机电变频调速技术在矿井中的应用及注意事项

（贵州省水城县煤炭管理局，贵州 水城 553040）

1 选择变频器应注意的事项分析

1.1 根据工艺要求选择变频器

1.1.1 电机调速虽是风机、水泵节能的有效途径，但并非凡是风机、水泵都能采用调速节电。对于工艺参数基本稳定，不需要调速的风机、水泵可以采用高效节能电机和高效节能风机，以提高系统效率。对于已建成而配置不合理的风机可以通过采用更换电机，调节叶片角度等方法达到节电的目的。选择调速节能时应注意:风机、水泵的转速变化范围不宜太大，通常最低转速不少于额定转速的50%，一般调速范围在100%～70%之间为宜，因为当转速低于额定转速的40%～50%时，风机、水泵本身的效率明显下降，是不经济的;调速范围确定时，应注意避开机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将可能损坏机组。

1.1.2 进行可行性分析

在选择要进行的变频调速的设备对象以后，应从提高效率或提高产品质量的需要情况，从节约电能的情况进行分析、计算，并与变频器的投资进行比较，计算出变频器的投资回收期。一般来说，如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中，在两年内偿还变频器的投资，都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。

1.1.3 变频器的可靠性

变频器的可靠性如何，直接决定了变频器能否成功地应用于生产。这是选择哪种变频器的首要条件。有的矿井所购买的变频器可靠性不高，加之自身的维修技术力量不强，变频器出了故障，只好停下，甚至弃用。造成损失，同时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。

1.2 主要应考虑的技术规格和技术参数

1.2.1 型号

各厂家生产的变频器的型号多是系列号和容量的组合，通过对型号和规格得了解，可以确认该厂家生产的品种，对用户来说，不一定会使用到全系列的变频器，但可以从型号、规格、所采用的功率元件、控制技术等方面判断厂家的实力和生产态势，甚至可以从一个方面判断其产品质量。产品品种齐全，容量覆盖范围大，功率元件及控制技术先进的厂家，一般来说其实力强，生产态势好，产品质量一般来说也会有较好的保障。

1.2.2 效率

变频器效率的高低，直接关系到变频器调速节能的多少，因为在变频器运行时，变频器本体也要消耗一部分电能。一般来说直接高压变频器的效率都可达到0.97～0.98，而高-低-高式高压变频器由于多一个变压器的损耗，使其系统效率有所降低。

1.2.3 功率因数

在整个调速范围内，功率因数的变化是一项重要指标。最好是在整个调速范围内功率因数都保持在0.95以上，以使其符合国家标准GB3485-83的标准，这只有电压型变频器和IGBT单相变频器串联的高压变频器能够满足此项规定。而电流型变频器较难满足这项要求。

1.2.4 谐波

国家对电网谐波有严格要求。限制用户非线性谐波设备注入电网的谐波电流，是限制电网电压正弦波畸变的关键。所用的高压变频器的谐波(即装置对电网产生的谐波)必须符合国标GB/T14549-93“电能质量、公用电网谐波”的规定，在国际上要符合IEEE-519标准的规定。

1.2.5 输出容量和额定输出电流

变频器输出容量以kVA或kW表示，它代表可以供给电动机的输出功率。用kW表示时，一般以四极标准电机为基础考虑;用kVA表示，需进行核算。额定输出电流是在额定电压下变频器能够连续输出的电流值。在以输出容量为标准选择了变频器以后，还应对额定输出电流进行核算，以使电动机的额定电流不要超过变频器的额定输出电流。

1.2.6 电源容量和允许电压变化范围

供给变频器的电源容量应足够大，电源电压变化范围应在变频器允许的范围。用户在选择变频器时应根据自己电网容量及电网电压的变化情况，对变频器进行选择。

2 变频器在地下矿井中的应用

2.1 变频调速技术在矿井提升机中的应用

矿井提升机是地下矿井运输的主要设备。它是用一定的装备沿井筒运出矿石、废石、升降人员及材料、设备等运输环节。矿井提升是地下矿井生产的咽喉，所以，无论哪种提升机，对电气传动的要求都很高，因为电气传动系统性能的优劣，可靠性的高低，都直接关系到矿井生产的效率和矿井生产的正常进行。对矿井提升机电气传动系统的要求是:有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。

目前，我国地下矿井提升机的电气传动系统主要有:对于大型矿井提升机，主要采用直流传动系统，有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统;这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，维修工作量较大等。对于中、小型提升机，则多采用交流电气传动系统，如采用交流绕线式电动机，使用电机转子切换电阻调速，这种电气传动系统虽然设备简单，但它是有级调速，调速性能差，效率低，大量的电能消耗在电动机转子电阻上，而且可靠性也差。将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。我国已有几台大型矿井提升机采用-交变频调速系统，取得了很好的效果，但其缺点是功率因数不高，谐波大，需加谐波和功率因数补偿装置。随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。例如国外已有矿井将有源前端三电平变频器应用于矿井提升机上，据介绍，采用这种变频调速的交流提升机可以克服直流调速系统和交-交变频调速系统的缺点，是提升机电气传动的发展方向。

2.2 变频调速技术在空压机中的应用

空气压缩机是地下矿井生产的重要设备之一，它生产压缩空气，用以带动风动凿岩机、风动装岩机等设备以及其它风动工具，其耗电量在矿井总耗电量中占有相当大的比重。深入分析空气压缩机的电能消耗情况，找出节能潜力，实现空气压缩机的节能运行，将会降低矿井生产成本，提高其经济效益。

2.3 变频调速技术在矿井通风机中的应用

矿井通风机是地下矿井生产的主要用电设备之一，其节能运行在矿井节电中占有重要的地位。矿井通风机一般采用异步电机或同步电机拖动，恒速运转，一般容量大，电机供电电压高(6kV或10kV)。矿井建设的特点是:巷道逐年加深，产量逐年增加，所需的通风量逐年上升。但矿井通风机在设计选型时，往往是按最大开采量时所需的风量为依据的，一般都留有余量，因此矿井在投产后几年甚至十几年内，矿井通风机都是处在低负载下运行。此外，通常矿井井下作业不均衡，一般夜班工作人员少，所需风量也小，在节假日时，可能只有泵房等固定的井下场所的值班人员工作。尽管井下人员少，但也得照常向井下送风，矿井通风机一般不调节风量，若要调节风量时，传统的方法是调节档板。这种办法虽然简单，但从节能的观点看，是很不经济的。采用同步电机直接高压变频器，节电效果十分显著。

3 结束语

矿井所用设备以大型设备为主要特点，要求优良的电气传动系统，以保证这些大型设备的高效率运行。地下矿井的生产较露天矿井复杂，井下生产设备的体积受限，这些设备以小型化为主，体积小、重量轻，对电气传动的要求不高。但提升、排水、通风、压气等固定设备是地下矿井的要害部门，也是耗电大户，因此，这些设备的安全运行和节能就显得至关重要。

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