摘要在礦山應用變頻調速技術對于提高礦山生產設備的效率，節約電能都是至關重要的。礦山如何正確應用頻調速技術正確了解礦山設備對變頻器的特殊要求、及如何選擇變頻調速器很重要
　　關鍵詞變頻調速器，礦山設備，變頻器的選擇，節能
　　1.論文前言
　　礦山按產品類型可分為煤礦、金屬礦和非金屬礦山等；按采掘方式可分為露天開采礦山和地下開采礦山兩大類。本文主要介紹變頻調速器在露天石灰石礦山中的應用的現狀和應用前景，對煤礦亦有參考價值，因為露天煤礦和露天石灰石礦開采方式和生產設備基本相同。
　　露天礦山開采是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。露天礦山所用于穿孔的牙輪鉆機，用于裝載礦、巖石的電鏟(挖掘機)，用于運輸礦、巖石的大型汽車皮帶機，板式給礦機，以及用于對礦石運輸過程中產生的灰塵進行除塵的除塵設備都是耗能大戶，因此，這些設備的安全運行和節能也至關重要。
　　本文主要介紹目前鎮江船山集團有限公司老系統除塵設備改造時及鎮江句容船山建材有限公司建礦時采礦設備電鏟應用變頻器的應用狀況，以及如何正確地選用變頻器等。
　　2變頻器在采礦設備中的應用
　　2.1電鏟
　　電鏟用于裝載礦巖，其工作條件非常惡劣，特別是在爆破不好的情況下挖坑底作業，經常出現過大的沖擊載荷，甚至堵轉。因此，電鏟對電氣傳動系統就有較高的要求:要求電氣傳動系統的機械特性曲線的包絡面積大，有足夠的有用功率；要求有良好的調速性能，能四象限運行，能快速地進行加、減速和反轉，動態響應速度快；要求系統制動性能好，并能回收能量；要求系統運行可靠，維修方便等。由于電鏟對電氣傳動系統的這些特殊要求，所以，我國電鏟目前應用的電氣傳動系統主要還是直流傳動系統。雖然后者比前者技術先進，也解決了部分調速系統的技術問題，效率也有所提高，但這兩種系統都還存在直流電機的固有的缺點，即維修工作量大、效率較低等。
　　鎮江句容建材有限公司隸屬于江蘇船山集團，建材公司投產采用采礦設備電鏟時，結合船山集團公司采礦設備的特點，沒有采購晶閘管交流系統的電鏟，而是直接購買了電氣系統從美國進口的變頻器鼠籠電動機系統的電鏟295-BⅡ型電鏟，這是全交流化的電鏟電氣傳動系統，也稱交流變頻調速系統。變頻調速器由德國SIEMENS公司開發、提供的電壓型變頻器。當某工作機構處于再生制動工作時，逆變器將再生制動能量反饋到公共直流母線上，可供其它工作機構使用，使能量得到充分利用。使用不完的制動能量，可以通過制動電阻消耗掉。
　　句容船山建材公司同時也從船山集團借用了一臺295-B型的電鏟，通過兩只電鏟每日采礦量的記錄以及維修的記錄，前者比后者的采礦量高出1/3多，且維修量是后者的1/3，從節能記錄上看，前者比后者節能多達每正常工作日達1750kwh。實踐證明，交流變頻調速電鏟和前兩種直流調速電鏟相比，具有節約電能、調速性能好、可靠性高、維護量小、生產效率高、功率因數高(0.95以上)等優點，是公認的電鏟電氣傳動系統的發展方向。
　　2.2變頻調速技術在除塵設備中的應用
　　露天礦山開采，尤其是礦石的運輸過程中易產生大量的灰塵，除環境的影響非常大，同時對設備的正常運轉以及崗位工的日常巡視與人身健康都帶來許多不利因素。船山集團交流的除塵設備采用的是同步電機拖動，恒速運轉，容量大，電機供電電壓高（10kV)。
　　船山集團老系統的生產隨著采礦設備的不斷更新，產量逐漸增大，作業時間增長，因此對除塵設備的開機時間也逐漸要求增大。這就帶來的是除塵設備的維修量加大，尤其是當操作工調節風門時如果調節不當，導致風機抖動大，電機燒壞的頻率加大，同時能耗量明顯加大，生產成本明顯加大。
　　通過與兄弟單位的技術交流以及結合采礦除塵設備的特點，船山集團老系統從長遠考慮購買了同步電機直接高壓變頻器，高壓變頻器采用SIEMENS公司的SIMOVERTMV型三電平高壓變頻器。經過改造于2003年10月投入運行，節電效果也是十分顯著的。下面簡要介紹高壓變頻器。
　　同步電機高壓變頻器主要有兩類，即他控式變頻調速系統和自控式變頻調速系統。他控式變頻調速系統所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬速度開環控制。自控式變頻調速系統可以使同步電機不存在失步和振蕩等問題，所以一般都采用自控式運行。
　　我們與有關單位合作研制開發的這種同步電機直接高壓變頻調速裝置是采用交-直-交電流型變頻調速系統，屬自控式變頻調速系統，它由變頻器、同步電機、轉子位置檢測器以及控制系統組成。變頻器主電路采用晶閘管串聯組成的高壓閥串作為功率元件，它是利用同步電機的反電勢來關斷逆變器的晶閘管，它沒有強迫換流電路，因而主電路結構簡單。變頻器的框圖如圖3所示。
　　圖1同步電機變頻調速系統原理框圖
　　圖1中，硬件全套設備由高壓開關切換柜(圖中未表示出)、整流柜、逆變柜、勵磁柜、控制柜、操作臺及交流進線電抗器、直流平波電抗器、轉子位置檢測器、光電編碼器等到部分組成。
