摘要在礦山應用變頻調(diào)速技術(shù)對于提高礦山生產(chǎn)設(shè)備的效率，節(jié)約電能都是至關(guān)重要的。礦山如何正確應用頻調(diào)速技術(shù)正確了解礦山設(shè)備對變頻器的特殊要求、及如何選擇變頻調(diào)速器很重要
　　關(guān)鍵詞變頻調(diào)速器，礦山設(shè)備，變頻器的選擇，節(jié)能
　　1.論文前言
　　礦山按產(chǎn)品類型可分為煤礦、金屬礦和非金屬礦山等；按采掘方式可分為露天開采礦山和地下開采礦山兩大類。本文主要介紹變頻調(diào)速器在露天石灰石礦山中的應用的現(xiàn)狀和應用前景，對煤礦亦有參考價值，因為露天煤礦和露天石灰石礦開采方式和生產(chǎn)設(shè)備基本相同。
　　露天礦山開采是以大型設(shè)備為主要特點，要求優(yōu)良的電氣傳動系統(tǒng)，以保證這些大型設(shè)備的高效率運行。露天礦山所用于穿孔的牙輪鉆機，用于裝載礦、巖石的電鏟(挖掘機)，用于運輸?shù)V、巖石的大型汽車皮帶機，板式給礦機，以及用于對礦石運輸過程中產(chǎn)生的灰塵進行除塵的除塵設(shè)備都是耗能大戶，因此，這些設(shè)備的安全運行和節(jié)能也至關(guān)重要。
　　本文主要介紹目前鎮(zhèn)江船山集團有限公司老系統(tǒng)除塵設(shè)備改造時及鎮(zhèn)江句容船山建材有限公司建礦時采礦設(shè)備電鏟應用變頻器的應用狀況，以及如何正確地選用變頻器等。
　　2變頻器在采礦設(shè)備中的應用
　　2.1電鏟
　　電鏟用于裝載礦巖，其工作條件非常惡劣，特別是在爆破不好的情況下挖坑底作業(yè)，經(jīng)常出現(xiàn)過大的沖擊載荷，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，電鏟對電氣傳動系統(tǒng)就有較高的要求:要求電氣傳動系統(tǒng)的機械特性曲線的包絡(luò)面積大，有足夠的有用功率；要求有良好的調(diào)速性能，能四象限運行，能快速地進行加、減速和反轉(zhuǎn)，動態(tài)響應速度快；要求系統(tǒng)制動性能好，并能回收能量；要求系統(tǒng)運行可靠，維修方便等。由于電鏟對電氣傳動系統(tǒng)的這些特殊要求，所以，我國電鏟目前應用的電氣傳動系統(tǒng)主要還是直流傳動系統(tǒng)。雖然后者比前者技術(shù)先進，也解決了部分調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)問題，效率也有所提高，但這兩種系統(tǒng)都還存在直流電機的固有的缺點，即維修工作量大、效率較低等。
　　鎮(zhèn)江句容建材有限公司隸屬于江蘇船山集團，建材公司投產(chǎn)采用采礦設(shè)備電鏟時，結(jié)合船山集團公司采礦設(shè)備的特點，沒有采購晶閘管交流系統(tǒng)的電鏟，而是直接購買了電氣系統(tǒng)從美國進口的變頻器鼠籠電動機系統(tǒng)的電鏟295-BⅡ型電鏟，這是全交流化的電鏟電氣傳動系統(tǒng)，也稱交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速器由德國SIEMENS公司開發(fā)、提供的電壓型變頻器。當某工作機構(gòu)處于再生制動工作時，逆變器將再生制動能量反饋到公共直流母線上，可供其它工作機構(gòu)使用，使能量得到充分利用。使用不完的制動能量，可以通過制動電阻消耗掉。
　　句容船山建材公司同時也從船山集團借用了一臺295-B型的電鏟，通過兩只電鏟每日采礦量的記錄以及維修的記錄，前者比后者的采礦量高出1/3多，且維修量是后者的1/3，從節(jié)能記錄上看，前者比后者節(jié)能多達每正常工作日達1750kwh。實踐證明，交流變頻調(diào)速電鏟和前兩種直流調(diào)速電鏟相比，具有節(jié)約電能、調(diào)速性能好、可靠性高、維護量小、生產(chǎn)效率高、功率因數(shù)高(0.95以上)等優(yōu)點，是公認的電鏟電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。
　　2.2變頻調(diào)速技術(shù)在除塵設(shè)備中的應用
　　露天礦山開采，尤其是礦石的運輸過程中易產(chǎn)生大量的灰塵，除環(huán)境的影響非常大，同時對設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)以及崗位工的日常巡視與人身健康都帶來許多不利因素。船山集團交流的除塵設(shè)備采用的是同步電機拖動，恒速運轉(zhuǎn)，容量大，電機供電電壓高（10kV)。
　　船山集團老系統(tǒng)的生產(chǎn)隨著采礦設(shè)備的不斷更新，產(chǎn)量逐漸增大，作業(yè)時間增長，因此對除塵設(shè)備的開機時間也逐漸要求增大。這就帶來的是除塵設(shè)備的維修量加大，尤其是當操作工調(diào)節(jié)風門時如果調(diào)節(jié)不當，導致風機抖動大，電機燒壞的頻率加大，同時能耗量明顯加大，生產(chǎn)成本明顯加大。
　　通過與兄弟單位的技術(shù)交流以及結(jié)合采礦除塵設(shè)備的特點，船山集團老系統(tǒng)從長遠考慮購買了同步電機直接高壓變頻器，高壓變頻器采用SIEMENS公司的SIMOVERTMV型三電平高壓變頻器。經(jīng)過改造于2003年10月投入運行，節(jié)電效果也是十分顯著的。下面簡要介紹高壓變頻器。
