淺析變頻器在選礦生產中的應用

李顯輝

(陜西鳳縣四方金礦有限責任公司)

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淺析變頻器在選礦生產中的應用

李顯輝

(陜西鳳縣四方金礦有限責任公司)

介紹了變頻器在某金礦選廠生產中的應用，指出了變頻器良好的調速性能在穩定生產、優化指標、節能降耗等方面的作用，并對生產使用中常出現的諧波問題、選型問題做了簡要分析，并提出解決的措施。

變頻器 調速 阻抗 諧波

在選礦生產中，受工藝要求、設備配置及其他外部因素的影響，生產過程往往很難保持穩定，如能對渣漿泵、空壓機、給料機等設備進行調速，就可以解決設備與生產的匹配性問題，達到穩定生產、優化指標、提高效益的目的。最初人們通過使用多速電機、調壓調速、串級調速、串電阻調速等手段來對設備進行調速，但調速范圍窄、機械性能差，效果不理想。隨著電力電子技術的迅猛發展，容量大、功能多、可靠性高的變頻器在選礦生產中得以廣泛應用。變頻調速的突出特點是調速范圍廣、精度高、平滑性好、節能效果顯著，可對生產過程進行精確、穩定的控制，實現自動化生產。

以陜西鳳縣四方金礦有限責任公司為例，簡單總結了變頻器在選礦生產中的應用，并指出使用過程中應注意的問題。

1 變頻器作用

陜西省鳳縣四方金礦有限責任公司在原礦碎磨、浸吸、電冶及排尾等選礦生產過程中應用了大量的變頻器來進行相關設備的調速控制，發揮著重要作用。

1.1 穩定生產

碎礦車間用來給顎式破碎機供礦的振動給料機在沒有應用變頻系統之前，不能調速。當原礦為大塊礦石且給礦量很大時，破碎機負荷過大，“吃不及”；當原礦為礦山表皮浮土礦時，破碎機又“吃不飽”，增加了設備的空轉。通過選用FRN22G11S型變頻器(日本富士公司生產)對給料機進行調速以隨時調整給礦量，保證了破碎機始終處于“半腔工作”的良好狀態，滿足生產的需要。

磨礦車間采用水力旋流器進行分級，渣漿泵設備選型和給礦量不穩定等因素造成渣漿泵時常“抽空”，旋流器進漿量不穩，壓力忽大忽小，分級效果很差。通過選用兩臺TD2000型(深圳艾默生網絡能源公司生產)和HC-G3型變頻器(寶雞赫爾克電子公司生產)分別對兩段分級系統渣漿泵進行調速，使進入旋流器的礦漿流量和壓力始終維持在合適范圍內，穩定了生產流程，優化了工藝指標。

尾礦處理車間每小時要處理、輸送約260～300 m3的尾礦和污水，用3臺柱塞泵排尾，每臺額定流量160 m3/h，采用“開二備一”的運行模式。由于兩臺柱塞泵輸送能力較大，尾礦不夠，柱塞泵閥箱內常產生“氣錘效應”，泵體及管路受到很大的沖擊、震動，嚴重損壞設備，因此不得不補加清水，結果又造成生產用水緊張。為解決該問題，選用了兩臺施耐德ATV38重載型變頻器同時使用施耐德XX930A3-M12型超聲波傳感器采集尾礦槽液位信號，并將信號送入PID智能調節儀與設定的目標液位進行比對，通過反饋信號來控制變頻器、實現柱塞泵的調速。該閉環控制系統的運行，使柱塞泵能隨尾礦量自動調速，從根本上消除了“氣錘效應”。現在柱塞泵運行平穩，不需注水，既保護了設備，又節約了資源。針對其他車間某些需要調速的設備，如羅茨風機、活性炭再生爐等也應用了變頻器來進行調速。

1.2 節能降耗

選礦生產中需要對大量的水、氣、漿料等流體進行輸送，泵輸送流體理論表明，流量與轉速成正比，功率與轉速的三次方成正比。在應用變頻器之前，磨礦車間渣漿泵工作電流為140～170 A，使用變頻系統控制后，工作電流降至90～110 A，電壓降至320～340 V，每小時可節約電能25～30 kW·h，全年可節約電能21萬kW·h。尾礦車間柱塞泵在應用變頻系統后，兩臺泵運行功率共下降45 kW，年節約電能37萬kW·h，同時泵體工作平穩，閥組件等常用配件使用壽命大大延長，由以前的20～30 d延長至現在的45～60 d，每年可節約配件費用11萬元，也減輕了維護工人的勞動強度，節能降耗效果十分顯著。

2 常見問題及措施

盡管變頻器在選礦生產中具有諸多優勢，經濟效益顯著，但在運行過程中也會出現諧波電磁污染、功率匹配、參數設定、發熱等問題。如果不引起重視并采取有效的解決措施，就會影響生產、損害電氣設備。

