变频节能技术在矿山机电设备中的应用研究

李 民

（陕西陕煤韩城矿业有限公司，陕西 渭南 715400）

企业的可持续发展，离不开节能降耗研究，尤其是矿山中大功率的机电设备，在运行过程中，十分耗费能量，且极易污染矿山环境，因此，研究设备节能方法。变频节能技术是近几年国内外的研究成果，已经被应用在众多系统中，调节系统运行频率，以此控制系统电能消耗，节约设备能耗。为此，针对矿山机电设备存在的应用问题，提出变频节能技术在矿山机电设备中的应用研究[1]。

1 变频节能技术在矿山机电设备中的应用研究

1.1 变频器选择

变频器主要由以下两部分组成：①主电路；②控制电路。其中控制电路主要用于控制主电路运行，但是，变频器具有5种控制方式，且根据变频器的变换、滤波、工作方法原理、开关方式、调压方法、电压等级性质、用途等方式，分为不同类型的变频器。

在此次研究中，为了实现矿山机电设备变频节能，所选择的变频器，就需要具有节能、为设备提供保护、长期连续运行、减少无功损耗、运行功率大等特点。基于此，根据矿山机电设备功率大的特点，选择PWM的高压型变频器，控制矿山机电设备变频调速。

1.2 确定矿山机电设备变频调速方式

变频器主要应用在矿山机电设备的电机中，通过控制电机的运行功率，实现机电设备变频调速，为此，将电机的定子电压供电频率记为p1；则有：

式（1）中，v表示机电设备电机的转速；J表示极对数；p表示转差率。从（1）式中可以看出，采用变频器变频调节机电设备电机，可以选择改变p1、J和p三种方式，其具体调节方式如下：①变极对数调速：即通过变频器调节机电设备电机的极对数J，让机电设备电机的同步转速v0发生变化，以此来达到变频的目的。但是，矿山机电设备电机的极对数不一，且具有的极对数参数有限，因此，变频器对机电变频的范围有限。②转差率调速：是通过改变矿山机电设备电机转子绕组、电压和电动机等，实现转差率调速。但是，这种方式，在实际运行中，会导致电机转差出现损耗，降低矿山机电设备运行效率。③变频调速：是通过让矿山机电设备电机同步转速改变，实现变频调速。为此，根据（1）式，调节定子电压供电频率[2]。

综合上述3点，对矿山机电设备变频调速方式分析结果，在此次研究中，选择变频调速的方式，变频调速矿山机电设备。

1.3 控制矿山机电设备变频节能

矿山机电设备变频节能效果，与设备的电机有效电动势有关，为此将电机气隙磁通量记为，则电机感应电动势有效值E有效计算公式如下式所示：

式（2）中，γ表示绕组系数；N表示绕组匝数[3]。根据（2）式所示的计算公式，变频调速矿山机电设备电机时，会增大磁通，导致电机铁芯饱和，不再在电机中发挥作用，促使电机在运行过程中，产生大量的励磁电流。当励磁电流过大时，电机绕组不再工作，产生过热问题损坏电机。因此，将电机中的磁通量设为额定值。

从（2）式中可以看出，当φ保持不变时，下调定子电压供电频率，当p1值低于额定值时，E有效值也会随之下降。但是，此时的E有效值不能被直接控制，因此忽略定子压降，直接根据电动势电压U，调整感应电动势有效值，即U≈E有效。

但是，当矿山机电设备电机处于低频状态时，U值和E有效值相对较小，则必须考虑定子压降值，则需要按照图1的方式，补偿定子压降值。

图1 定子压降值补偿图

综合上述内容，通过此次研究选择的变频器，确定矿山机电设备调速方式，以此来控制矿山机电设备变频节能。

2 实验分析

选择变频技术在矿山机电设备中的应用方法，作为此次实验的对比对象，选择矿山机电设备中，常用的发电机组，作为此次研究的实验对象，验证此次研究的变频节能技术在矿山机电设备中的应用方法。比较两种应用方法节能效果。

2.1 实验准备

此次实验选择的发电机组，主要分为异步电机和直流发电机两部分，这两部分的具体参数，如表1所示。

表1 发电机组具体参数表

根据此次实验设定的发电机组参数，改变发电机组负荷，检测发电机组在不同负荷下，运行产生的工频电流和变频电流以及工频电量和变频电量，其检测结果如下。

2.2 实验结果

（1）电流参数检测结果。基于此次实验设置的发电机组参数，将发电机组的初始负荷设置为300MW，此后不规则增加机组负荷至420MW、450MW、480MW、540MW、600MW，采用变频技术在矿山机电设备中的应用方法和此次研究的应用方法，分别运行发电机组，测得的工频电流和变频电流，如表2所示。

表2 发电机组电流检测结果

从表2中可以看出，研究应用方法，工频电流和变频电流的差值分别为39A、49A、56A、65A、76A、91A；而变频技术在矿山机电设备中的应用方法，工频电流和变频电流的差值分别为41A、51A、63A、71A、74A、99A，较研究应用方法分别高2A、2A、7A、6A、2A、8A。

（2）电量参数。基于此次实验中，对发电机组工频电流和变频电流检测结果，进一步检测发电机组的工频电量和变频电量，其检测结果如表3所示。

表3 发电机组电量检测结果

从表3中可以看出，研究应用方法的工频电量，较变频技术在矿山机电设备中的应用方法的工频电量小10kW＊h、9kW＊h、9kW＊h、19kW＊h、9W＊h、9kW＊h，变 频 电 量小 55kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h。

综合上述两组实验结果可知，此次研究应用方法，运行发电机组，产生的电流偏小，减少了发电机组对电量的需求，具有较优的节能效果。

3 结语

综上所述，此次研究应用方法，充分考虑变频节能技术特点，以及设备性能，利用变频节能技术，控制设备变频节能。经实验验证，此次研究的应用方法，减少了工频电流和变频电流差值，以此节约工频和变频电量。