　　同步電機高壓變頻器主要有兩類，即他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)和自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬速度開環(huán)控制。自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)可以使同步電機不存在失步和振蕩等問題，所以一般都采用自控式運行。
　　我們與有關(guān)單位合作研制開發(fā)的這種同步電機直接高壓變頻調(diào)速裝置是采用交-直-交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng)，屬自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)，它由變頻器、同步電機、轉(zhuǎn)子位置檢測器以及控制系統(tǒng)組成。變頻器主電路采用晶閘管串聯(lián)組成的高壓閥串作為功率元件，它是利用同步電機的反電勢來關(guān)斷逆變器的晶閘管，它沒有強迫換流電路，因而主電路結(jié)構(gòu)簡單。變頻器的框圖如圖3所示。
　　圖1同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖
　　圖1中，硬件全套設(shè)備由高壓開關(guān)切換柜(圖中未表示出)、整流柜、逆變柜、勵磁柜、控制柜、操作臺及交流進線電抗器、直流平波電抗器、轉(zhuǎn)子位置檢測器、光電編碼器等到部分組成。
　　根據(jù)凡口礦生產(chǎn)的情況需要，本高壓變頻器按周期性的固定頻率運行，早班(8:30~15:30)變頻裝置運行在40Hz，中班(16:30~24:00)運行在40Hz，夜班在24:30~7:30，變頻器運行于40Hz，每班交接班時間為1小時，此時破碎設(shè)備和篩分設(shè)備停機，在這期間變頻器運行在28HZ。
　　經(jīng)節(jié)能測試及能量平衡測試，以老系統(tǒng)的除塵設(shè)備運行的實際記錄，在正常生產(chǎn)期間，節(jié)電率達42%;節(jié)假日時變頻器運行于28Hz，節(jié)電率達73%。年節(jié)電為64.24萬kWh，在不到一年的時間內(nèi)，就由節(jié)電費用收回到了高壓變頻器的全部投資，經(jīng)濟效益十分顯著。
　　3選擇變頻器應注意的事項
　　變頻器，特別是高壓變頻器價格昂貴，如選擇不當，達不到節(jié)電和提高生產(chǎn)效率的目的，以致造成浪費和不必要的麻煩和損失。在這里，提供一些選擇變頻器的意見，供參考。
　　3.1根據(jù)工藝要求選擇變頻器
　　(1)電機調(diào)速雖是風機、水泵節(jié)能的有效途徑，但并非凡是風機、水泵都能采用調(diào)速節(jié)電。對于工藝參數(shù)基本穩(wěn)定，不需要調(diào)速的風機、水泵可以采用高效節(jié)能電機和高效節(jié)能風機，以提高系統(tǒng)效率。通常最低轉(zhuǎn)速不少于額定轉(zhuǎn)速的50%，一般調(diào)速范圍在100%~70%之間為宜，因為當轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40%~50%時，風機、水泵本身的效率明顯下降，是不經(jīng)濟的;調(diào)速范圍確定時，應注意避開機組的機械臨界共振轉(zhuǎn)速，否則調(diào)速至該諧振頻率時，將可能損壞機組。
　　(2)進行可行性分析
　　在選擇要進行的變頻調(diào)速的設(shè)備對象以后，應從提高效率或提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要情況，從節(jié)約電能的情況進行分析、計算，并與變頻器的投資進行比較，計算出變頻器的投資回收期。一般來說，如能從節(jié)約的電費或從提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率等方面所得的收益中，在兩年內(nèi)償還變頻器的投資，都應認為是可行的。同時還應分析外部條件是否滿足變頻器的使用要求。
　　(3)變頻器的可靠性
　　變頻器的可靠性如何，直接決定了變頻器能否成功地應用于生產(chǎn)。這是選擇哪種變頻器的首要條件。有的礦山所購買的變頻器可靠性不高，加之自身的維修技術(shù)力量不強，變頻器出了故障，只好仃下，甚至棄用。造成損失，同時也為變頻器的繼續(xù)推廣應用帶來負面影響。
　　(4)根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)規(guī)格和技術(shù)參數(shù)來選擇變頻器在按工藝要求、電源條件、場地及容量等選擇了變頻器方案后，再具體到選擇哪個廠家的哪種高壓變頻器。在選擇變頻器時可以根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料及報價表來選擇。
