鄭平　孫維波　焦學(xué)智

【摘 要】隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對于能源和資源的需求越來越大，大量的冶金及礦山工業(yè)得到了發(fā)展。而隨著矢量控制技術(shù)的不斷改進(jìn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)飛速發(fā)展，逐漸進(jìn)入了可以和直流調(diào)速相互競爭，相互媲美的時代。本文針對變頻器在冶金礦山工業(yè)中的應(yīng)用問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)和解決措施。

【關(guān)鍵詞】變頻器；冶金及礦山工業(yè)；應(yīng)用問題

0.前言

冶金及礦山工業(yè)，主要是針對礦物資源的開采和金屬的冶煉，可以為社會提供發(fā)展所需的金屬材料和礦物能源等，對于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著巨大的推動作用。隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電機(jī)逐漸走向繁榮，相比于直流電機(jī)，具備維護(hù)方便，使用壽命長，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，變頻調(diào)速技術(shù)逐漸成為電氣傳動的發(fā)展方向。然而，變頻調(diào)速自身具備的特殊的運(yùn)行規(guī)律和特點(diǎn)，在冶金及礦山工業(yè)的應(yīng)用中，出現(xiàn)了一些特殊的問題，必須予以重視和解決。

1.變頻器概述

變頻器，是指利用電力半導(dǎo)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，一般可以分為兩大類，即電壓型和電流型，電壓型可以將電壓源的直流變?yōu)榻涣?，其直流回路的濾波是電容，而電流型則是將電流源的直流變?yōu)榻涣?，其直流回路濾波是電感。

變頻器屬于可調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)的一種，可以應(yīng)用變頻驅(qū)動技術(shù)，改變交流電動機(jī)工作電壓的頻率和幅度，從而實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)速度及轉(zhuǎn)矩的平滑控制。在變頻器出現(xiàn)之前，對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整需要透過直流電動機(jī)才能完成，或者利用內(nèi)建耦合機(jī)的VS電動機(jī)，在運(yùn)轉(zhuǎn)中使用耦合機(jī)使電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速下降。變頻器簡化了上述的工作，縮小了設(shè)備體積，大幅度降低了維修率。但是需要注意的是，變頻器的電源線及電動機(jī)線上面通常存在高頻切換訊號，會造成電磁干擾，而變頻器輸入側(cè)的功率因素一般不佳，會產(chǎn)生電源端的諧波，需要不斷進(jìn)行研究和改進(jìn)。

2.變頻器在冶金礦山工業(yè)中的應(yīng)用

在冶金及礦山工業(yè)中，使用的相關(guān)設(shè)備，如高爐除塵風(fēng)機(jī)、煉鋼除塵風(fēng)機(jī)、鍋爐給水泵等，通常都是使用交流異步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的，設(shè)備的調(diào)速方位較廣，對于生產(chǎn)的工藝影響較大，同時對環(huán)境的影響也相對較大。之前，由于受到技術(shù)條件的限制，許多鋼鐵廠的水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備沒有裝設(shè)調(diào)速裝置，而是直接采用工頻供電，通過相應(yīng)的閥門或風(fēng)門對水量和風(fēng)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，不僅造成了能源的大量浪費(fèi)，也使得經(jīng)濟(jì)效益難以提高。而如果在其中安裝高壓變頻器，對風(fēng)機(jī)和鍋爐等進(jìn)行變頻調(diào)速，可以極大地節(jié)約電力能源，降低生產(chǎn)經(jīng)營的成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于變頻器自身的特殊性以及運(yùn)行規(guī)律，其在冶金礦山工業(yè)的應(yīng)用中，還存在許多亟待解決的問題，必須予以重視。

2.1轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能的應(yīng)用

為了提高電動機(jī)的低頻轉(zhuǎn)矩，通常情況下，變頻器都設(shè)置有轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能，可以通過電壓補(bǔ)償和電壓矢量控制的方法，對電動機(jī)效率進(jìn)行優(yōu)化。

2.1.1電壓補(bǔ)償

其基本原理是，在低頻時，對定子電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥岣撸a(bǔ)償定子內(nèi)阻壓降，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩輸出的穩(wěn)定性和平衡性。變頻器一般都會同時提供手動補(bǔ)償和自動補(bǔ)償兩種形式，由于自動補(bǔ)償只能在加速的情況下發(fā)揮作用，因此通常情況下都是通過人工設(shè)定補(bǔ)償曲線的形式進(jìn)行手動補(bǔ)償，以避免恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時自動補(bǔ)償拒動而造成安全事故。