2.1 諧波問題

變頻器主電路一般由整流電路、逆變電路及濾波電路3部分組成。整流和逆變部分大多數采用晶閘管組成三相橋式電路，工作時很容易在變頻器輸入、輸出端產生大量諧波，“污染”電網，影響其他電氣設備的正常運行。較多諧波注入電機，會引起電機發熱、噪音增大、功率下降等問題。目前，針對變頻器產生的諧波污染，可以在變頻器輸入和輸出端串接合適電抗器，增大整流阻抗，達到抑制諧波的目的。

變頻器主電路一般由整流電路、逆變電路、濾波電路3部分組成。整流和逆變部分大多數都采用晶閘管組成三相橋式電路，工作時很容易在變頻器輸入、輸出端產生大量高次諧波，“污染”電網，影響其他電氣設備的正常運行。較多諧波注入電機，也會引起電機發熱、噪音增大、功率下降等問題。目前，針對變頻器產生的諧波污染問題，主要有以下治理措施。

(1)加裝電抗器。系統阻抗越小，諧波電流越大。一般采用在變頻器輸入和輸出端串接電抗器的方法增大整流阻抗，抑制諧波。四方金礦選礦廠配電室無功補償裝置熔斷器及接觸器以前經常燒毀，原因是該配電系統支路上兩臺280 kW的大容量變頻器工作時產生的高次諧波作用于并聯電容器上，大大降低電容器容抗，產生較大的過電流，從而引起熔斷器及接觸器頻繁燒毀。通過在電容器主電路中串入限流電抗器來吸收高次諧波后，熔斷器和接觸器很少再燒毀。

(2)采用多重脈沖整流。12相脈沖整流的電流畸變率約10%～15%，18相脈沖整流的電流畸變率約3%～8%，可見采取多重脈沖整流可以有效減少諧波的產生，近年來已在大容量整流系統中逐漸應用，但其缺點是需要專用變壓器，成本高。

(3)在電源輸入端并聯KYYLB有源濾波器能有效濾除電網中2～50次諧波，反應速度快，是最有效的一種濾波技術，缺點是價格高。目前大多數用戶采用KYLB無源濾波，效果也很好。

2.2 選型問題

變頻器如果選型不當，往往會出現功率不匹配、設備無法正常工作等情況。選礦廠磨礦車間有一臺8/6E-AH型渣漿泵(石家莊強大泵業集團有限公司生產)，拖動電機功率75 kW。在對該泵進行變頻改造時，開始選用HC-G3型變頻器(額定功率75 kW)。使用不久便出現頻繁跳閘現象，嚴重影響了生產。分析發現原來是變頻器功率過小以及參數設定不合理導致的，只要渣漿泵稍微過載引起電流上升，變頻器就會跳閘。把主橋模塊電流由200 A增大到300 A、重新設定控制參數后，杜絕了跳閘現象的再發生。

變頻器的正確選型一般應滿足：①變頻器的容量應大于被控電機功率一個等級；②電壓等級相同時，變頻器額定電流為被控電機額定電流的1.3～1.5倍；③變頻器的輸出模式與負載特性相適應，如輸送帶、起重機等設備選配驅動轉矩極限范圍寬的恒轉矩變頻器，水泵、風機等設備選配平方轉矩負載變頻器，軋鋼機、造紙機等設備選配恒功率變頻器；④變頻器若要長電纜運行時，應采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響。為避免其出力不夠，變頻器應放大一、兩檔來選擇，并在變頻器輸出端安裝輸出電抗器。

2.3 日常維護問題

變頻器在日常運行過程中，維護人員應經常對變頻器的工作狀態進行巡視和檢查，并注意以下幾點：

(1)查看變頻器有無異常發熱現象，通風是否良好。如發現散熱風機不轉，應立即查找原因或予以更換。

(2)保持變頻器周圍環境清潔、干燥，及時清掃機器內外灰塵，防止電路絕緣降低出現事故。

(3)確保變頻器接地和屏蔽裝置牢固、可靠，避免其失效而引起干擾或誤動作。

3 結 語

總結變頻器在陜西省鳳縣四方金礦有限責任公司選礦生產中的實際應用，表明變頻器具有良好的調速性能，對于平穩生產過程、降低生產能耗具有積極作用。對變頻器產生的諧波污染問題要采取加裝電抗器等多重措施來進行治理，同時要合理選配變頻器并做好日常的維護保養，以更好地為生產發揮作用。

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[3] 劉增環，潘明福.基于PLC及變頻器技術的帶式輸送機控制[J].煤礦機械，2011，32(9)：192-193.

2016-09-12)

李顯輝(1976—)，男，工程師，721705 陜西省寶雞市鳳縣坪坎鎮孔棺村。