　　變頻器的制造廠家和經(jīng)銷商都會向準備購買變頻器的用戶提供樣本及報價。在樣本中，廠家公開說明其產(chǎn)品種類、特性、技術(shù)指標和特點，用戶在訂貨前通過對產(chǎn)品樣本資料可以對其產(chǎn)品有大概了解。因此對產(chǎn)品樣本的閱讀和了解是比較各廠家變頻器性能的重要依據(jù)。
　　3.2主要應考慮的技術(shù)規(guī)格和技術(shù)參數(shù)
　　(1)型號
　　各廠家生產(chǎn)的變頻器的型號多是系列號和容量的組合，通過對型號和規(guī)格得了解，
　　可以確認該廠家生產(chǎn)的品種，對用戶來說，不一定會使用到全系列的變頻器，但可以從型號、規(guī)格、所采用的功率元件、控制技術(shù)等方面判斷廠家的實力和生產(chǎn)態(tài)勢，甚至可以從一個方面判斷其產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品品種齊全，容量覆蓋范圍大，功率元件及控制技術(shù)先進的廠家，一般來說其實力強，生產(chǎn)態(tài)勢好，產(chǎn)品質(zhì)量一般來說也會有較好的保障。
　　(2)效率
　　變頻器效率的高低，直接關(guān)系到變頻器調(diào)速節(jié)能的多少，因為在變頻器運行時，變頻
　　器本體也要消耗一部分電能。一般來說直接高壓變頻器的效率都可達到0.97~0.98,而高-低-高式高壓變頻器由于多一個變壓器的損耗，使其系統(tǒng)效率有所降低。
　　(3)功率因數(shù)
　　在整個調(diào)速范圍內(nèi)，功率因數(shù)的變化是一項重要指標。最好是在整個調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)都保持在0.95以上，以使其符合國家標準GB3485-83的標準，這只有電壓型變頻器和IGBT單相變頻器串聯(lián)的高壓變頻器能夠滿足此項規(guī)定。而電流型變頻器較難滿足這項要求。
　　(4)諧波
　　國家對電網(wǎng)諧波有嚴格要求。限制用戶非線性諧波設(shè)備注入電網(wǎng)的諧波電流，是限制電網(wǎng)電壓正弦波畸變的關(guān)鍵。所用的高壓變頻器的諧波(即裝置對電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波)必須符合國標GB/T14549-93“電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波”的規(guī)定，在國際上要符合IEEE-519標準的規(guī)定。對于電流型變頻器如采用六脈沖整流，則5次、7次諧波都超過了這個標準，應采用12脈沖整流或附加諧波補償措施。
　　(5)輸出容量和額定輸出電流
　　變頻器輸出容量以kVA或kW表示，它代表可以供給電動機的輸出功率。用kW表示時，一般以四極標準電機為基礎(chǔ)考慮;用kVA表示，需進行核算。額定輸出電流是在額定電壓下變頻器能夠連續(xù)輸出的電流值。在以輸出容量為標準選擇了變頻器以后，還應對額定輸出電流進行核算，以使電動機的額定電流不要超過變頻器的額定輸出電流。
　　(6)率范圍
　　由最低使用頻率和最高頻率定義調(diào)速范圍。最低使用頻率的意思與起動頻率不同。起動頻率很小時，并不一定能使電機從該頻率起動。變頻器要對最高頻率設(shè)定，對風機、水泵的最高頻率應設(shè)定(即箝位)在50Hz，所有的變頻器都可滿足這個要求，在選擇變頻器時可不作考慮，但使用中需注意此點。
　　(7)電源容量和允許電壓變化范圍
　　供給變頻器的電源容量應足夠大，電源電壓變化范圍應在變頻器允許的范圍。用戶在選擇變頻器時應根據(jù)自己電網(wǎng)容量及電網(wǎng)電壓的變化情況，對變頻器進行選擇。曾有一個礦山因電壓波動范圍超過了變頻器的允許范圍，而使變頻器不能正常應用。
　　(8)保護功能
　　變頻器樣本中一般表明其保護功能，這是為了檢測出變頻器的異常情況和防止外部原因及內(nèi)部異常對變頻器造成損害，保護變頻器正常運行和變頻器安全可靠。因此保護種類是否齊全、完善，從一個方面反映變頻器質(zhì)量和運行的安全可靠性。
　　(9)價格
　　變頻器價格是用戶最關(guān)心的問題之一，用戶應了解廠家或經(jīng)銷商所報出的價格的具體含義和具體內(nèi)容，及服務內(nèi)容，以及任選件價格等。還應與其它廠家的變頻器進行綜合比較。
　　4論文結(jié)束語
　　《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條，已將變頻調(diào)速技術(shù)列為通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。在礦山應用變頻器和其它工業(yè)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)備應用變頻器有一種特殊要求，所用的變頻器還有一些技術(shù)開發(fā)工作要做。建議有關(guān)科研院所、變頻器生產(chǎn)廠家和礦山用戶共同合作，開發(fā)我國礦山設(shè)備使用的變頻器。
　　本文的目的在于拋磚引玉。由于作者的水平有限，資料不夠，經(jīng)驗不足，所述內(nèi)容錯誤之處在所難免，所論觀點也屬一孔之見，歡迎讀者和朋友們批評指正。
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