變頻器應(yīng)用綜述

魏成崗

摘要：隨著時(shí)代發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)家要求各煤炭集團(tuán)要應(yīng)用高新技術(shù)來改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)。那么變頻器對(duì)于礦山來說就成了必不可少的一部分，變頻器在礦山的作用也顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：變頻器；變頻節(jié)能；功率因素節(jié)能；軟啟動(dòng)節(jié)能

變頻技術(shù)誕生背景是交流電機(jī)無線調(diào)速的廣泛需求。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大故障率高而應(yīng)用受限。變頻技術(shù)真正發(fā)展起來時(shí)在20世紀(jì)90年代，因?yàn)檫@時(shí)變頻器才被人們所廣泛的使用。那什么是變頻器了，變頻器就是是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。

一、變頻器在礦山的主要作用有三個(gè)部分

（一）變頻節(jié)能

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。電動(dòng)機(jī)使用變頻器的作用就是為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個(gè)過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語為“inverter”（逆變器）。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。對(duì)于主要用在儀器儀表的檢測(cè)設(shè)備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對(duì)波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，叫變頻電源。

（二）功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

（三）軟啟動(dòng)節(jié)能

電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。從理論上講，變頻器可以用在所有帶有電動(dòng)機(jī)的機(jī)械設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，電流會(huì)比額定高5–6倍的，不但會(huì)影響電機(jī)的使用壽命而且消耗較多的電量.系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)在電機(jī)選型上會(huì)留有一定的余量，電機(jī)的速度是固定不變，但在實(shí)際使用過程中，有時(shí)要以較低或者較高的速度運(yùn)行，因此進(jìn)行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、補(bǔ)償功率因素、通過改變?cè)O(shè)備輸入電壓頻率達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，而且能給設(shè)備提供過流、過壓、過載等保護(hù)功能。

變頻器在國(guó)內(nèi)煤礦的應(yīng)用主要集中在帶式輸送機(jī)和提升絞車兩個(gè)方面，在我礦變頻器在皮帶機(jī)上的應(yīng)用效果更為明顯：

眾所周知，皮帶是一個(gè)彈性體，在靜止或運(yùn)行時(shí)皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量，在皮帶機(jī)起動(dòng)過程中，如果不加設(shè)軟起動(dòng)裝置，皮帶內(nèi)貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去。過大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，帶式輸送機(jī)必須加設(shè)軟起動(dòng)裝置。需要運(yùn)用普傳變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改造。

二、隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和變頻技術(shù)的成熟，國(guó)家明文規(guī)定，在提升較車系統(tǒng)中，推薦使用交流變頻調(diào)速器

采用交流變頻大調(diào)速器對(duì)提升絞車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)具有如下優(yōu)勢(shì)：

第一，控制精度高。通常普傳變頻器都采用磁通矢量控制，使得交流電機(jī)的調(diào)速性能與直流電機(jī)幾乎相等，控制精度非常高。

第二，工作可靠性高。普傳變頻器采用的是電子器件，壽命長(zhǎng)，且具有完善的保護(hù)功能，用于提升絞車控制時(shí)，其可靠性很高。

第三，基本無維護(hù)工作量，減低了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

第四，調(diào)速范圍寬廣，屬于無級(jí)調(diào)速，低速時(shí)穩(wěn)定性好。

第五，節(jié)能。普傳變頻器屬于轉(zhuǎn)差功率不變型的調(diào)速方式，在整個(gè)調(diào)速過程中其節(jié)能方式表現(xiàn)為兩個(gè)方面：

① 提升狀態(tài)的節(jié)能當(dāng)提升絞車處于向上提升狀態(tài)時(shí)，電機(jī)工作于電動(dòng)狀態(tài)，由于提升絞車屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速降低多大比例節(jié)能就為多大比例。

② 下放狀態(tài)當(dāng)提升絞車處于下放狀態(tài)時(shí)，此時(shí)電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。

三、乳化液泵站乳化液泵站主要為液壓支架提供恒定的液體壓力

平時(shí)液壓支架基本不動(dòng)，但乳化液泵仍長(zhǎng)時(shí)工作，耗能巨大。如果采用變頻驅(qū)動(dòng)，采用壓力傳感器形成閉環(huán)恒壓控制，當(dāng)移動(dòng)液壓支架時(shí)，乳化液泵提高液體流量，維持變力不變；當(dāng)不移動(dòng)液壓支架時(shí)，乳化液泵提供小流量液體維持壓力不變，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。

四、結(jié)語

隨著礦山建設(shè)的不斷科技化，變頻器將會(huì)應(yīng)用的更廣泛，將會(huì)起到更大的作用，所以對(duì)變頻器的了解和學(xué)習(xí)，對(duì)我們礦山將來的更好建設(shè)和發(fā)展非常重要。