變頻節能技術在礦山機電設備中的應用

蔣建華

摘 要：隨著我國科技的發展，以及經濟水平的快速提高，變頻節能技術的發展越來越快。變頻節能技術具有控制、調節等特點，在礦井生產中應用變頻節能技術，可改善采礦環境，在運輸、選擇、提升、通風以及采礦等環節應用該技術均取得了顯著的效果。文章簡單闡述了變頻節能這一技術的基本原理，并對該技術在礦山機電設備中的應用進行了探討。

關鍵詞：變頻節能技術；礦山機電設備；應用

中圖分類號：TD67 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0174-02

Abstract： With the development of science and technology in our country and the rapid improvement of economic level， the frequency conversion energy saving technology is developing more and more quickly. Frequency conversion energy-saving technology has the characteristics of control and regulation. The application of frequency conversion energy saving technology in mine production can improve the mining environment. The application of this technology in transportation， selection， promotion， ventilation and mining has achieved remarkable results. This paper briefly expounds the basic principle of the technology of frequency conversion and energy saving， and discusses its application in mine electromechanical equipment.

Keywords： frequency conversion energy-saving technology； mine electromechanical equipment； application

將變頻節能技術應用于礦山機電設備中，可以促進采礦環境的改善，增加工作效率，減小采礦成本，實現環境的保護，推動我國礦山機電設備的發展。

1 變頻節能技術概述

1.1 變頻節能技術內涵

變頻節能技術是指通過科技手段和高科技設備改變設備當前頻率的技術。在這個技術中，變頻器負責控制設備的頻率，變頻器具有復雜的結構，有很多相關的組件，包括電源板、控制面板、電極等。因此，有效收集相關組件可以使電動機總是運行在節電狀態。傳統機電設備的頻率是不能改變的，因此在操作過程中設備的速度是不能控制、改變的，這就使得機電設備處于恒定運行狀態，不可以結合實際需要對速度進行調整，嚴重的影響設備使用時間，增加設備能耗。然而，應用變頻節能技術可以促使機電設備更加靈活，能夠結合實際生產需要調整設備運行狀態，達到節能的目的[1]。

1.2 變頻節能技術工作原理

變頻器工作原理可以簡述為交-直-交，整流器將交流電源轉換成直流電源，然后把直流電源再轉變為電壓、頻率，對交流電源進行有效控制，然后輸送給發電機。控制、整流、逆變以及直流電共同組成了變頻器的電路。其中，整流部分使用的整流器是三相橋式不可控制型的，直流部分主要起到濾波功能，其中直流儲能、緩沖是沒有功率的；逆變器部分采用IGBT三相橋式逆變器，可調整其輸出的脈沖寬度，對變頻器的功能有重要影響，也是變頻器的核心部分。變頻節能技術主要通過變頻調速系統調整電機轉速，達到節能目的。變速系統中電機轉速變化的公式為：n=50f（1-S）/P，其中f為電源頻率，P為電機極對的數量，S為滑差。

2 變頻節能技術在礦山機電設備中的應用

2.1 在礦井提升機中的應用分析

提升機在礦井中的主要作用是對施工人員、施工材料進行安全的輸送，在礦山生產中具有決定性的地位。一般傳統的方法是先將金屬電阻器連接到電機轉子電路的內部，再利用接觸器、鼓控制器將電阻器切斷，進而達到調速的目的。不可避免地會產生一些問題，比如過度消耗電阻、散熱不好等。因為電阻調速的速度范圍太小，這就造成了精確度不夠的現象。在進行分散、減速的工況下，應當具備相應的低頻電源或者動力制動直流電源，這就非常容易導致設備損壞，并造成巨大的電能浪費。此時，礦井生產安全性的遭到質疑，這就會影響礦井生產以及經濟效益。

