李 民

（陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司，陜西 渭南 715400）

企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，離不開(kāi)節(jié)能降耗研究，尤其是礦山中大功率的機(jī)電設(shè)備，在運(yùn)行過(guò)程中，十分耗費(fèi)能量，且極易污染礦山環(huán)境，因此，研究設(shè)備節(jié)能方法。變頻節(jié)能技術(shù)是近幾年國(guó)內(nèi)外的研究成果，已經(jīng)被應(yīng)用在眾多系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行頻率，以此控制系統(tǒng)電能消耗，節(jié)約設(shè)備能耗。為此，針對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備存在的應(yīng)用問(wèn)題，提出變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用研究[1]。

1 變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用研究

1.1 變頻器選擇

變頻器主要由以下兩部分組成：①主電路；②控制電路。其中控制電路主要用于控制主電路運(yùn)行，但是，變頻器具有5種控制方式，且根據(jù)變頻器的變換、濾波、工作方法原理、開(kāi)關(guān)方式、調(diào)壓方法、電壓等級(jí)性質(zhì)、用途等方式，分為不同類(lèi)型的變頻器。

在此次研究中，為了實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能，所選擇的變頻器，就需要具有節(jié)能、為設(shè)備提供保護(hù)、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行、減少無(wú)功損耗、運(yùn)行功率大等特點(diǎn)?；诖耍鶕?jù)礦山機(jī)電設(shè)備功率大的特點(diǎn)，選擇PWM的高壓型變頻器，控制礦山機(jī)電設(shè)備變頻調(diào)速。

1.2 確定礦山機(jī)電設(shè)備變頻調(diào)速方式

變頻器主要應(yīng)用在礦山機(jī)電設(shè)備的電機(jī)中，通過(guò)控制電機(jī)的運(yùn)行功率，實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備變頻調(diào)速，為此，將電機(jī)的定子電壓供電頻率記為p1；則有：

式（1）中，v表示機(jī)電設(shè)備電機(jī)的轉(zhuǎn)速；J表示極對(duì)數(shù)；p表示轉(zhuǎn)差率。從（1）式中可以看出，采用變頻器變頻調(diào)節(jié)機(jī)電設(shè)備電機(jī)，可以選擇改變p1、J和p三種方式，其具體調(diào)節(jié)方式如下：①變極對(duì)數(shù)調(diào)速：即通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)機(jī)電設(shè)備電機(jī)的極對(duì)數(shù)J，讓機(jī)電設(shè)備電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速v0發(fā)生變化，以此來(lái)達(dá)到變頻的目的。但是，礦山機(jī)電設(shè)備電機(jī)的極對(duì)數(shù)不一，且具有的極對(duì)數(shù)參數(shù)有限，因此，變頻器對(duì)機(jī)電變頻的范圍有限。②轉(zhuǎn)差率調(diào)速：是通過(guò)改變礦山機(jī)電設(shè)備電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組、電壓和電動(dòng)機(jī)等，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差率調(diào)速。但是，這種方式，在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)差出現(xiàn)損耗，降低礦山機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率。③變頻調(diào)速：是通過(guò)讓礦山機(jī)電設(shè)備電機(jī)同步轉(zhuǎn)速改變，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。為此，根據(jù)（1）式，調(diào)節(jié)定子電壓供電頻率[2]。

綜合上述3點(diǎn)，對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備變頻調(diào)速方式分析結(jié)果，在此次研究中，選擇變頻調(diào)速的方式，變頻調(diào)速礦山機(jī)電設(shè)備。

1.3 控制礦山機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能

礦山機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能效果，與設(shè)備的電機(jī)有效電動(dòng)勢(shì)有關(guān)，為此將電機(jī)氣隙磁通量記為，則電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值E有效計(jì)算公式如下式所示：

式（2）中，γ表示繞組系數(shù)；N表示繞組匝數(shù)[3]。根據(jù)（2）式所示的計(jì)算公式，變頻調(diào)速礦山機(jī)電設(shè)備電機(jī)時(shí)，會(huì)增大磁通，導(dǎo)致電機(jī)鐵芯飽和，不再在電機(jī)中發(fā)揮作用，促使電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生大量的勵(lì)磁電流。當(dāng)勵(lì)磁電流過(guò)大時(shí)，電機(jī)繞組不再工作，產(chǎn)生過(guò)熱問(wèn)題損壞電機(jī)。因此，將電機(jī)中的磁通量設(shè)為額定值。

