談?wù)劽旱V機(jī)電設(shè)備中變頻器的選擇

翟偉濤

摘要：本文在變頻器調(diào)速節(jié)能原理的基礎(chǔ)上分析了變頻器選型的具體原則和變頻器在煤礦機(jī)電設(shè)備當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用。變頻器應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備中后，一方面完善了設(shè)備的性能，一方面提高了煤炭的產(chǎn)量，此外還達(dá)到了節(jié)能的效果。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)電設(shè)備；變頻器；選型；應(yīng)用

1 煤礦機(jī)電設(shè)備的特點(diǎn)

我國的煤炭機(jī)電設(shè)備種類多，容量非常大，同時(shí)電壓指數(shù)高，很多均屬于重型設(shè)備，因此設(shè)備的功率也相對(duì)較大。設(shè)備對(duì)于可靠性和過載能力都具有非常高的要求。很多設(shè)備在長期運(yùn)行的過程中均處于低負(fù)荷和低效率的運(yùn)行模式，通常若與電纜的距離較大，則終端用電設(shè)備要經(jīng)過多個(gè)等級(jí)的變供電所。此外，設(shè)備的工作環(huán)境較差。我國的很多礦井主要服務(wù)于煤礦開采工作，很多設(shè)備需要長期在潮濕的環(huán)境中運(yùn)行，同時(shí)井下的有害氣體含量較高，空間不夠充足，井底的溫度較高，這也對(duì)設(shè)備自身的性能提出了更高的要求。設(shè)備運(yùn)行中長時(shí)間在井下，所以不利于維修和養(yǎng)護(hù)工作的正常開展，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，需要上井維修，維修所耗費(fèi)的時(shí)間也相對(duì)較長。

2 關(guān)于煤礦機(jī)電設(shè)備的變頻節(jié)能技術(shù)

2.1 提升機(jī)中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要采用的是轉(zhuǎn)子電路中的串金屬電阻實(shí)現(xiàn)機(jī)械調(diào)速，因?yàn)樵谶\(yùn)行過程中無法保證其安全性，此外還會(huì)產(chǎn)生較大的電能損耗，因此該技術(shù)已經(jīng)不再使用。當(dāng)前，煤礦新建的地面主副立井提升系統(tǒng)、井下暗斜井提升系統(tǒng)普遍應(yīng)用變頻拖動(dòng)技術(shù)，一些系統(tǒng)也積極進(jìn)行了技術(shù)上的改造，副井提升系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)的過程中需要承載多個(gè)設(shè)備和將井下人員送到井上的任務(wù)，作業(yè)時(shí)所面臨的工況具有較大的復(fù)雜性，所以載荷差異也比較明顯。使用變頻拖動(dòng)技術(shù)能夠很好地符合實(shí)際工況的要求。借助頻率變化來調(diào)整提升系統(tǒng)的運(yùn)行速度，同時(shí)也能在一定程度上改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。使用變頻拖動(dòng)技術(shù)能夠很好地提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率和水平，減少能源消耗，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和靈敏度也在這一過程中得到了保證，提升機(jī)的性能也得到了有效的改進(jìn)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全。將交流四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)與變頻防爆提升系統(tǒng)放在一起使用，能夠充分利用輸入和輸出接口對(duì)提升機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制，進(jìn)而保證提升機(jī)運(yùn)行的質(zhì)量和水平，也促進(jìn)了自動(dòng)化設(shè)備控制這一重要目標(biāo)。

2.2 變頻節(jié)能技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

在采煤機(jī)運(yùn)行過程中，變頻節(jié)能技術(shù)一般通過四象限交流變頻裝置完成對(duì)設(shè)備的控制工作。四象限運(yùn)行交流變頻調(diào)速具有能量回饋的功能。我國所生產(chǎn)的點(diǎn)牽引采煤機(jī)可以在額定轉(zhuǎn)速的條件下實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速功能，同時(shí)還可同時(shí)操作兩臺(tái)變頻器，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩平衡的調(diào)節(jié)和控制功能。兩臺(tái)變頻器中一臺(tái)是主機(jī)，一臺(tái)是副機(jī)，其調(diào)節(jié)速度快，范圍廣，操作便捷，能夠有效增強(qiáng)采煤機(jī)的靈敏度，為智能化采煤操作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.3 變頻節(jié)能技術(shù)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

