煤矿机电设备中高压变频器的应用与选型

2014-12-02王亮

科技传播 2014年21期

关键词：选型机电设备变频器

王亮

平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司（东于煤业管理公司），安徽淮南 232001

目前，在煤矿企业中高压大容量电机的应用相当广泛，它可以积极推动煤矿企业的生产与运营，还通常使用在拖动风机和矿井提升机、井下水泵及空气压缩机等。我国很多高压电机的调压和启动方法相对落后，对电能造成了严重的浪费，而且降低了设备的使用寿命。

1 相应的特点与现状

以下是目前我国机电设备的相关特点：

第一，它实际拥有着超大的容量，电压很高而且其等级还很多。其在很多的媒体电设备上，重型设备所占的比例大，如水泵、采煤机和输送机等，其功率较大，电压等级多且高。

第二，设备的裕量大，对其可靠性的要求和对过载能力的要求都比较高，与此同时相应的负荷变成也比较大。很多设备长时间处在低负荷以及低效率的实际环境下进行运行，而通常情况下井下都是进行的远距离电缆的供电方式，致使电缆终端的用电设备出现功率低的问题。

第三，设备的种类很多，涉及到输配电压器和通讯以及变压器、直流及交流传动等多种相关技术。尤其是在一些煤矿的井下其实际的安全性设备均比较多。

目前，我国拥有大量的煤矿，大中型煤矿就有约六千多个，很多的矿井均已年头久远。而正因为其设备的久远性，其在进行实际运行时的耗电量也就变的特别大。在实际的设计当中因为过多的想到相关建设的实际工艺要求，不仅如此其选型的裕量比较大，这就严重的造成设备长期在低负荷以及低运行率的情况下进行工作。富裕量对风机效率有较大的影响，另外，需要调节流量的地方，大多采用阀门或者挡板来完成流量及风量的调节工作，功率消耗大。因此，煤矿企业的节能改进十分有必要。

2 高压变频器的应用与选型

2.1 高压变频器的工作原理

变频器是用来变电转换的一种装置，其原理就是通过对半导体原件通断的控制，进而将电压和频率固定的交流电转换成可以自由调节电压和频率的交流电。目前所使用的变频器的原理就是首先将输入的交流电转换成直流电，然后在将直流电转换成交流电，它的频率和电压都可以被控制，这种变频器被称为交-直-交式变频器，下图是它的原理图。

通常把能够驱动1kV 以上电压的变频器叫做高压变频器，它的类型有很多，拓扑结构也有很多，但原理和功能都类似。高压变频器的原理是把很多低压单位串联到一起，提高输出的电压。每个低压单位的供电均来自隔离变压器的二次线圈，以满足各个等级输出电压的需求，同时部分器件的耐压也不会受到影响。高压变频器通常分为三种，即高耐压开关器件型变频器、间接高压变频器和多重化技术型变频器。

变频器工作原理示意图

2.2 对相关变频器的合理性选择

因为相应的高压变频器其有着多种类型，其特点根据类型的不同也有所差别，而在进行相应机电设备技术进行改进时，完全可以依照相应的功率与负荷类型及控制方式等进行选型。

1）依据功率选型

从效率的角度来看，在对变频器选型时需注意一下几个方面的内容：第一，变频与电机的功率值在相同的时候，有利于变频器进行高效运转；第二，当电动机与变频器功率不同时，必须要求相应变频器的功率尽量与电动机的实际功率相贴近，同时其实际功率也要相对加强。第三，启动过于频繁和工作比较频繁以及重新启动的电动机，应选择大一点功率的变频器，这十分有利于相关设备进行长时间的安全运行；第四，在进行相应设备的测试之后，如若电动机的功率还有剩余的功率，这时要选择功率比电动机小的变频器，但是要对瞬时的峰值电流是不是会对电流的保护动作造成影响进行重视；第五，如果电动机的功率与变频器的不同，应该对节能程序进行适当的调节，从而达到更佳的节能效果。

2）进行变频器负载类型的选择

通常情况下，都是根据负载的特点进行高压变频器的选择，因为，不同类型的高压变频器，其负载转矩和转速都不相同。按照生产器械的一系列特点对其进行分类，主要将其分为四类，即恒转矩负载、恒功率负载和降转矩负载，而降转矩负载又包括风机类和水泵类两种类型。特殊条件下，通用变频器可以用于各类负载，但是通常情况下，恒功率负载主要通过对U/f 的控制来实现其目的。

3）根据控制方式来选择

变频调速控制系统由高压变频器与异步电动机共同构成，控制方式主要分为开环和闭环控制。开环控制多采用无速度传感器矢量控制和普通功能的U/f 控制的高压变频器。对于开环控制，其结构简单，运行可靠性高，但动态响应性和调速精度不够高，特别是在低速区，其特性更加明显，它主要适用于对精度要求不是很高的地方。闭环控制多采用有速度传感器矢量控制或带有PID 控制器的U/f 控制的高压变频器，其只适用在相应的压力、速度和流量以及PH 值等方向。当采用受速度传感器矢量控制的变频器时，可以在相应的异步电动机上进行安置编码器以及相应的速度传感器，同时将输出量直接的输入到变频器中，最终构成闭环系统，只有此类控制方式才是比较合理的，其调速范围很高，而且还能够进行转矩控制，系统的性能好、动态响应快。