機電變頻調速技術在礦井中的應用及注意事項

（貴州省水城縣煤炭管理局，貴州 水城 553040）

1 選擇變頻器應注意的事項分析

1.1 根據工藝要求選擇變頻器

1.1.1 電機調速雖是風機、水泵節能的有效途徑，但并非凡是風機、水泵都能采用調速節電。對于工藝參數基本穩定，不需要調速的風機、水泵可以采用高效節能電機和高效節能風機，以提高系統效率。對于已建成而配置不合理的風機可以通過采用更換電機，調節葉片角度等方法達到節電的目的。選擇調速節能時應注意:風機、水泵的轉速變化范圍不宜太大，通常最低轉速不少于額定轉速的50%，一般調速范圍在100%～70%之間為宜，因為當轉速低于額定轉速的40%～50%時，風機、水泵本身的效率明顯下降，是不經濟的;調速范圍確定時，應注意避開機組的機械臨界共振轉速，否則調速至該諧振頻率時，將可能損壞機組。

1.1.2 進行可行性分析

在選擇要進行的變頻調速的設備對象以后，應從提高效率或提高產品質量的需要情況，從節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，如能從節約的電費或從提高產品質量、提高效率等方面所得的收益中，在兩年內償還變頻器的投資，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。

1.1.3 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。這是選擇哪種變頻器的首要條件。有的礦井所購買的變頻器可靠性不高，加之自身的維修技術力量不強，變頻器出了故障，只好停下，甚至棄用。造成損失，同時也為變頻器的繼續推廣應用帶來負面影響。

1.2 主要應考慮的技術規格和技術參數

1.2.1 型號

各廠家生產的變頻器的型號多是系列號和容量的組合，通過對型號和規格得了解，可以確認該廠家生產的品種，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、規格、所采用的功率元件、控制技術等方面判斷廠家的實力和生產態勢，甚至可以從一個方面判斷其產品質量。產品品種齊全，容量覆蓋范圍大，功率元件及控制技術先進的廠家，一般來說其實力強，生產態勢好，產品質量一般來說也會有較好的保障。

1.2.2 效率

變頻器效率的高低，直接關系到變頻器調速節能的多少，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，使其系統效率有所降低。

1.2.3 功率因數

在整個調速范圍內，功率因數的變化是一項重要指標。最好是在整個調速范圍內功率因數都保持在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單相變頻器串聯的高壓變頻器能夠滿足此項規定。而電流型變頻器較難滿足這項要求。

1.2.4 諧波

國家對電網諧波有嚴格要求。限制用戶非線性諧波設備注入電網的諧波電流，是限制電網電壓正弦波畸變的關鍵。所用的高壓變頻器的諧波(即裝置對電網產生的諧波)必須符合國標GB/T14549-93“電能質量、公用電網諧波”的規定，在國際上要符合IEEE-519標準的規定。

1.2.5 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。

1.2.6 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自己電網容量及電網電壓的變化情況，對變頻器進行選擇。

2 變頻器在地下礦井中的應用

2.1 變頻調速技術在礦井提升機中的應用

礦井提升機是地下礦井運輸的主要設備。它是用一定的裝備沿井筒運出礦石、廢石、升降人員及材料、設備等運輸環節。礦井提升是地下礦井生產的咽喉，所以，無論哪種提升機，對電氣傳動的要求都很高，因為電氣傳動系統性能的優劣，可靠性的高低，都直接關系到礦井生產的效率和礦井生產的正常進行。對礦井提升機電氣傳動系統的要求是:有良好的調速性能，調速精度高，四象限運行，能快速進行正、反轉運行，動態響應速度快，有準確的制動和定位功能，可靠性要求高等。

目前，我國地下礦井提升機的電氣傳動系統主要有:對于大型礦井提升機，主要采用直流傳動系統，有采用直流電動機-直流發電機系統和晶閘管變流器-直流電動機系統;這兩種系統都存在著直流電動機固有的缺點，如效率不高，維修工作量較大等。對于中、小型提升機，則多采用交流電氣傳動系統，如采用交流繞線式電動機，使用電機轉子切換電阻調速，這種電氣傳動系統雖然設備簡單，但它是有級調速，調速性能差，效率低，大量的電能消耗在電動機轉子電阻上，而且可靠性也差。將變頻調速技術應用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動系統的發展方向。我國已有幾臺大型礦井提升機采用-交變頻調速系統，取得了很好的效果，但其缺點是功率因數不高，諧波大，需加諧波和功率因數補償裝置。隨著變頻調速技術的發展，交-直-交電壓型變頻調速技術已開始在礦井提升機中應用。例如國外已有礦井將有源前端三電平變頻器應用于礦井提升機上，據介紹，采用這種變頻調速的交流提升機可以克服直流調速系統和交-交變頻調速系統的缺點，是提升機電氣傳動的發展方向。

2.2 變頻調速技術在空壓機中的應用

空氣壓縮機是地下礦井生產的重要設備之一，它生產壓縮空氣，用以帶動風動鑿巖機、風動裝巖機等設備以及其它風動工具，其耗電量在礦井總耗電量中占有相當大的比重。深入分析空氣壓縮機的電能消耗情況，找出節能潛力，實現空氣壓縮機的節能運行，將會降低礦井生產成本，提高其經濟效益。

2.3 變頻調速技術在礦井通風機中的應用

礦井通風機是地下礦井生產的主要用電設備之一，其節能運行在礦井節電中占有重要的地位。礦井通風機一般采用異步電機或同步電機拖動，恒速運轉，一般容量大，電機供電電壓高(6kV或10kV)。礦井建設的特點是:巷道逐年加深，產量逐年增加，所需的通風量逐年上升。但礦井通風機在設計選型時，往往是按最大開采量時所需的風量為依據的，一般都留有余量，因此礦井在投產后幾年甚至十幾年內，礦井通風機都是處在低負載下運行。此外，通常礦井井下作業不均衡，一般夜班工作人員少，所需風量也小，在節假日時，可能只有泵房等固定的井下場所的值班人員工作。盡管井下人員少，但也得照常向井下送風，礦井通風機一般不調節風量，若要調節風量時，傳統的方法是調節檔板。這種辦法雖然簡單，但從節能的觀點看，是很不經濟的。采用同步電機直接高壓變頻器，節電效果十分顯著。

3 結束語

礦井所用設備以大型設備為主要特點，要求優良的電氣傳動系統，以保證這些大型設備的高效率運行。地下礦井的生產較露天礦井復雜，井下生產設備的體積受限，這些設備以小型化為主，體積小、重量輕，對電氣傳動的要求不高。但提升、排水、通風、壓氣等固定設備是地下礦井的要害部門，也是耗電大戶，因此，這些設備的安全運行和節能就顯得至關重要。

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[2]王琳.機械設備故障診斷與監測的常用方法及其發展趨勢[J].

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