浅议变频节能技术在矿山设备中的应用情况和前景

张继国

【摘 要】随着我国科技水平的不断提高，有关能源的问题也越来越凸显出来。由此，变频节能技术应运而生，它受到了包括我国在内多个国家的重视。目前，节能技术在我国的矿业企业中发挥着尤为显著的作用，变频节能技术在矿山设备中也得到了越来越广泛的应用，它的技术水平也逐渐走向成熟。本文主要就变频节能技术在矿井中的应用和前景进行详细的讨论。

【关键词】变频节能；矿山设备；应用前景

0 引言

目前，水泵与风机在矿山企业中的应用相当广泛，它的交流驱动主要是通过改变出口阀的开度来调节流量和空气流量，这样产生的能量损失较大。为了节约能源，可以使用变频装置，通过调节电机的速度来控制流量和空气流量。

1 变频器在露天矿山设备中的应用

1.1 电铲

电铲主要作用是用于装载岩石等，它的工作条件非常苛刻，特别是在进行挖掘工作时，爆破不完全等情况往往会产生过分的冲击负荷，甚至导致电铲停止工作。

所以电铲的使用对电气传动系统的要求主要体现如下：

（1）要求系统运行必须可靠；

（2）它需要一个大面积的传输特性曲线，有足够的电源；

（3）符合制动性能良好的系统要求，并能回收能量；

（4）有良好的调速性能，并要求它可以四象限操作；

（5）要求它可以实现增速、减速和反转；动态响应快；

（6）维修方便。

由于铲子对工作环境的特殊要求，目前我国正在使用的是电力驱动系统是直流传动系统。自上个世纪 90 年代，中国有个别采矿企业从美国公司引进松鼠笼电机系统（称为交流变频调速系统），这是铲全电动驱动系统的交换。例如：385-B，295-BⅡ，290-BⅢ铲是充分交流铲子，由德国西门子公司研制的，电压转换器提供。现在我们以395-B型号的电铲为例作一简要介绍：高压交流电由电缆经集电环引入电铲，由1600 kVA主变压器将6 kV变为575 V，由1950 A的整流器将交流变为直流，经滤波后送入直流母线。在直流母线上的有四个逆变器，其中两套合并成一个平台并联功率，提高电动机容量；第三台逆变器供电两台容量各为243kW的回转电动机；第四台逆变器供电给容量为294kW推压电动机。通过实践我们可以知道，交流变频调速的电铲与其他类型的电铲比起来，具有明显的优势：它有很好的节能性能，并且工作速度快，可靠性高，同时又具有维护成本低、效率高等其他优点。

1.2 牙轮钻机中变频器的应用

牙轮钻机是用于给露天矿、特别是大型露天矿进行穿孔的重要设备。 对于牙轮钻机的工作属性，为了保证它能在不同的地层保持同样良好的工作状态，就需要钻机根据岩石性质的不同来进行无极变速旋转。钻机的上升和行走机构也需要牙轮钻机能进行无极调速。

在牙轮钻机上应用变频调速技术有着非常显著的效果，不仅能够使它在最大的程度上节约能源，更重要的是还可以大大提高工作的效率，同时又能减少维护和维修带来的大量工作。牙轮钻机的回转机构电动机安装在钻杆的顶端，它的工作条件异常苛刻，在过去使用直流电机的情况下经常损坏，导致维修工作量增加，影响回转钻头的工作效率和设备的正常运行。所以使用交流松鼠笼型电动机取代直流电机、直流转换器，已成为牙轮钻机公认的发展方向。想要在牙轮钻机将变频调速技术得到完美的应用存在一定的难度，它的难点体现在：牙轮钻机对变频调速技术的要求之高不容易达到。因为不同岩石之间存在着很大的差异，钻机极有可能在工作过程中被卡住钻头，堵转回转机构，这就需要其具备挖掘机特性，当发生堵转的情况后，可以立即反转并重新启动钻井功能。因此我国的牙轮钻机目前还没有得到更加广泛的应用，而是出于初级的研究发展阶段。

2 在地下矿山中的应用变频设备

矿井提升机主要负责矿山的地下运输工作，它是矿山工作不可或缺的重要设备。它是用一定的设备将矸石、升降人员，设备等其他物品进行运输的环节。

矿井提升这项工作是地下矿山生产的重中之重，所以无论提升机的形式是什么样的，它都对电气传动有着非常高的要求，这是因为矿山的矿井提升是矿山能正常运作的有力保障，而电力传输系统的性能、可靠性，是矿井提升系统能完美运行的保险。因此，对于矿井提升机有以下的要求：首先要有足够良好的调速性能，要求它可以四象限运行，且可以进行反向操作，对指令等动态响应快，要求可靠性高。目前，地下矿山提升机主要有直流系统和晶闸管变流器直流电机系统，这两个系统的缺点是固有的直流电机所具备的的通病，如高效率，大保养的工作量等。使用电机转子切换电阻调速，这种设备装置简单，运行速度慢，效率低、消耗功率的电动机转子电阻的大，可靠性相当低。

在未来的发展中，变频调速技术一定会应用到矿井提升的系统中，这是必然的发展趋势。在我国有几个大型的矿井企业应用着交 - 交变频调速系统的矿井提升装置，他们取得了良好的效果，但同时它的缺点也展露了出来。它的缺点是功率因数值过低，谐波大，这直接影响了设备的工作效率和工作质量。随着变频调速技术的迅速发展，交 - 直 - 交电压频率控制方式也已经崭露头角，在矿井提升机得到了应用。例如，国外的矿井提升机前面的三电平变频器，据介绍，这种逆变器交-直调速系统的使用可以克服和交-交变频控制系统存在的缺点，是提升发展所述电驱动单元的方向。例如，小型交流变频器已得到成功应用。

3 选择变频器应注意的事项

在购买变频器时不能盲目跟风选择，要根据自身实际需要来进行选择变频调速器。这是因为变频器——特别是高压变频器，它的价格非常昂贵，一旦出现选择不当的情况，不仅起不到节约能源和提高生产效率的作用，反而会造成浪费以及不必要的麻烦和损失。

在选择变频器时，要从以下几个方面着手考虑：

（1）进行可行性分析；

（2）变频器的可靠性；

（3）型号；

（4）效率；

（5）功率因数；

（6）输出容量和额定输出电流；

（7）率范围；

（8）电源容量和允许电压变化的范围；

（9）保护功能。

4 结论

《中华人民共和国节约能源法》第三十九条中提到，变频技术正作为一种主要的节能技术在进行广泛的推广。变频器在煤矿方面应用的重要目的之一就是节约能源，如风机、 水泵的使用；在保证节约能源的基础上，同时又能提高生产效率，减少维护工作量，提高产品质量和其他用途，如铁锹，旋挖钻机，矿井提升机。在矿山应用变频器和其它部门有相同之处，也有不同之处，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等设备应用变频器有一些特殊要求，所用的变频器还有一些技术开发工作要做。

【参考文献】

[1]戴智，刘培云.矿井机电设备的故障诊断[J].煤炭技术，2005（05）.

[2]樊晓虹，何凤有，马志勋.交变频提升机上位机监控与诊断系统研究[J].煤炭工程，2007（07）.

[3]马修成.基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品，2009（10）.

[4]费云河，岳洪涛，杨树明.四象限变频调速装置在下运胶带机的应用[J].煤矿现代化，2006（11）.

[5]张永惠.高压变频器的选择[J].变频器世界，1999（6）.

[6]李虹.变频调速在矿山节能中的应用[J].变频器世界，2003（8）.

[责任编辑：周娜]