| 标题 | 变频器在矿井应用中的节能效果 |
| 范文 | 陈修虎 摘要 本文分析了矿井运用变频技术的优势、变频技术能够提高系统功率因数和系统效率，以及矿井运用变频器的社会和经济效益。 关键词 变频器；功率因数；系统效率 中图分类号TD8 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0118-02 国内现有大多数煤矿的皮带输送机，一般都采用工频拖动，较少使用变频器驱动。由于电机长期工频运行加之液力耦合器效率等问题，造成皮带运输机运行过程非常不经济；同时由于电机无法采用软起软停，在机械上产生剧烈冲击，加速磨损；还有皮带、液力耦合器的磨损和维护等问题都会给企业带来很大的经济损失，甚至致影响安全生产。因此，对皮带输送机进行变频改造对节约社会能源、增加企业的经济效益，都有非常重要的经济意义。 1 运用变频器的优势 20年来，变频技术得到了飞速发展，在部分煤矿企业获得了广泛应用。例如晋城煤业集团、潞安矿业集团、淮北矿业集团等，运用变频器对带式输送机的驱动进行改造，将给用户带来极大的社会和经济效益。第一，真正实现了带式输送机系统的软起动（将电机的软起动和皮带机的软起动合二为一）。通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害；第二，实现皮带机多电机驱动时的功率平衡。应用变频器对皮带机进行驱动时，一般采用一拖一控制，当多电机驱动时，采用主从控制，实现功率平衡。淮北矿业集团某矿六二强力皮带为2×200kW/1140V电机驱动，采有主从控制后，轻载时主从电机电流相差5A左右，满载时相差2A左右；第三，降低皮带带强。由于变频器的起动时间可在1S~3600S可调，通常皮带机起动时间在60S~200S内根据现场设定，皮带机的起动时间延长，大大降低了对皮带带强的要求，从而降低设备初期投资；第四，降低设备的维护量。变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命。使用寿命加长，大大降低设备维护量。同时，利用变频器的软起动功能，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修工作量。采用变频器驱动，仅皮带扣一项年节约费用可达上万元。第五，节能。 2 变频驱动提高系统功率因数和效率 在皮带机上采用变频驱动后，能够提高系统功率因数和系统效率。 2.1提高系统功率因数 通常情况下，煤矿用电机设计过程中放的裕量比较大，电机工作处于满电压、满速度状态，而负载经常很小，绝大部分不能满载运行。我们知道，电机只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳；轻载时降低，造成不必要的电能损失。因为轻载时，定子电流有功分量很小，主要是励磁的无功分量，功率因数很低。采用变频器驱动后，整个过程中功率因数可达0.9以上，大大节省了无功功率。 2.2提高系统效率 采用变频器驱动后，电机与减速器直接硬联接，减少了液力偶合器环节。而液力偶合器本身的传递效率并不高，而且主要是通过液体来传动。液体的传动效率比直接硬联接的传动效率低许多，因而采用变频器驱动后，系统总的传递效率要比液力偶合器驱动的效率要高5%~10%。另外，工作点通常离变电站距离较远，不同时段电压波动较大，利用变频器的自动稳压功能，也有部份节能作用。 2.3交流变频大调速器对皮带机驱动的优势 一是控制精度高。通常变频器都采用磁通矢量控制，使交流电机的调速性能与直流电机几乎相等。二是工作可靠性高。变频器用于提升绞车控制时，采用的是电子器件，寿命长，且具有完善的保护功能。三是基本无维护工作量，减低了维护人员的工作强度。四是调速范围宽广，属于无级调速，低速时稳定性好。五是变频器属于转差功率不变型的调速方式，在整个调速过程中其节能效果达30%左右。 2.4矿井用矢量控制变频器 矿井用变频器是集自动控制、微电子、通讯及防爆技术、散热技术为一体的高新技术产品。变频器主要有交—直—交和交—交变频器两种形式，调速原理都是从电机特性出发的，因为交流电动机的转速表达式为：n=60f（1-s）/p 所以，只要平滑的改变供电电源频率f，就能获得平滑改变的电机转速n，故变频调速技术的关键就是如何获得频率可变的大功率供电电源。通常情况下要获得变频就必须变压，而交流电动机是个多变量、强耦合和非线性的被控对象，仅用电压/频率恒定控制，不能满足调速系统要求，故一级调速采用矢量控制。 矢量控制的基本思想是仿照直流电机的调速特点，以所产生的旋转磁场相同为原则，通过三相—两相交换和同步旋转变换，把交流电机在按转子磁链定向的同步旋转坐标上等效成直流电机，模仿直流电机实现交流调速。直接转矩控制放弃了旋转坐标变换，在静止两相坐标系上控制转矩和定子磁链，采用砰—砰论证以获得快速的转矩响应，但重载时电机启动噪声大、发热较矢量控制严重、防爆性能差，所以矿用变频器多为矢量控制的变频器。 3 矿井运用变频器的社会和经济效益 变频器在矿井应用，主要是它的调速性能和节能技术得到了充分发挥，可以解决高精度的转矩控制、节能增效、净化环境、确保安全生产。变频调速能优化系统的运行过程，能根据系统做相应的改变，还能通过远控PLC或其他控制器实现速度控制；设置相应的转矩极限来保护机械设备不致受损，提高了机械部件和电机的寿命，保证了系统的可靠性；可以实现高效的转矩输出，从而节省机械传动部件，降低了成本和空间，提高了系统的稳定性；可以控制电机的启动电流，能够降低启动电流，减小电机的维护成本，增加电机寿命；可以降低电力线路电压波动，保证了其他电压敏感设备的正常运行；可以比不用时大大降低能耗，减少电机多余的有功功率的损耗，通过动态调节供给最适合的电压，适应负载的变动，使电机始终保持电机的高效运行；可以提高电机的功率因数，减少无功功率的损耗。 变频器在矿井使用后，各种性能指标都能满足系统的需求，事故率比以前有了明显的下降，与其他未使用的机巷相比优越性明显。而且电动机是公认的耗电大户，占整个国民经济用电量的六成以上，要建设节约型社会，降低电动机能耗意义重大。大力推广变频调速技术是实现这一目标的重要手段。变频器的使用需要的前期投入包括：变频器及变频器配套设备的购买、安装费用，及使用时的日常维护费用等。从长远来看，变频器的使用能节约电能增加收益；电机及其他机械设备的损耗降低，寿命增加可以增加收益；系统简化，维护人员减少，日常维护费用降低增加收益；系统运行可靠稳定，减少了事故的发生，保证了安全生产增加收益。 参考文献 [1]彭新荣，王志刚.专用变频器在矿用提升机电控系统改造中的应用.机电产品开发与创新，2010(6). |
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