李顯輝

(陜西鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司)

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淺析變頻器在選礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

李顯輝

(陜西鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司)

介紹了變頻器在某金礦選廠生產(chǎn)中的應(yīng)用，指出了變頻器良好的調(diào)速性能在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化指標(biāo)、節(jié)能降耗等方面的作用，并對(duì)生產(chǎn)使用中常出現(xiàn)的諧波問(wèn)題、選型問(wèn)題做了簡(jiǎn)要分析，并提出解決的措施。

變頻器 調(diào)速 阻抗 諧波

在選礦生產(chǎn)中，受工藝要求、設(shè)備配置及其他外部因素的影響，生產(chǎn)過(guò)程往往很難保持穩(wěn)定，如能對(duì)渣漿泵、空壓機(jī)、給料機(jī)等設(shè)備進(jìn)行調(diào)速，就可以解決設(shè)備與生產(chǎn)的匹配性問(wèn)題，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化指標(biāo)、提高效益的目的。最初人們通過(guò)使用多速電機(jī)、調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、串電阻調(diào)速等手段來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)速，但調(diào)速范圍窄、機(jī)械性能差，效果不理想。隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，容量大、功能多、可靠性高的變頻器在選礦生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用。變頻調(diào)速的突出特點(diǎn)是調(diào)速范圍廣、精度高、平滑性好、節(jié)能效果顯著，可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行精確、穩(wěn)定的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

以陜西鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司為例，簡(jiǎn)單總結(jié)了變頻器在選礦生產(chǎn)中的應(yīng)用，并指出使用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

1 變頻器作用

陜西省鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司在原礦碎磨、浸吸、電冶及排尾等選礦生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用了大量的變頻器來(lái)進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的調(diào)速控制，發(fā)揮著重要作用。

1.1 穩(wěn)定生產(chǎn)

碎礦車間用來(lái)給顎式破碎機(jī)供礦的振動(dòng)給料機(jī)在沒(méi)有應(yīng)用變頻系統(tǒng)之前，不能調(diào)速。當(dāng)原礦為大塊礦石且給礦量很大時(shí)，破碎機(jī)負(fù)荷過(guò)大，“吃不及”；當(dāng)原礦為礦山表皮浮土礦時(shí)，破碎機(jī)又“吃不飽”，增加了設(shè)備的空轉(zhuǎn)。通過(guò)選用FRN22G11S型變頻器(日本富士公司生產(chǎn))對(duì)給料機(jī)進(jìn)行調(diào)速以隨時(shí)調(diào)整給礦量，保證了破碎機(jī)始終處于“半腔工作”的良好狀態(tài)，滿足生產(chǎn)的需要。

磨礦車間采用水力旋流器進(jìn)行分級(jí)，渣漿泵設(shè)備選型和給礦量不穩(wěn)定等因素造成渣漿泵時(shí)常“抽空”，旋流器進(jìn)漿量不穩(wěn)，壓力忽大忽小，分級(jí)效果很差。通過(guò)選用兩臺(tái)TD2000型(深圳艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司生產(chǎn))和HC-G3型變頻器(寶雞赫爾克電子公司生產(chǎn))分別對(duì)兩段分級(jí)系統(tǒng)渣漿泵進(jìn)行調(diào)速，使進(jìn)入旋流器的礦漿流量和壓力始終維持在合適范圍內(nèi)，穩(wěn)定了生產(chǎn)流程，優(yōu)化了工藝指標(biāo)。

