黃文輝

摘 要：變頻器的應(yīng)用解決了重介質(zhì)選煤工藝中的控制難點(diǎn)，使得生產(chǎn)系統(tǒng)中增加的介質(zhì)系統(tǒng)的控制變得異常方便和簡(jiǎn)單。為保證整個(gè)工藝系統(tǒng)協(xié)調(diào)，產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備效率，并能夠?qū)に噮?shù)及時(shí)、準(zhǔn)確和靈活控制調(diào)整。我們需要了解變頻器在重介質(zhì)選煤工藝中的作用，潛心學(xué)習(xí)變頻器的基本原理，掌握變頻器的選型、安裝、調(diào)試的技術(shù)要求，并對(duì)安裝、調(diào)試中特別需要注意的細(xì)節(jié)方面下工夫，認(rèn)真對(duì)待。針對(duì)變頻器的故障進(jìn)行分析尋找原因，保證變頻器安全高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變頻器；重介質(zhì)選煤；密度；分選；自動(dòng)控制；逆變器；整流

我廠系礦井型選煤廠，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、自行施工、與露天煤礦項(xiàng)目同步建設(shè)的一座特大型動(dòng)力煤選煤廠，其產(chǎn)品系特低硫、低磷、高熔點(diǎn)和中高發(fā)熱量動(dòng)力煤?，F(xiàn)在我廠洗選工藝有跳汰和重介質(zhì)洗選兩種工藝。而這幾年生產(chǎn)更新、擴(kuò)能更是讓重介質(zhì)選煤工藝在我廠的比重上漲。為我們學(xué)習(xí)和研究重介質(zhì)選煤工藝及其設(shè)備提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，如何使用好、維護(hù)好重介質(zhì)選煤工藝及其設(shè)備是我們當(dāng)前的主要任務(wù)。而變頻器在這個(gè)工藝中更是具有不可代替的作用，我們更加需要研究變頻器在選煤廠的應(yīng)用。

1 變頻器在重介質(zhì)選煤工藝中的作用

重介質(zhì)選煤是在密度介于凈煤和矸石的重介質(zhì)懸浮液中按照阿基米德原理進(jìn)行分選的方法。在重介質(zhì)選煤工藝中，影響和控制其分選效果的主要因素有以下幾個(gè)方面。

1.1 入選煤粒度大小對(duì)分選效果的影響

重介質(zhì)選煤過程中入選原煤的粒度越大，分層速度越快、分選的效率也越高。

1.2 給煤量大小和平穩(wěn)性對(duì)分選效果的影響

給煤量過大，煤在分選機(jī)內(nèi)不能充分散開，甚至造成物料堆積，來不及分選就排出機(jī)外，造成精煤灰分增高；給煤量少，影響分選機(jī)的處理能力，給煤量不能忽大忽小時(shí)斷時(shí)續(xù)應(yīng)均勻平穩(wěn)

1.3 懸浮液密度調(diào)整對(duì)分選效果的影響

用分選機(jī)分選塊煤由于受上介質(zhì)流和介質(zhì)阻力等因素的影響，實(shí)際分選密度一般比懸浮液密度高0.04-0.8G/CM3、在生產(chǎn)中應(yīng)盡量使懸浮液密度波動(dòng)范圍小，生產(chǎn)中當(dāng)精煤灰分超過指標(biāo)和原煤可選性變難的情況下可適當(dāng)降低懸浮液密度和循環(huán)量或適當(dāng)調(diào)整上升流和水平流的比例，當(dāng)精煤灰分較低沉煤中含精煤較多時(shí)，如果懸浮液中煤泥含量較低，可適當(dāng)加大上升流量，如果煤泥含量較高則可適當(dāng)提高懸浮液密度。

1.4 懸浮液循環(huán)量和流速對(duì)分選效果的影響

分選機(jī)懸浮液循環(huán)量包括上升（下降）液流和水平液流。水平液流的主要作用是運(yùn)輸物料，其流速取決于入料的力度，上升（下降）液流的作用是提高懸浮液的穩(wěn)定性，其流速取決于懸浮液密度和煤泥以及加重質(zhì)粒度。

