机电设备中高压变频器的选型及应用

任保明

(山西南煤集团南庄分公司，山西 阳泉 045000)

0 引言

随着经济的不断发展和科学技术的不断创新，在各行各业的生产过程中，科学技术一直都扮演着非常重要的角色，以此来更好地提高其生产质量和生产效率。目前，我国很多煤矿机电设备的调速方式比较落后，严重地浪费了电能，从而使得设备的使用寿命变得更低。而要想使能源的消耗量降到最低，根本方法就是要注意煤矿机电设备中高压变频器的选型和应用。

1 高压变频器原理与选型

1.1 高压变频器原理

高压变频器是一种基于电力半导体的通断功能来实现频率转换的控制仪器。高压变频器本身的种类很多，根据分类方式的不同，它可以被分为很多不同的类型。一般高压变频器主要由变压器柜、功率柜和控制柜3个部分构成。功率柜中间包含着3组功率单元，主要的作用是输出所需等级的电压。给功率柜内部的功率单元提供能量的被叫做变压器柜。此外，功率柜的功率也时刻需要不断进行整流、逆变控制和进行检测处理，这就是控制柜的作用，如图1所示[1]。

图1 变频器工作原理图

1.2 高压变频器的选型

按照控制方式选型：控制系统主要包括开环控制与闭环控制，该系统由异步电动机与高压变频器组成。闭环主要由矢量控制有速度传感器或PID控制器所组成，在温度、流量、压力、速度等有关场合中得到使用。开环控制主要运用无速度传感器矢量控制以及普通控制高压变频器所组成[2]。

按照功率进行选型：在变频器的功率选择中，应注意以下问题。①频繁启动工作的电动机，选择功率较大的变频器，注重使用安全性；②若电动机的变频器与功率不相协调，应重新设置调节程序，促进设备节能；③选择与发动机功率相符的设备，特别注意变频器的过载倍数与电动机的过载倍数相匹配。

按照负载类型选型：每种类型的变频器的负载都不同，转矩与负载速度存在一定差距。通常情况下，变频器适用于各种负载情况，而控制恒功率负载则可实现UIF控制。每种负载都有一定差别。因此，在选择时应注意鉴别。若胡乱使用，则会导致严重后果。

2 煤矿机电设备中变频器的实际应用

2.1 高压变频器在采煤机中的应用

高压变频器经常被应用于采煤机上。在采煤过程中，经常会受到特殊的煤矿环境、操作技术等因素的影响，而导致采煤工作进展不顺利的情况发生。在实际的采煤过程中，采煤机在操作上较为复杂，一般情况下，需要专业技术人员在现场进行操控，以确保工作的顺利进展。但很多时候，采煤机的工作条件与煤矿作业现场的环境显得不相适应。这就需要煤矿企业处理好采煤机与采煤现场环境的关系，做到高效、稳定的操作。

高压变频器被安装到采煤机上后，取得了良好的作业效果。在操作性上，采煤机较之以往更加灵活、简便，操作变得更加简单，更加容易。推动了采煤机的更新升级，扩大采煤机的开采优势，促进了煤炭开采量的大幅度提升。

安装了高压变频器之后的采煤机，解决了能源消耗的问题。例如：采煤机在运转的过程中为了克服偶然遇到的夹矸，往往采用远远大于实际所需要的功率的电动机，经常以40%～50%的负荷进行运转，这种工作方式本身会造成很大的浪费，最终也就引起了电动机资源的浪费。而如果此时能够对高压变频器的功能和结构进行改良和设计的话，也就会使电动机最终达到节能的目的[3]。

2.2 高压变频器在矿井提升机中的应用

矿井提升机主要被应用于煤矿、金属矿藏与非金属矿藏中提升或下放煤炭、矿石、矸石、作业人员、其他材料与工具等事项中。对煤炭开采工作的进展同样具有重要意义，不亚于采煤机。因为矿井提升机的主要作用在于加强地面与地下之间的联系，因此该设备需要较高的灵敏度。但实际的情况为采煤现场的提升机经长期使用，而未能定期维修或更新换代，导致设备的灵敏性严重下降。另外，在使用提升机时，应注重把控设备的速度，防止安全事故的产生。

基于上述情况，应该在矿井提升机上面安装高压变频器，通过利用变频器的调速技术，对提升机控制系统加以改造，提升了对提升机运行速度的控制。在调速过程中，可通过启动发动机或调节发动机转速，达到矿井提升机的负荷需要。通过变频器的控制，提升机在运行过程中，更加平缓、更加安全稳定，信号处理与制动运行更加迅速，整个机器更加具有灵敏度，整体性能得到了极大的提高。

传统的煤矿提升机中多采用的是绕线电机串电阻的调速方式，在使用的过程中转子回路的串联电阻会造成资源和能源的浪费[4]。节能是高压变频器在煤矿机电设备运用中的一大优势。通过改造变频器的功能与结构，提升了提升机的节能能力，解决了电力资源浪费的现象。

2.3 高压变频器在煤矿通风机中的应用

煤矿通风机是煤矿开采工作中的一项关键设备，对井下开采环境的安全度具有极大作用。在煤矿开采现场，通风机必须24 h保持正常的通风状态。但在实际的开采作业中，并非所有企业都能做到24 h保持正常通风状态。有的企业为节约生产成本，只在开采时将通风机打开，在开采人员休息时，则会关闭通风机。这就导致了矿下通风条件不利，通风效果不佳，给开采人员的生命以及财产安全带来影响，对煤炭生产反而具有阻碍作用[5-7]。

控制生产成本是企业必须要做好的一项重要内容。为实现这一目的，煤矿企业应在通风机上安装高压变频器。此举可达到降低通风机耗能，降低电网对通风机的损害，延长设备使用寿命的效果[8-10]。通过将变频器安装在通风机上，解决了通风机耗能的问题，为生产企业节约了生产成本。同时，解决了井下煤炭开采的安全隐患，提升了开采的安全性。

3 结语

文中介绍了高压变频器工作原理、选型要求，以及在采煤机、提升机、通风机中的应用。高压变频器在使用中取得了显著的效果，解决了许多实际问题[11]。