜]