王 亮

平安煤礦瓦斯治理國家工程研究中心有限責(zé)任公司（東于煤業(yè)管理公司），安徽淮南 232001

目前，在煤礦企業(yè)中高壓大容量電機(jī)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它可以積極推動(dòng)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)與運(yùn)營，還通常使用在拖動(dòng)風(fēng)機(jī)和礦井提升機(jī)、井下水泵及空氣壓縮機(jī)等。我國很多高壓電機(jī)的調(diào)壓和啟動(dòng)方法相對落后，對電能造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)，而且降低了設(shè)備的使用壽命。

1 相應(yīng)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀

以下是目前我國機(jī)電設(shè)備的相關(guān)特點(diǎn)：

第一，它實(shí)際擁有著超大的容量，電壓很高而且其等級(jí)還很多。其在很多的媒體電設(shè)備上，重型設(shè)備所占的比例大，如水泵、采煤機(jī)和輸送機(jī)等，其功率較大，電壓等級(jí)多且高。

第二，設(shè)備的裕量大，對其可靠性的要求和對過載能力的要求都比較高，與此同時(shí)相應(yīng)的負(fù)荷變成也比較大。很多設(shè)備長時(shí)間處在低負(fù)荷以及低效率的實(shí)際環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)行，而通常情況下井下都是進(jìn)行的遠(yuǎn)距離電纜的供電方式，致使電纜終端的用電設(shè)備出現(xiàn)功率低的問題。

第三，設(shè)備的種類很多，涉及到輸配電壓器和通訊以及變壓器、直流及交流傳動(dòng)等多種相關(guān)技術(shù)。尤其是在一些煤礦的井下其實(shí)際的安全性設(shè)備均比較多。

目前，我國擁有大量的煤礦，大中型煤礦就有約六千多個(gè)，很多的礦井均已年頭久遠(yuǎn)。而正因?yàn)槠湓O(shè)備的久遠(yuǎn)性，其在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行時(shí)的耗電量也就變的特別大。在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中因?yàn)檫^多的想到相關(guān)建設(shè)的實(shí)際工藝要求，不僅如此其選型的裕量比較大，這就嚴(yán)重的造成設(shè)備長期在低負(fù)荷以及低運(yùn)行率的情況下進(jìn)行工作。富裕量對風(fēng)機(jī)效率有較大的影響，另外，需要調(diào)節(jié)流量的地方，大多采用閥門或者擋板來完成流量及風(fēng)量的調(diào)節(jié)工作，功率消耗大。因此，煤礦企業(yè)的節(jié)能改進(jìn)十分有必要。

2 高壓變頻器的應(yīng)用與選型

2.1 高壓變頻器的工作原理

變頻器是用來變電轉(zhuǎn)換的一種裝置，其原理就是通過對半導(dǎo)體原件通斷的控制，進(jìn)而將電壓和頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換成可以自由調(diào)節(jié)電壓和頻率的交流電。目前所使用的變頻器的原理就是首先將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后在將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，它的頻率和電壓都可以被控制，這種變頻器被稱為交-直-交式變頻器，下圖是它的原理圖。

通常把能夠驅(qū)動(dòng)1kV 以上電壓的變頻器叫做高壓變頻器，它的類型有很多，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有很多，但原理和功能都類似。高壓變頻器的原理是把很多低壓單位串聯(lián)到一起，提高輸出的電壓。每個(gè)低壓單位的供電均來自隔離變壓器的二次線圈，以滿足各個(gè)等級(jí)輸出電壓的需求，同時(shí)部分器件的耐壓也不會(huì)受到影響。高壓變頻器通常分為三種，即高耐壓開關(guān)器件型變頻器、間接高壓變頻器和多重化技術(shù)型變頻器。

變頻器工作原理示意圖

2.2 對相關(guān)變頻器的合理性選擇

因?yàn)橄鄳?yīng)的高壓變頻器其有著多種類型，其特點(diǎn)根據(jù)類型的不同也有所差別，而在進(jìn)行相應(yīng)機(jī)電設(shè)備技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，完全可以依照相應(yīng)的功率與負(fù)荷類型及控制方式等進(jìn)行選型。

1）依據(jù)功率選型

從效率的角度來看，在對變頻器選型時(shí)需注意一下幾個(gè)方面的內(nèi)容：第一，變頻與電機(jī)的功率值在相同的時(shí)候，有利于變頻器進(jìn)行高效運(yùn)轉(zhuǎn)；第二，當(dāng)電動(dòng)機(jī)與變頻器功率不同時(shí)，必須要求相應(yīng)變頻器的功率盡量與電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率相貼近，同時(shí)其實(shí)際功率也要相對加強(qiáng)。第三，啟動(dòng)過于頻繁和工作比較頻繁以及重新啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選擇大一點(diǎn)功率的變頻器，這十分有利于相關(guān)設(shè)備進(jìn)行長時(shí)間的安全運(yùn)行；第四，在進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備的測試之后，如若電動(dòng)機(jī)的功率還有剩余的功率，這時(shí)要選擇功率比電動(dòng)機(jī)小的變頻器，但是要對瞬時(shí)的峰值電流是不是會(huì)對電流的保護(hù)動(dòng)作造成影響進(jìn)行重視；第五，如果電動(dòng)機(jī)的功率與變頻器的不同，應(yīng)該對節(jié)能程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，從而達(dá)到更佳的節(jié)能效果。

2）進(jìn)行變頻器負(fù)載類型的選擇

通常情況下，都是根據(jù)負(fù)載的特點(diǎn)進(jìn)行高壓變頻器的選擇，因?yàn)?，不同類型的高壓變頻器，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都不相同。按照生產(chǎn)器械的一系列特點(diǎn)對其進(jìn)行分類，主要將其分為四類，即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和降轉(zhuǎn)矩負(fù)載，而降轉(zhuǎn)矩負(fù)載又包括風(fēng)機(jī)類和水泵類兩種類型。特殊條件下，通用變頻器可以用于各類負(fù)載，但是通常情況下，恒功率負(fù)載主要通過對U/f 的控制來實(shí)現(xiàn)其目的。

3）根據(jù)控制方式來選擇

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由高壓變頻器與異步電動(dòng)機(jī)共同構(gòu)成，控制方式主要分為開環(huán)和閉環(huán)控制。開環(huán)控制多采用無速度傳感器矢量控制和普通功能的U/f 控制的高壓變頻器。對于開環(huán)控制，其結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠性高，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)性和調(diào)速精度不夠高，特別是在低速區(qū)，其特性更加明顯，它主要適用于對精度要求不是很高的地方。閉環(huán)控制多采用有速度傳感器矢量控制或帶有PID 控制器的U/f 控制的高壓變頻器，其只適用在相應(yīng)的壓力、速度和流量以及PH 值等方向。當(dāng)采用受速度傳感器矢量控制的變頻器時(shí)，可以在相應(yīng)的異步電動(dòng)機(jī)上進(jìn)行安置編碼器以及相應(yīng)的速度傳感器，同時(shí)將輸出量直接的輸入到變頻器中，最終構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，只有此類控制方式才是比較合理的，其調(diào)速范圍很高，而且還能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，系統(tǒng)的性能好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

3 結(jié)論

合理的選擇高壓變頻器的類型是高壓變頻技術(shù)的核心內(nèi)容，為了保證變頻器運(yùn)行的可靠性，使其達(dá)到最佳效果，就需要合理的對高壓變頻器進(jìn)行選型，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能減排。

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