變頻節(jié)能技術(shù)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用原理與其在提升機(jī)的應(yīng)用原理基本一致。帶式輸送機(jī)能夠有效地實(shí)現(xiàn)煤炭的井上與井下運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)中變頻拖動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用能夠很好地根據(jù)帶式輸送機(jī)的荷載水平來對(duì)輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行科學(xué)調(diào)整。和傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)相比，其采取的核心技術(shù)為液力耦合器技術(shù)。而與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，應(yīng)用變頻拖動(dòng)技術(shù)后，帶式輸送機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性更強(qiáng)，調(diào)速功能更加優(yōu)越，可有效減少輸送其中時(shí)所產(chǎn)生的張力，保證其運(yùn)行的質(zhì)量，使用壽命也得到了延伸。

2.4 變頻節(jié)能技術(shù)在流體負(fù)荷設(shè)備中的應(yīng)用

礦井通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)和水泵設(shè)備均屬于流體負(fù)荷設(shè)備。在通風(fēng)機(jī)中使用變頻設(shè)備能夠按照煤礦的生產(chǎn)需要，同時(shí)充分考慮采掘工作面的具體條件來對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整。礦井排水泵使用該技術(shù)后也能夠?qū)λ玫倪\(yùn)行起到有效的控制作用，從而減少設(shè)備維修的資金投入。

3 變頻器的選擇分析

變頻器的類型有很多，不同類型其運(yùn)行的特點(diǎn)也有著非常顯著的不同。根據(jù)主電路工作的基本形式，其主要分為電壓型和電流型兩種。根據(jù)開關(guān)的方式，其可分為三種主要形式，分別為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器。根據(jù)用途分類，其主要分為通用、高性能專用和高頻變頻器等。在新煤礦設(shè)備選型以及對(duì)當(dāng)前煤礦設(shè)備開展技術(shù)改造時(shí)，要充分以電壓、功率、負(fù)荷類型、運(yùn)行環(huán)境和控制方法等因素為重要基礎(chǔ)和前提。

若考慮功率因素，在選擇變頻器的過程中要保證變頻器與電動(dòng)機(jī)功率相同或相近時(shí)，其對(duì)變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)更為有利。電動(dòng)機(jī)與變頻器的功率相差較大時(shí)，要保證其對(duì)應(yīng)的變頻器功率與電動(dòng)機(jī)功率要保持在相似的水平，從而使二者更加匹配。若是需要經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，在變頻器選擇上可以選擇功率較大的類型。在完成設(shè)備的測(cè)試后，若出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功率剩余現(xiàn)象，則應(yīng)選擇額定功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，此外還要按照瞬時(shí)峰值電流來設(shè)置電流保護(hù)整定數(shù)值，避免發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象。若電動(dòng)機(jī)的功率與變頻器的功率存在明顯差異，則應(yīng)采用調(diào)節(jié)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)和控制，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。

從變頻器負(fù)載類型的角度來看，根據(jù)負(fù)載的實(shí)際特點(diǎn)來選擇合適的變頻器。不同變頻器其負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都存在著較大的差異，所以按照機(jī)械設(shè)備的工況和特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)分類主要有三種形式，一種是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，一種是恒功率負(fù)載，一種是降轉(zhuǎn)矩負(fù)載。恒功率負(fù)載通常要選擇U/F的控制模式來實(shí)現(xiàn)。

高壓變頻器與異步電動(dòng)機(jī)組成了變頻器控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要有兩種形式，一種是開環(huán)控制，一種是閉環(huán)控制。前者主要是借助無速度傳感矢量和普通功能的U/F來控制變頻器。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，但是其適應(yīng)性和精度方面還存在著一定的不足，所以一般不用于高精度的工程中。后者主要是借助速度傳感器矢量來完成控制工作，在異步電動(dòng)機(jī)上安裝上速度傳感器，同時(shí)將其輸入到變頻器當(dāng)中，進(jìn)而構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，其調(diào)速范圍更廣，轉(zhuǎn)矩控制效果好，因此應(yīng)用更廣泛。

4 結(jié)語

煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的過程中，變頻器是非常重要的一個(gè)設(shè)備，其選型的合理性會(huì)對(duì)煤礦工程建設(shè)產(chǎn)生非常顯著的影響，因此在選型過程中要充分考慮多個(gè)因素的影響，此外還要重視節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，只有這樣，才能更好地保證煤礦機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。