1.5 小結(jié)

根據(jù)上述情況可以知道，這些因素在重介質(zhì)選煤工藝中的測(cè)試和調(diào)整尤為重要，對(duì)其控制的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和靈活性更是保證整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)，確保產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備效率的依據(jù)。為實(shí)現(xiàn)及時(shí)、準(zhǔn)確、靈活的對(duì)重介質(zhì)選煤工藝的這些參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整，一般在這重介質(zhì)選煤工藝的控制系統(tǒng)中包含以下幾個(gè)控制小系統(tǒng)：

（1）主選介質(zhì)密度自動(dòng)控制系統(tǒng)：由密度測(cè)量裝置、分流裝置、調(diào)節(jié)控制組成。

（2）再選介質(zhì)密度自動(dòng)控制系統(tǒng)：由密度檢測(cè)裝置、物料添加分流裝置、調(diào)節(jié)控制組成。

（3）主選介質(zhì)桶液位自動(dòng)控制系統(tǒng)：由物料桶液位檢測(cè)裝置、調(diào)節(jié)水泵、調(diào)節(jié)控制組成。

（4）再選介質(zhì)桶液位自動(dòng)控制系統(tǒng)：由物料桶液位、液體添加和分流裝置、調(diào)節(jié)控制組成。

（5）旋流器入口壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)：由壓力檢測(cè)裝置、物料上料裝置、調(diào)節(jié)控制組成。

在這幾個(gè)自動(dòng)控制中調(diào)節(jié)控制的主要功能是實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備的流量變化進(jìn)行控制，通過對(duì)流量的變化實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝參數(shù)及時(shí)、準(zhǔn)確和靈活控制調(diào)整，保證整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)，確保產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備效率。能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備控制的電氣元件變頻器成為滿足調(diào)節(jié)控制最基礎(chǔ)的要求，是保障重介質(zhì)選煤工藝整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)，確保產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備效率的一個(gè)物質(zhì)基礎(chǔ)。只有使用好、維護(hù)好和發(fā)展好變頻器，才能夠讓重介質(zhì)選煤工藝系統(tǒng)更加協(xié)調(diào)，進(jìn)而控制產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備效率。

2 變頻器的基本原理

變頻器全稱交流變頻調(diào)速器，是上世紀(jì)中葉時(shí)期發(fā)展起來的一種交流調(diào)速設(shè)備，集電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)為一體的綜合性高技術(shù)產(chǎn)品，被譽(yù)為“現(xiàn)代工業(yè)維生素”，能夠解決傳統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速難、交變速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性均不盡人意的缺點(diǎn)，它在調(diào)整輸出頻率的同時(shí)按比例調(diào)整輸出電壓，從而改變交流電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到交流電機(jī)調(diào)速的目的，使交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍和性能均大幅度提升，現(xiàn)變頻調(diào)速的交流電動(dòng)機(jī)正逐步代替直流電動(dòng)機(jī)。簡(jiǎn)單的理解變頻器，就是利用電力半導(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。而我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。其作用目的是根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：n=60f（1-s）/p，提供調(diào)速思路：改變f-（輸入交流電電源的頻率）進(jìn)而改變n-（電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）。變頻器的電路由三相橋式不可控整流器，濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率的中間直流環(huán)節(jié)，輸出為PWM波形的IGBT三相橋式逆變器整流、由單片機(jī)構(gòu)成智能控制系統(tǒng)的四部分組成。

3 變頻器的選型、安裝和調(diào)試技術(shù)要求

3.1 變頻器選型時(shí)的技術(shù)要求

（1）明確采用變頻的目的：流量和壓力控制。（2）明確變頻器的負(fù)載情況：需要注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。（3）電流與負(fù)載的額定電壓、電流匹配，特別需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在需要恒轉(zhuǎn)矩情況下考慮轉(zhuǎn)矩匹配。

3.2 變頻器安裝時(shí)的技術(shù)要求endprint

（1）首先確認(rèn)變頻器的安裝環(huán)境情況要求。在變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對(duì)不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。環(huán)境溫度太高且溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時(shí)，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。裝有變頻器的控制柜受到機(jī)械振動(dòng)和沖擊時(shí)，會(huì)引起電氣接觸不良。這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對(duì)儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。