尾礦處理車間每小時(shí)要處理、輸送約260～300 m3的尾礦和污水，用3臺(tái)柱塞泵排尾，每臺(tái)額定流量160 m3/h，采用“開二備一”的運(yùn)行模式。由于兩臺(tái)柱塞泵輸送能力較大，尾礦不夠，柱塞泵閥箱內(nèi)常產(chǎn)生“氣錘效應(yīng)”，泵體及管路受到很大的沖擊、震動(dòng)，嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，因此不得不補(bǔ)加清水，結(jié)果又造成生產(chǎn)用水緊張。為解決該問(wèn)題，選用了兩臺(tái)施耐德ATV38重載型變頻器同時(shí)使用施耐德XX930A3-M12型超聲波傳感器采集尾礦槽液位信號(hào)，并將信號(hào)送入PID智能調(diào)節(jié)儀與設(shè)定的目標(biāo)液位進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)反饋信號(hào)來(lái)控制變頻器、實(shí)現(xiàn)柱塞泵的調(diào)速。該閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，使柱塞泵能隨尾礦量自動(dòng)調(diào)速，從根本上消除了“氣錘效應(yīng)”。現(xiàn)在柱塞泵運(yùn)行平穩(wěn)，不需注水，既保護(hù)了設(shè)備，又節(jié)約了資源。針對(duì)其他車間某些需要調(diào)速的設(shè)備，如羅茨風(fēng)機(jī)、活性炭再生爐等也應(yīng)用了變頻器來(lái)進(jìn)行調(diào)速。

1.2 節(jié)能降耗

選礦生產(chǎn)中需要對(duì)大量的水、氣、漿料等流體進(jìn)行輸送，泵輸送流體理論表明，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。在應(yīng)用變頻器之前，磨礦車間渣漿泵工作電流為140～170 A，使用變頻系統(tǒng)控制后，工作電流降至90～110 A，電壓降至320～340 V，每小時(shí)可節(jié)約電能25～30 kW·h，全年可節(jié)約電能21萬(wàn)kW·h。尾礦車間柱塞泵在應(yīng)用變頻系統(tǒng)后，兩臺(tái)泵運(yùn)行功率共下降45 kW，年節(jié)約電能37萬(wàn)kW·h，同時(shí)泵體工作平穩(wěn)，閥組件等常用配件使用壽命大大延長(zhǎng)，由以前的20～30 d延長(zhǎng)至現(xiàn)在的45～60 d，每年可節(jié)約配件費(fèi)用11萬(wàn)元，也減輕了維護(hù)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)能降耗效果十分顯著。

2 常見(jiàn)問(wèn)題及措施

盡管變頻器在選礦生產(chǎn)中具有諸多優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，但在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)諧波電磁污染、功率匹配、參數(shù)設(shè)定、發(fā)熱等問(wèn)題。如果不引起重視并采取有效的解決措施，就會(huì)影響生產(chǎn)、損害電氣設(shè)備。

2.1 諧波問(wèn)題

變頻器主電路一般由整流電路、逆變電路及濾波電路3部分組成。整流和逆變部分大多數(shù)采用晶閘管組成三相橋式電路，工作時(shí)很容易在變頻器輸入、輸出端產(chǎn)生大量諧波，“污染”電網(wǎng)，影響其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。較多諧波注入電機(jī)，會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱、噪音增大、功率下降等問(wèn)題。目前，針對(duì)變頻器產(chǎn)生的諧波污染，可以在變頻器輸入和輸出端串接合適電抗器，增大整流阻抗，達(dá)到抑制諧波的目的。

變頻器主電路一般由整流電路、逆變電路、濾波電路3部分組成。整流和逆變部分大多數(shù)都采用晶閘管組成三相橋式電路，工作時(shí)很容易在變頻器輸入、輸出端產(chǎn)生大量高次諧波，“污染”電網(wǎng)，影響其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。較多諧波注入電機(jī)，也會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱、噪音增大、功率下降等問(wèn)題。目前，針對(duì)變頻器產(chǎn)生的諧波污染問(wèn)題，主要有以下治理措施。

(1)加裝電抗器。系統(tǒng)阻抗越小，諧波電流越大。一般采用在變頻器輸入和輸出端串接電抗器的方法增大整流阻抗，抑制諧波。四方金礦選礦廠配電室無(wú)功補(bǔ)償裝置熔斷器及接觸器以前經(jīng)常燒毀，原因是該配電系統(tǒng)支路上兩臺(tái)280 kW的大容量變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的高次諧波作用于并聯(lián)電容器上，大大降低電容器容抗，產(chǎn)生較大的過(guò)電流，從而引起熔斷器及接觸器頻繁燒毀。通過(guò)在電容器主電路中串入限流電抗器來(lái)吸收高次諧波后，熔斷器和接觸器很少再燒毀。

