变频调速技术在阳煤五矿小井选煤厂的应用

卢宏龙

（阳煤集团选煤部，山西 阳泉 045200）

变频调速技术在阳煤五矿小井选煤厂的应用

卢宏龙

（阳煤集团选煤部，山西 阳泉 045200）

介绍了变频器和变频调速技术的原理特点，及其实际生产中的应用实例。结果表明，变频器调速技术在选煤厂鼓风机、泵类、跳汰机、给料机等设备的应用，可取得节能效果，并使工艺环节更趋合理。

交流拖动；变频器；变频调速；选煤厂；节能

阳泉煤业集团五矿小井选煤厂是最早建成投产的，原先只采用原煤筛分的粗加工方式，后经技术改造、扩建洗煤楼，采用单一跳汰混合入洗工艺流程，设计年入洗量90万t，再经增容技术改造后，现已达到年入洗量150万t，主要生产洗中块、洗小块、洗3号筛选末煤等产品。小井选煤厂应用变频调速技术对设备实施自动化改造，取得了一些经验和经济效益。

1 节能改造问题的提出

选煤厂的常用设备中，有很多设备的运行参数是应变化的，例如水泵、风机、跳汰机排料装置、给煤机等，实际生产中常需调节其运行状况。例如：选煤厂采用跳汰洗煤工艺时，需用鼓风机供给低压风。对风量的控制，通常有两种调节方式，一是通过改变鼓风机进风阀门、出风阀门的开启度来调节风量；二是通过改变鼓风机电机转速来调节风量。前者是以增加阻力牺牲能量为代价的流量调节，当流量减少时，电机的输出功率并未随之减少，这些电能主要被消耗在进、出口阀门上，从而加剧了阀门和管路的磨损。造成故障多，维修量大，致使选煤成本居高不下，影响了企业的经济效益。从节能的观点来看，采用变速调节控制风机的流量是科学而经济的，特别是当电机功率较大时，节能效果更为显著。

2 交流调速技术是节约能源的重要手段

选煤厂大量使用的风机、水泵、给料机、压缩机等设备，都是采用交流电机拖动。交流调速技术是节约能源的重要手段，这是因为交流拖动负荷在总用电量中占有很大比重，对这类负荷实现节能，可以获得可观的节电效益；交流拖动本身存在着很大节电潜力。许多交流拖动的装置中，交流电机及其所拖动的机械往往留有富余容量，而且也不总是在最大负荷下运行，即有通常所说的“大马拉小车”现象。根据选煤厂设备的实际运行状况，使用变速调节的节能率在30%以上，设备寿命可增加40%以上。

交流电动机有同步电动机和异步电动机两大类。同步电动机的调速靠改变供电电压的频率改变其同步转速。异步电动机的变速调节方法很多，常见的有：降电压调速；电磁转差离合器调速；绕线转子异步电动机转子串电阻调速；绕线转子异步电动机串级调速；变频调速。

随着变频器技术的日益成熟，变频调速技术在选煤厂自动化改造中得到了越来越广泛的应用。选煤厂众多设备采用变频调速控制，都可收到节能效果。

3 变频调速技术的原理及特点

3.1 变频器的基本原理及功能

变频调速系统中的变频器一般分为：交—交变频器与交—直—交变频器两种。

交—直—交变频器应用较广，它是利用电力半导体器件的通断作用来实现交、直流电的转换。先是交流电通过整流桥变成直流电，然后直流电再通过可控晶闸管逆变成频率可以控制的交流电。交—直—交变频器主要有整流器、中间电路、逆变器、控制电路组成。

1）整流器与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的支流电压。整流电路将交流电变换成直流电（交—直变换）；2）直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波。根据滤波环节采用元件的不同，可分为电压型和电流型两种。电压型交—直—交变频器在直流侧并联大电容以缓冲无功功率；而电流型交—直—交变频器是在直流回路中串以大电感以吸收无功功率。其作用是使脉动的支流电压变得稳定平滑，供逆变器使用。3）逆变器将稳定的直流电压逆变成既可调压又可调频的三相交流电源，实现调节电机转速的目的（直—交变换）。4）控制电路完成对主电路的控制。它将信号传给整流器、中间电路、逆变器，同时接受来自这些部分的信号。

3.2 变频调速技术的原理及特点

由于异步电动机的同步转速与电源频率成正比，所以可以通过不同频率的电压和电流来改变交流电机的转速，从而达到调节设备运转状态的目的，这就是所谓的变频调速，它是异步电机较为理想的调速方法。