（2）變頻器電纜和控制線的布線方法。變頻器和電機(jī)的距離應(yīng)該盡量的短?？刂齐娎|選用屏蔽電纜，動(dòng)力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機(jī)全部用穿線管屏蔽。電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線，其最小距離為500mm。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按90度角交叉。在使用模擬量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制變頻器時(shí)，為了減少模擬量受來自變頻器和其他設(shè)備的干擾，將控制變頻器的信號(hào)線與強(qiáng)電回路（主回路及順控回路）分開走線，距離應(yīng)在30cm以上，模擬量控制信號(hào)線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線，電線規(guī)格為0.75mm2。在接線時(shí)一定要注意，電纜剝線要盡可能的短（5-7mm左右），同時(shí)對(duì)剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線與其他設(shè)備接觸引入干擾。該信號(hào)與變頻器之間的控制回路線最長(zhǎng)不得超過50m。即使在控制柜內(nèi)，同樣要保持這樣的接線規(guī)范。

（3）變頻器的接地。變頻器必須正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線的截面不小于4mm，長(zhǎng)度不超過5m。變頻器的接地應(yīng)和動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開，不能共地。信號(hào)線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。

3.3 根據(jù)上述技術(shù)要求變頻器安裝時(shí)特別需要要注意以下問題

3.3.1 散熱問題。變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主，約占98%，控制電路占2%。為了保證變頻器正?？煽窟\(yùn)行，必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱。我們通常采用風(fēng)扇散熱；變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器的箱體內(nèi)部散熱帶走，若風(fēng)扇不能正常工作，應(yīng)立即停止變頻器運(yùn)行；大功率的變頻器還需要在控制柜上加風(fēng)扇，控制柜的風(fēng)道要設(shè)計(jì)合理，所有進(jìn)風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng)，排風(fēng)通暢，避免在柜中形成渦流，在固定的位置形成灰塵堆積。

3.3.2 電磁干擾問題

（1）變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾，而且會(huì)產(chǎn)生高次諧波，這種高次諧波會(huì)通過供電回路進(jìn)入整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)，從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個(gè)系統(tǒng)25%以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施。（2）當(dāng)系統(tǒng)中有高頻沖擊負(fù)載如電焊機(jī)、電鍍電源時(shí)，變頻器本身會(huì)因?yàn)楦蓴_而出現(xiàn)保護(hù)，則考慮整個(gè)系統(tǒng)的電源質(zhì)量問題。

3.3.3 防護(hù)問題

（1）防水防結(jié)露：如果變頻器放在現(xiàn)場(chǎng)，需要注意變頻器柜上方不的有管道法蘭或其他漏點(diǎn)，在變頻器附近不能有噴濺水流，總之現(xiàn)場(chǎng)柜體防護(hù)等級(jí)要在IP43以上。（2）防塵：所有進(jìn)風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng)阻隔絮狀雜物進(jìn)入，防塵網(wǎng)應(yīng)該設(shè)計(jì)為可拆卸式，以方便清理，維護(hù)。防塵網(wǎng)的網(wǎng)格根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況確定，防塵網(wǎng)四周與控制柜的結(jié)合處要處理嚴(yán)密。（3）防腐蝕性氣體：在化工行業(yè)這種情況比較多見，此時(shí)可以將變頻柜放在控制室中。

3.4 變頻器的調(diào)試

3.4.1 變頻器的相關(guān)參數(shù)的設(shè)置

變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。其主要設(shè)置：

（1）控制方式。即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。按照工藝要求設(shè)置，采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。

（2）最低運(yùn)行頻率。即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其散熱性能很差，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而且低速時(shí)，其電纜中的電流也會(huì)增大，也會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱。

（3）最高運(yùn)行頻率。一般的變頻器最大頻率到50Hz，載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大，影響電機(jī)發(fā)熱，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱。