將變頻節能這一技術應用于礦井提升機中，可以從根本上避免很多問題，達到無極平穩的減速、加速，提高系統性能，加強保護，其優勢有：第一，制動、速度是用過電氣進行控制的，降低了沖擊與機械磨損，增加設備使用時間；第二，回饋制動，如果提升機是在負力狀態下，那么電機會將產生的再生能量直接反饋給電網，這樣不僅節省了電能，增加制動力矩，提高絞車安全；第三，對精確度的控制較高，并且其可擴展性能非常好，通過修改內部程序能夠對系統的功能參數進行相應的調節，這樣就不用更改硬件接線，便可以實施柔性控制[2]。

2.2 變頻節能技術在銅礦井下通風系統的應用

在工頻情況下，大電機頻繁啟動和停止是非常困難的，同時會導致電能的損失和電流沖擊，對電動機安全、使用壽命造成不利影響。變頻器可對風機頻率進行調節，進而調節風機運行功率，減小不必要的功率損耗。此外，可減小電動機發生故障的頻率，增加電動機使用時間，減小電網的無功功率的損失以及對容量的要求。為了發揮變頻器支持井下風機的功能，科學地利用風機的變頻調速，需要采用適合礦井通風機井下調速的節能控制系統。因為礦井下空氣流量不斷變化，所以不適合使用閉環控制。一般傳感器等反饋設施很難使用保護設施，再加上礦井下灰塵多、比較潮濕，所以傳感器極易受到放炮等的影響，因此，可使用開環控制。

2.3 變頻控制技術在通風機中的應用

隨著開挖不斷加深，風壓井繼續增加，風機要求的功率增加。然而，風機功率已成為礦山開發的一個重要問題。礦井通風設備采用變頻調速后，可根據巷道的風量要求調整速度，避免功耗，具有非常明顯的效果。通過改造逆變器，風機能夠進行變頻軟啟動，避免了啟動電流造成的不良影響，并且不會影響到設備，也可以隨意啟動和停止。在大多數情況下，通風機運行速率比較小，所以減小了通風機工作量，延長其使用時間，降低不必要的檢修。另外，為保證與電機運行速率一致，一般要確保2臺電機頻率的一致性，防止風阻，確保通風機安全運行[3]。

2.4 在流體負荷設備中的應用

變頻節能技術在流載設備中的應用主要體現在風機和泵的變頻調速中。變頻調速技術在風機中的應用不斷增加，同時也針對銅礦環境設計出專門的變頻調速裝置。在風機改造后，實際轉速比改進前的最小速度降低了很多。電機的實際輸出功率是在前導器半關閉時的高1/3風量與風壓，更適合于礦井的特點，每年可節省大量的電力。該變頻調速在采區供水和液壓泵中靈活應用，降低了設備的機械影響，提高了工藝系統控制的靈活性，促進產品質量的增加。可以控制泵的平穩起動和停止，及時加速和減速。它保證了井下液位的恒定水平，減少了泵的空閑時間所帶來的大量的能量消耗，同時也減少了機械設備不必要的損耗，從而確保了生產的安全高效運行[4]。

2.5 變頻控制技術在電控絞車系統中的應用

在電控或者保護系統中，使用變頻控制技術一般需要把電壓波動維持在-15%～+10%范圍內，把頻率波動維持在±2.5%范圍內，輸出功率、頻率以及輸入電壓分別為200kW、50Hz、660V，同時具備連續、可調節的特點。

在電控絞車系統中使用變頻控制技術，可促進系統過載能力的提高，將額定負載控制在-120%～+120%范圍內，可以更好的滿足運行條件，對元件過熱、欠壓等起到良好的保護作用；促進自動轉矩低頻運轉能力的提高，達到額定轉矩的目的。

3 結束語

現階段，在采礦行業應用變頻技術依然處于起步階段，在大型機器中對變頻技術的應用還是比較少的，然而在采礦企業產品更新、改造的過程中，應用變頻技術已經實現了節能、自動化生產，且效果非常顯著。在采礦生產過程中，積極應用變頻技術是目前采礦企業實現節能降耗的重要手段，同時也是促進企業經濟增長的重要途徑。在采礦機電設備中，變頻技術具有非常高的科技含量，且與企業經濟效益密切相關。

參考文獻：

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[7]王治江.變頻節能技術在礦山風機、水泵上的應用[J].變頻器世界，2008（10）：82-84.