变频调速具有如下特点：一是机械性能好，启动转矩大，启动电流小。可实现软启动，而且运行平稳，可以大大减少大功率电动机启动时对交流电网的冲击。二是调速范围广，可实现平滑无级调速，频率变化范围大，能广泛适应生产环节的需要。三是节能效果显著，理论上的节能可达30%以上。四是变频器安装容易、调试方便、操作简单；可以减少调整工作量和减少操作人员，提高工作效率。

4 变频调速技术在阳煤五矿小井选煤厂的应用实例

变频调速技术主要用于各种水泵、跳汰机、给煤机等交流电机拖动的设备，不但获得了良好的节能效果，而且改善了生产工艺环节，实现了生产能力的更优匹配。

4.1 节能效果明显——在循环泵和鼓风机上的应用

阳煤五矿小井选煤厂使用循环泵两台，采用90 kW电机拖动，配套进水、出水阀门各一个，主要供跳汰机洗煤用水。在实际洗煤生产中，由于入洗原煤的煤质变化、入洗量大小的变化等因素影响，供水量需要经常调节。

改造前，调节水量主要是靠频繁开、闭进出水阀门来实现，工人劳动强度大，维修量大，调节效果也不理想。改造后，采用变频调速技术，通过改变电动机的转速来调节水量，不但节约大量电能，节能效果明显，而且大大减少了阀门和管路的磨损，节支降耗显著，洗煤成本相应降低。

同理，采用变频调速技术调节鼓风机的风量，也取得了明显效果。该厂鼓风机为110 kW电机拖动，功率较大，减少了大电机启动时对电网的冲击。

4.2 改善工艺环节——在给料机中的应用

小井选煤厂给跳汰机供煤的给料机为电振给煤机。供煤量大时，易造成跳汰机床层不稳定，影响洗煤质量，在煤质较差时甚至出现“跑煤”现象，造成资源浪费；供煤量小时，不能满足跳汰机能力要求，生产效率低下。因此，电振给煤机的给煤量如何保持合理、适中，是跳汰洗煤生产中的一个较难解决的工艺问题。采用变频调速技术后，利用变频器和相应传感器的配合使用，可圆满地解决这一问题。通过传感器的不断变化的输入值，同步修订变频器的设定值，改变变频频率输出，从而改变电振电机转速，即改变给料机箱体震动频率，达到调整给料量的目的。

4.3 产品质量提高在跳汰机排料系统中的应用

选煤厂跳汰机是“心脏”设备，对产品质量好坏起至关重要的作用。跳汰机分为矸石段、中煤段两部分，各有配套的排料电机。跳汰机生产时，需要根据床层厚度及时调整排料速度。采用PLC和变频器对跳汰机两段排料实施微机控制，不仅功能齐全，操作方便，而且整个控制系统工作可靠。其控制方式为：床层厚度采用耐磨球形浮漂及传感器来反映，其测量值送入PLC与设定值进行比较，以此信号作为变频器调频信号，来控制电机转速，从而实现自动调整排料速度的目的。这样，排料系统工作可靠，床层厚度就更加稳定，分选密度相应保持稳定，也就保证了洗选效率，提高了产品质量。

5 结束语

阳煤五矿小井选煤厂技术改造中，大量采用了变频调速技术后，取得显著效果，系统维护费用、电费等大大降低，吨煤成本较改造前下降了0.9元左右，年节约成本100多万元。实践证明，变频调速技术在选煤生产中的应用是十分成功的，尤其与PLC程序结合组成闭环调速控制系统，使工艺设备运行方式更趋合理，自动化程度更趋提高。

[1]刘竞成.交流调速系统[M].上海：上海交通大学出版社，1992.

[2]周明安，朱光忠.步进电机驱动技术发展及现状[J].机电工程技术，2005，34（2）：16-17.

[3]周谟仁.流体力学风机水泵调速节能手册[M].北京：机械工业出版社，1993.

Abstract:The article introduces the principle of converter and frequency conversion speed adjustment technology and its practice.The result shows that the application in blowers,pumps,jigs and feeders of coal preparing plant can improve the energy saving and make the processing more reasonable.

Key words:AC driving;converter;frequency conversion speed adjustment;coal preparing plant;energy saving

编辑：徐树文

Application of Frequency Conversion Speed Adjustment Technology in Xiaojin Coal Preparing Plant of No.5 Mine,Yangquan Coal Group

LU Hong-long

(Coal Preparing Department of Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi 045200,China)

TD614

A

1672-5050（2010）09-0064-03

2010-06-17

卢宏龙（1970—），男，山西平定人，本科，工程师，，从事机电管理工作。