（4）電機(jī)參數(shù)。變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。

3.4.2 變頻器的通電運(yùn)行調(diào)試

變頻系統(tǒng)的通電運(yùn)行調(diào)試，總體上遵循“先空載，繼輕載，后重載”的原則。先變頻器在通電時(shí)，一般輸出端可先不接電動(dòng)機(jī)，按說明書要求進(jìn)行啟/停的基本操作，觀察變頻器U，V，W電壓是否平衡。再斷開電動(dòng)機(jī)輸出端聯(lián)軸器，保證電動(dòng)機(jī)空載，在變頻器的輸出端接上電動(dòng)機(jī)，通電檢查設(shè)置參數(shù)，試運(yùn)行，觀察電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，變頻器U，V，W電壓，電流等參數(shù)是否正常。正常后，停電，做好安全防護(hù)，連接電動(dòng)機(jī)輸出端聯(lián)軸器，讓電動(dòng)機(jī)帶載，通電檢查設(shè)置參數(shù)，試運(yùn)行，如有需電機(jī)運(yùn)行時(shí)設(shè)置的參數(shù)，按負(fù)載工藝等情況設(shè)置，觀察運(yùn)行情況。如跳頻的設(shè)置，觀察設(shè)備運(yùn)行是否在某個(gè)頻率點(diǎn)上，有產(chǎn)生共振現(xiàn)象。最終確定有效的參數(shù)值。運(yùn)行正常后，投入使用。endprint

4 變頻器故障的分析

變頻器故障出現(xiàn)的原因經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)變頻器在選型、安裝和調(diào)試時(shí)，由于對(duì)技術(shù)要求的不熟悉，往往會(huì)忽略一些細(xì)節(jié)，就會(huì)給設(shè)備埋下一些故障隱患，造成設(shè)備突發(fā)故障和損壞，而且處理時(shí)也經(jīng)常會(huì)忽略這些細(xì)節(jié)，造成設(shè)備的故障反復(fù)出現(xiàn)，往往是在真正解決問題后分析其原因時(shí)才能發(fā)現(xiàn)問題所在。需要特別注意一些的細(xì)節(jié)。

4.1 消除變頻器產(chǎn)生的高次諧波危害

電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備，在出現(xiàn)電磁干擾時(shí)，需要加電抗器；濾波器是安裝在變頻器的輸出端，減少變頻器輸出的高次諧波，當(dāng)出現(xiàn)電纜、電機(jī)溫度過高，電機(jī)軸承壽命短，應(yīng)該考慮安裝濾波器。

4.2 變頻器的散熱

變頻器本身在運(yùn)行中產(chǎn)生熱量比較大，內(nèi)部大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，一般要求為0～55℃，為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地，需要控制在40℃以下，因而對(duì)其散熱和環(huán)境溫度要求比較高，在檢修中，必須加強(qiáng)對(duì)其的散熱風(fēng)扇的點(diǎn)檢，防止因風(fēng)扇工作不良，進(jìn)一步損害變頻器內(nèi)部電路，讓故障擴(kuò)大。為保證變頻器散熱良好，要經(jīng)常對(duì)它的防護(hù)進(jìn)行檢查，特別是防塵，要及時(shí)對(duì)變頻器進(jìn)行手動(dòng)除塵。

4.3 變頻器的接地

變頻器的接地應(yīng)和動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開，不能共地。信號(hào)線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。在日常檢修中經(jīng)常對(duì)接地的接線檢查，防止松動(dòng)脫落。

5 結(jié)束語

由于國(guó)家的環(huán)保政策和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，國(guó)家從實(shí)際情況出發(fā)，明確煤炭為基礎(chǔ)能源，努力提高優(yōu)質(zhì)煤比重，加大潔凈煤開發(fā)的力度，采取措施限制高硫高灰煤的開采和利用，鼓勵(lì)和支持選煤的發(fā)展，提倡采用高效率的重介質(zhì)選煤方法，必將使變頻器更加廣泛應(yīng)用于選煤事業(yè)中，使用好、維護(hù)好、發(fā)展好變頻器更能讓我們?yōu)檫x煤事業(yè)發(fā)展添磚加瓦，讓我們的選煤事業(yè)蒸蒸日上。

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