在手動補(bǔ)償時，對于補(bǔ)償曲線的設(shè)置不能過高，以免系統(tǒng)效率降低導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，同時也不能過低，避免轉(zhuǎn)矩不足。因此，需要結(jié)合低速時阻轉(zhuǎn)矩的實(shí)際情況以及模擬事故狀態(tài)下的阻轉(zhuǎn)矩，對補(bǔ)償曲線進(jìn)行初選和設(shè)置。在初選時，其數(shù)值應(yīng)該略偏小，之后進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對補(bǔ)償曲線進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，最終得到最為適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。另外，采用電壓補(bǔ)償?shù)姆绞?，可以?Hz環(huán)境下，輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩。

2.1.2電壓矢量控制

其技術(shù)原理在于，變頻器根據(jù)轉(zhuǎn)矩電流和定子阻抗，對壓頻比進(jìn)行自動修正，從而實(shí)現(xiàn)對定子內(nèi)阻壓降的補(bǔ)償。

對于小容量的變頻器而言，其補(bǔ)償值需要根據(jù)定子阻抗和激磁電流來計(jì)算，而對于大中容量的變頻器而言，補(bǔ)償值需要根據(jù)定子電阻和功率因數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。相關(guān)參數(shù)既可以通過人工輸入，亦可以設(shè)定為變頻器的自動測量。對定子電阻進(jìn)行測量的常用方法是，對變頻器輸入20V單相交流電，根據(jù)定子電流的數(shù)值上升曲線，對定子電阻和時間常數(shù)進(jìn)行計(jì)算。為了避免溫度對電阻產(chǎn)生的影響，自動測量需要在電機(jī)啟動時同時進(jìn)行。相比較電壓補(bǔ)償，電壓矢量控制機(jī)的方法可以時電機(jī)在1Hz的環(huán)境下輸出150%的額定轉(zhuǎn)矩。

2.2變頻器自身的抗干擾

變頻器采用的電路屬于PWM型逆變電路，在輸出過程中會產(chǎn)生較強(qiáng)的高次諧波，對控制電路的正常工作造成一定的干擾和影響。為了避免這種干擾，保證其正常的工作，可以采取以下解決措施：

（1）假設(shè)存在給定信號干擾，可以通過在變頻器的給定信號輸入與地面之間，連接一臺電容器，實(shí)現(xiàn)對干擾信號的過濾和吸收。

（2）變頻器的控制電路使用的電纜應(yīng)為屏蔽電纜，或者采取絞線的形式進(jìn)行安裝。同時，要將屏蔽電纜的屏蔽層一端接地，一端懸空，不能兩端同時接地。為了保證抗干擾效果，最好的處理方法是將屏蔽電纜從變頻器直接敷設(shè)至設(shè)備單元，中間盡量不經(jīng)過端子排。

（3）要對控制電纜與主線路之間的距離進(jìn)行調(diào)整和控制，保證其不小于100mm，可以允許一定的波動，但是絕對不能在一個導(dǎo)線槽內(nèi)同時進(jìn)行敷設(shè)?？刂齐娎|與主電路如果因?yàn)樘厥馇闆r必須進(jìn)行交叉時，要保證直角交叉。

2.3電機(jī)的超速運(yùn)行

通常情況下，通用型電動機(jī)的超速耐力為120%額定轉(zhuǎn)速2min，也就是說，在超速20%運(yùn)行的情況下，通用型電機(jī)可以保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)兩分鐘，之后就可能出現(xiàn)損毀。因此，在使用變頻器對通用型電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速和控制時，其允許的最高輸出頻率為62Hz，若超出額定轉(zhuǎn)速，電動機(jī)會產(chǎn)生如下問題：

（1）離心力過大，引起葉片、轉(zhuǎn)軸等旋轉(zhuǎn)體零部件的強(qiáng)度下降。

（2）軸承內(nèi)部潤滑油使用壽命縮短。

（3）機(jī)械損耗增加，電機(jī)溫度提高。

（4）產(chǎn)生較大的噪音污染，電動機(jī)的振動特性變差。

2極電機(jī)對應(yīng)的50Hz轉(zhuǎn)速已經(jīng)比較高，一般不能超過這個轉(zhuǎn)速運(yùn)行，而4極及以上電機(jī)在充分考慮上述因素的情況下，可以超出這個限定，但也必須對最高速度進(jìn)行限制，制定出相應(yīng)的操作規(guī)范。如果電動機(jī)長時間處于超速狀態(tài)，必須對其進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。同時，由于在額定頻率以上進(jìn)行調(diào)速屬于恒功率調(diào)速的范圍，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會隨著頻率的增加而降低，因此，對于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，一般情況下只能允許電機(jī)在空負(fù)載的情況下超速運(yùn)行。

3.結(jié)語

總而言之，在冶金及礦山工業(yè)中應(yīng)用變頻器，不僅可以提高設(shè)備自身的運(yùn)行效率，節(jié)約大量的能源，還可以有效提高生產(chǎn)效率，其作用是十分巨大的。 [科]

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