(2)采用多重脈沖整流。12相脈沖整流的電流畸變率約10%～15%，18相脈沖整流的電流畸變率約3%～8%，可見(jiàn)采取多重脈沖整流可以有效減少諧波的產(chǎn)生，近年來(lái)已在大容量整流系統(tǒng)中逐漸應(yīng)用，但其缺點(diǎn)是需要專用變壓器，成本高。

(3)在電源輸入端并聯(lián)KYYLB有源濾波器能有效濾除電網(wǎng)中2～50次諧波，反應(yīng)速度快，是最有效的一種濾波技術(shù)，缺點(diǎn)是價(jià)格高。目前大多數(shù)用戶采用KYLB無(wú)源濾波，效果也很好。

2.2 選型問(wèn)題

變頻器如果選型不當(dāng)，往往會(huì)出現(xiàn)功率不匹配、設(shè)備無(wú)法正常工作等情況。選礦廠磨礦車間有一臺(tái)8/6E-AH型渣漿泵(石家莊強(qiáng)大泵業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn))，拖動(dòng)電機(jī)功率75 kW。在對(duì)該泵進(jìn)行變頻改造時(shí)，開始選用HC-G3型變頻器(額定功率75 kW)。使用不久便出現(xiàn)頻繁跳閘現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。分析發(fā)現(xiàn)原來(lái)是變頻器功率過(guò)小以及參數(shù)設(shè)定不合理導(dǎo)致的，只要渣漿泵稍微過(guò)載引起電流上升，變頻器就會(huì)跳閘。把主橋模塊電流由200 A增大到300 A、重新設(shè)定控制參數(shù)后，杜絕了跳閘現(xiàn)象的再發(fā)生。

變頻器的正確選型一般應(yīng)滿足：①變頻器的容量應(yīng)大于被控電機(jī)功率一個(gè)等級(jí)；②電壓等級(jí)相同時(shí)，變頻器額定電流為被控電機(jī)額定電流的1.3～1.5倍；③變頻器的輸出模式與負(fù)載特性相適應(yīng)，如輸送帶、起重機(jī)等設(shè)備選配驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩極限范圍寬的恒轉(zhuǎn)矩變頻器，水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備選配平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻器，軋鋼機(jī)、造紙機(jī)等設(shè)備選配恒功率變頻器；④變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響。為避免其出力不夠，變頻器應(yīng)放大一、兩檔來(lái)選擇，并在變頻器輸出端安裝輸出電抗器。

2.3 日常維護(hù)問(wèn)題

變頻器在日常運(yùn)行過(guò)程中，維護(hù)人員應(yīng)經(jīng)常對(duì)變頻器的工作狀態(tài)進(jìn)行巡視和檢查，并注意以下幾點(diǎn)：

(1)查看變頻器有無(wú)異常發(fā)熱現(xiàn)象，通風(fēng)是否良好。如發(fā)現(xiàn)散熱風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn)，應(yīng)立即查找原因或予以更換。

(2)保持變頻器周圍環(huán)境清潔、干燥，及時(shí)清掃機(jī)器內(nèi)外灰塵，防止電路絕緣降低出現(xiàn)事故。

(3)確保變頻器接地和屏蔽裝置牢固、可靠，避免其失效而引起干擾或誤動(dòng)作。

3 結(jié) 語(yǔ)

總結(jié)變頻器在陜西省鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司選礦生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，表明變頻器具有良好的調(diào)速性能，對(duì)于平穩(wěn)生產(chǎn)過(guò)程、降低生產(chǎn)能耗具有積極作用。對(duì)變頻器產(chǎn)生的諧波污染問(wèn)題要采取加裝電抗器等多重措施來(lái)進(jìn)行治理，同時(shí)要合理選配變頻器并做好日常的維護(hù)保養(yǎng)，以更好地為生產(chǎn)發(fā)揮作用。

[1] 吳忠智，吳加林.變頻器應(yīng)用手冊(cè)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2] 嚴(yán) 俊，鄧 纈.變頻器應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：中國(guó)電力出版社,2011.

[3] 劉增環(huán)，潘明福.基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制[J].煤礦機(jī)械，2011，32(9)：192-193.

2016-09-12)

李顯輝(1976—)，男，工程師，721705 陜西省寶雞市鳳縣坪坎鎮(zhèn)孔棺村。