淺議變頻節能技術在礦山設備中的應用情況和前景

【摘 要】隨著我國科技水平的不斷提高，有關能源的問題也越來越凸顯出來。由此，變頻節能技術應運而生，它受到了包括我國在內多個國家的重視。目前，節能技術在我國的礦業企業中發揮著尤為顯著的作用，變頻節能技術在礦山設備中也得到了越來越廣泛的應用，它的技術水平也逐漸走向成熟。本文主要就變頻節能技術在礦井中的應用和前景進行詳細的討論。

【關鍵詞】變頻節能；礦山設備；應用前景

0 引言

目前，水泵與風機在礦山企業中的應用相當廣泛，它的交流驅動主要是通過改變出口閥的開度來調節流量和空氣流量，這樣產生的能量損失較大。為了節約能源，可以使用變頻裝置，通過調節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備中的應用

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，特別是在進行挖掘工作時，爆破不完全等情況往往會產生過分的沖擊負荷，甚至導致電鏟停止工作。

所以電鏟的使用對電氣傳動系統的要求主要體現如下：

（1）要求系統運行必須可靠；

（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要求，并能回收能量；

（4）有良好的調速性能，并要求它可以四象限操作；

（5）要求它可以實現增速、減速和反轉；動態響應快；

（6）維修方便。

由于鏟子對工作環境的特殊要求，目前我國正在使用的是電力驅動系統是直流傳動系統。自上個世紀 90 年代，中國有個別采礦企業從美國公司引進松鼠籠電機系統（稱為交流變頻調速系統），這是鏟全電動驅動系統的交換。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，電壓轉換器提供。現在我們以395-B型號的電鏟為例作一簡要介紹：高壓交流電由電纜經集電環引入電鏟，由1600 kVA主變壓器將6 kV變為575 V，由1950 A的整流器將交流變為直流，經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，交流變頻調速的電鏟與其他類型的電鏟比起來，具有明顯的優勢：它有很好的節能性能，并且工作速度快，可靠性高，同時又具有維護成本低、效率高等其他優點。

1.2 牙輪鉆機中變頻器的應用

牙輪鉆機是用于給露天礦、特別是大型露天礦進行穿孔的重要設備。 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，就需要鉆機根據巖石性質的不同來進行無極變速旋轉。鉆機的上升和行走機構也需要牙輪鉆機能進行無極調速。

在牙輪鉆機上應用變頻調速技術有著非常顯著的效果，不僅能夠使它在最大的程度上節約能源，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。牙輪鉆機的回轉機構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常損壞，導致維修工作量增加，影響回轉鉆頭的工作效率和設備的正常運行。所以使用交流松鼠籠型電動機取代直流電機、直流轉換器，已成為牙輪鉆機公認的發展方向。想要在牙輪鉆機將變頻調速技術得到完美的應用存在一定的難度，它的難點體現在：牙輪鉆機對變頻調速技術的要求之高不容易達到。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，堵轉回轉機構，這就需要其具備挖掘機特性，當發生堵轉的情況后，可以立即反轉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用，而是出于初級的研究發展階段。

2 在地下礦山中的應用變頻設備

礦井提升機主要負責礦山的地下運輸工作，它是礦山工作不可或缺的重要設備。它是用一定的設備將矸石、升降人員，設備等其他物品進行運輸的環節。

礦井提升這項工作是地下礦山生產的重中之重，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，而電力傳輸系統的性能、可靠性，是礦井提升系統能完美運行的保險。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速性能，要求它可以四象限運行，且可以進行反向操作，對指令等動態響應快，要求可靠性高。目前，地下礦山提升機主要有直流系統和晶閘管變流器直流電機系統，這兩個系統的缺點是固有的直流電機所具備的的通病，如高效率，大保養的工作量等。使用電機轉子切換電阻調速，這種設備裝置簡單，運行速度慢，效率低、消耗功率的電動機轉子電阻的大，可靠性相當低。

在未來的發展中，變頻調速技術一定會應用到礦井提升的系統中，這是必然的發展趨勢。在我國有幾個大型的礦井企業應用著交 - 交變頻調速系統的礦井提升裝置，他們取得了良好的效果，但同時它的缺點也展露了出來。它的缺點是功率因數值過低，諧波大，這直接影響了設備的工作效率和工作質量。隨著變頻調速技術的迅速發展，交 - 直 - 交電壓頻率控制方式也已經嶄露頭角，在礦井提升機得到了應用。例如，國外的礦井提升機前面的三電平變頻器，據介紹，這種逆變器交-直調速系統的使用可以克服和交-交變頻控制系統存在的缺點，是提升發展所述電驅動單元的方向。例如，小型交流變頻器已得到成功應用。

3 選擇變頻器應注意的事項

在購買變頻器時不能盲目跟風選擇，要根據自身實際需要來進行選擇變頻調速器。這是因為變頻器——特別是高壓變頻器，它的價格非常昂貴，一旦出現選擇不當的情況，不僅起不到節約能源和提高生產效率的作用，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；

（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 結論

《中華人民共和國節約能源法》第三十九條中提到，變頻技術正作為一種主要的節能技術在進行廣泛的推廣。變頻器在煤礦方面應用的重要目的之一就是節約能源，如風機、 水泵的使用；在保證節約能源的基礎上，同時又能提高生產效率，減少維護工作量，提高產品質量和其他用途，如鐵鍬，旋挖鉆機，礦井提升機。在礦山應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、礦井提升機等設備應用變頻器有一些特殊要求，所用的變頻器還有一些技術開發工作要做。

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[責任編輯：周娜]