　　根據凡口礦生產的情況需要，本高壓變頻器按周期性的固定頻率運行，早班(8:30~15:30)變頻裝置運行在40Hz，中班(16:30~24:00)運行在40Hz，夜班在24:30~7:30，變頻器運行于40Hz，每班交接班時間為1小時，此時破碎設備和篩分設備停機，在這期間變頻器運行在28HZ。
　　經節能測試及能量平衡測試，以老系統的除塵設備運行的實際記錄，在正常生產期間，節電率達42%;節假日時變頻器運行于28Hz，節電率達73%。年節電為64.24萬kWh，在不到一年的時間內，就由節電費用收回到了高壓變頻器的全部投資，經濟效益十分顯著。
　　3選擇變頻器應注意的事項
　　變頻器，特別是高壓變頻器價格昂貴，如選擇不當，達不到節電和提高生產效率的目的，以致造成浪費和不必要的麻煩和損失。在這里，提供一些選擇變頻器的意見，供參考。
　　3.1根據工藝要求選擇變頻器
　　(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。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。
　　(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。
　　(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。有的礦山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，只好仃下，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。
　　(4)根據生產廠家提供的技術規格和技術參數來選擇變頻器在按工藝要求、電源條件、場地及容量等選擇了變頻器方案后，再具體到選擇哪個廠家的哪種高壓變頻器。在選擇變頻器時可以根據廠家提供的產品樣本等技術資料及報價表來選擇。
　　變頻器的制造廠家和經銷商都會向準備購買變頻器的用戶提供樣本及報價。在樣本中，廠家公開說明其產品種類、特性、技術指標和特點，用戶在訂貨前通過對產品樣本資料可以對其產品有大概了解。因此對產品樣本的閱讀和了解是比較各廠家變頻器性能的重要依據。
　　3.2主要應考慮的技術規格和技術參數
　　(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。
　　(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。
　　(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。
　　(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。對于電流型變頻器如采用六脈沖整流，則5次、7次諧波都超過了這個標準，應采用12脈沖整流或附加諧波補償措施。
　　(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。
　　(6)率范圍
　　由最低使用頻率和最高頻率定義調速范圍。最低使用頻率的意思與起動頻率不同。起動頻率很小時，并不一定能使電機從該頻率起動。變頻器要對最高頻率設定，對風機、水泵的最高頻率應設定(即箝位)在50Hz，所有的變頻器都可滿足這個要求，在選擇變頻器時可不作考慮，但使用中需注意此點。
　　(7)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。曾有一個礦山因電壓波動范圍超過了變頻器的允許范圍，而使變頻器不能正常應用。
　　(8)保護功能
　　變頻器樣本中一般表明其保護功能，這是為了檢測出變頻器的異常情況和防止外部原因及內部異常對變頻器造成損害，保護變頻器正常運行和變頻器安全可靠。因此保護種類是否齊全、完善，從一個方面反映變頻器質量和運行的安全可靠性。
　　(9)價格
　　變頻器價格是用戶最關心的問題之一，用戶應了解廠家或經銷商所報出的價格的具體含義和具體內容，及服務內容，以及任選件價格等。還應與其它廠家的變頻器進行綜合比較。
　　4論文結束語
　　《中華人民共和國節約能源法》第39條，已將變頻調速技術列為通用節能技術加以推廣。在礦山應用變頻器和其它工業部門有相同之處，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種特殊要求，所用的變頻器還有一些技術開發工作要做。建議有關科研院所、變頻器生產廠家和礦山用戶共同合作，開發我國礦山設備使用的變頻器。
　　本文的目的在于拋磚引玉。由于作者的水平有限，資料不夠，經驗不足，所述內容錯誤之處在所難免，所論觀點也屬一孔之見，歡迎讀者和朋友們批評指正。
　　論文參考文獻
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