變頻器應用綜述

魏成崗

摘要：隨著時代發展，現在國家要求各煤炭集團要應用高新技術來改造傳統煤炭工業。那么變頻器對于礦山來說就成了必不可少的一部分，變頻器在礦山的作用也顯得尤為重要。

關鍵詞：變頻器；變頻節能；功率因素節能；軟啟動節能

變頻技術誕生背景是交流電機無線調速的廣泛需求。傳統的直流調速技術因體積大故障率高而應用受限。變頻技術真正發展起來時在20世紀90年代，因為這時變頻器才被人們所廣泛的使用。那什么是變頻器了，變頻器就是是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它能實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數、過流/過壓/過載保護等功能。

一、變頻器在礦山的主要作用有三個部分

（一）變頻節能

變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。電動機使用變頻器的作用就是為了調速，并降低啟動電流。為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學術語為“inverter”（逆變器）。一般逆變器是把直流電源逆變為一定的固定頻率和一定電壓的逆變電源。對于逆變為頻率可調、電壓可調的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機調速用，又叫變頻調速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進行整理，可以輸出標準的正弦波，叫變頻電源。

（二）功率因數補償節能

無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

（三）軟啟動節能

電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。從理論上講，變頻器可以用在所有帶有電動機的機械設備中，電動機在啟動時，電流會比額定高5–6倍的，不但會影響電機的使用壽命而且消耗較多的電量.系統在設計時在電機選型上會留有一定的余量，電機的速度是固定不變，但在實際使用過程中，有時要以較低或者較高的速度運行，因此進行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實現電機軟啟動、補償功率因素、通過改變設備輸入電壓頻率達到節能調速的目的，而且能給設備提供過流、過壓、過載等保護功能。

變頻器在國內煤礦的應用主要集中在帶式輸送機和提升絞車兩個方面，在我礦變頻器在皮帶機上的應用效果更為明顯：

眾所周知，皮帶是一個彈性體，在靜止或運行時皮帶內貯藏了大量的能量，在皮帶機起動過程中，如果不加設軟起動裝置，皮帶內貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去。過大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規程》規定，帶式輸送機必須加設軟起動裝置。需要運用普傳變頻器對帶式輸送機的驅動進行改造。

二、隨著電力電子技術的發展和變頻技術的成熟，國家明文規定，在提升較車系統中，推薦使用交流變頻調速器

采用交流變頻大調速器對提升絞車進行驅動具有如下優勢：

第一，控制精度高。通常普傳變頻器都采用磁通矢量控制，使得交流電機的調速性能與直流電機幾乎相等，控制精度非常高。

第二，工作可靠性高。普傳變頻器采用的是電子器件，壽命長，且具有完善的保護功能，用于提升絞車控制時，其可靠性很高。

第三，基本無維護工作量，減低了維護人員的工作強度。

第四，調速范圍寬廣，屬于無級調速，低速時穩定性好。

第五，節能。普傳變頻器屬于轉差功率不變型的調速方式，在整個調速過程中其節能方式表現為兩個方面：

① 提升狀態的節能當提升絞車處于向上提升狀態時，電機工作于電動狀態，由于提升絞車屬于恒轉矩負載，其轉速降低多大比例節能就為多大比例。

② 下放狀態當提升絞車處于下放狀態時，此時電機工作于發電狀態，將勢能轉化為電能。

三、乳化液泵站乳化液泵站主要為液壓支架提供恒定的液體壓力

平時液壓支架基本不動，但乳化液泵仍長時工作，耗能巨大。如果采用變頻驅動，采用壓力傳感器形成閉環恒壓控制，當移動液壓支架時，乳化液泵提高液體流量，維持變力不變；當不移動液壓支架時，乳化液泵提供小流量液體維持壓力不變，實現恒壓控制。

四、結語

隨著礦山建設的不斷科技化，變頻器將會應用的更廣泛，將會起到更大的作用，所以對變頻器的了解和學習，對我們礦山將來的更好建設和發展非常重要。