從（2）式中可以看出，當(dāng)φ保持不變時(shí)，下調(diào)定子電壓供電頻率，當(dāng)p1值低于額定值時(shí)，E有效值也會(huì)隨之下降。但是，此時(shí)的E有效值不能被直接控制，因此忽略定子壓降，直接根據(jù)電動(dòng)勢(shì)電壓U，調(diào)整感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，即U≈E有效。

但是，當(dāng)?shù)V山機(jī)電設(shè)備電機(jī)處于低頻狀態(tài)時(shí)，U值和E有效值相對(duì)較小，則必須考慮定子壓降值，則需要按照?qǐng)D1的方式，補(bǔ)償定子壓降值。

圖1 定子壓降值補(bǔ)償圖

綜合上述內(nèi)容，通過(guò)此次研究選擇的變頻器，確定礦山機(jī)電設(shè)備調(diào)速方式，以此來(lái)控制礦山機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能。

2 實(shí)驗(yàn)分析

選擇變頻技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用方法，作為此次實(shí)驗(yàn)的對(duì)比對(duì)象，選擇礦山機(jī)電設(shè)備中，常用的發(fā)電機(jī)組，作為此次研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，驗(yàn)證此次研究的變頻節(jié)能技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用方法。比較兩種應(yīng)用方法節(jié)能效果。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次實(shí)驗(yàn)選擇的發(fā)電機(jī)組，主要分為異步電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)兩部分，這兩部分的具體參數(shù)，如表1所示。

表1 發(fā)電機(jī)組具體參數(shù)表

根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)設(shè)定的發(fā)電機(jī)組參數(shù)，改變發(fā)電機(jī)組負(fù)荷，檢測(cè)發(fā)電機(jī)組在不同負(fù)荷下，運(yùn)行產(chǎn)生的工頻電流和變頻電流以及工頻電量和變頻電量，其檢測(cè)結(jié)果如下。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）電流參數(shù)檢測(cè)結(jié)果?；诖舜螌?shí)驗(yàn)設(shè)置的發(fā)電機(jī)組參數(shù)，將發(fā)電機(jī)組的初始負(fù)荷設(shè)置為300MW，此后不規(guī)則增加機(jī)組負(fù)荷至420MW、450MW、480MW、540MW、600MW，采用變頻技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用方法和此次研究的應(yīng)用方法，分別運(yùn)行發(fā)電機(jī)組，測(cè)得的工頻電流和變頻電流，如表2所示。

表2 發(fā)電機(jī)組電流檢測(cè)結(jié)果

從表2中可以看出，研究應(yīng)用方法，工頻電流和變頻電流的差值分別為39A、49A、56A、65A、76A、91A；而變頻技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用方法，工頻電流和變頻電流的差值分別為41A、51A、63A、71A、74A、99A，較研究應(yīng)用方法分別高2A、2A、7A、6A、2A、8A。

（2）電量參數(shù)?；诖舜螌?shí)驗(yàn)中，對(duì)發(fā)電機(jī)組工頻電流和變頻電流檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)電機(jī)組的工頻電量和變頻電量，其檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 發(fā)電機(jī)組電量檢測(cè)結(jié)果

從表3中可以看出，研究應(yīng)用方法的工頻電量，較變頻技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用方法的工頻電量小10kW＊h、9kW＊h、9kW＊h、19kW＊h、9W＊h、9kW＊h，變 頻 電 量小 55kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h。

綜合上述兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，此次研究應(yīng)用方法，運(yùn)行發(fā)電機(jī)組，產(chǎn)生的電流偏小，減少了發(fā)電機(jī)組對(duì)電量的需求，具有較優(yōu)的節(jié)能效果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，此次研究應(yīng)用方法，充分考慮變頻節(jié)能技術(shù)特點(diǎn)，以及設(shè)備性能，利用變頻節(jié)能技術(shù)，控制設(shè)備變頻節(jié)能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此次研究的應(yīng)用方法，減少了工頻電流和變頻電流差值，以此節(jié)約工頻和變頻電量。