变频器在选煤厂的应用

黄文辉

摘 要：变频器的应用解决了重介质选煤工艺中的控制难点，使得生产系统中增加的介质系统的控制变得异常方便和简单。为保证整个工艺系统协调，产品质量、设备效率，并能够对工艺参数及时、准确和灵活控制调整。我们需要了解变频器在重介质选煤工艺中的作用，潜心学习变频器的基本原理，掌握变频器的选型、安装、调试的技术要求，并对安装、调试中特别需要注意的细节方面下工夫，认真对待。针对变频器的故障进行分析寻找原因，保证变频器安全高效运行。

关键词：变频器；重介质选煤；密度；分选；自动控制；逆变器；整流

我厂系矿井型选煤厂，是我国自行设计、自行施工、与露天煤矿项目同步建设的一座特大型动力煤选煤厂，其产品系特低硫、低磷、高熔点和中高发热量动力煤。现在我厂洗选工艺有跳汰和重介质洗选两种工艺。而这几年生产更新、扩能更是让重介质选煤工艺在我厂的比重上涨。为我们学习和研究重介质选煤工艺及其设备提供了坚实的物质基础，如何使用好、维护好重介质选煤工艺及其设备是我们当前的主要任务。而变频器在这个工艺中更是具有不可代替的作用，我们更加需要研究变频器在选煤厂的应用。

1 变频器在重介质选煤工艺中的作用

重介质选煤是在密度介于净煤和矸石的重介质悬浮液中按照阿基米德原理进行分选的方法。在重介质选煤工艺中，影响和控制其分选效果的主要因素有以下几个方面。

1.1 入选煤粒度大小对分选效果的影响

重介质选煤过程中入选原煤的粒度越大，分层速度越快、分选的效率也越高。

1.2 给煤量大小和平稳性对分选效果的影响

给煤量过大，煤在分选机内不能充分散开，甚至造成物料堆积，来不及分选就排出机外，造成精煤灰分增高；给煤量少，影响分选机的处理能力，给煤量不能忽大忽小时断时续应均匀平稳

1.3 悬浮液密度调整对分选效果的影响

用分选机分选块煤由于受上介质流和介质阻力等因素的影响，实际分选密度一般比悬浮液密度高0.04-0.8G/CM3、在生产中应尽量使悬浮液密度波动范围小，生产中当精煤灰分超过指标和原煤可选性变难的情况下可适当降低悬浮液密度和循环量或适当调整上升流和水平流的比例，当精煤灰分较低沉煤中含精煤较多时，如果悬浮液中煤泥含量较低，可适当加大上升流量，如果煤泥含量较高则可适当提高悬浮液密度。

1.4 悬浮液循环量和流速对分选效果的影响

分选机悬浮液循环量包括上升（下降）液流和水平液流。水平液流的主要作用是运输物料，其流速取决于入料的力度，上升（下降）液流的作用是提高悬浮液的稳定性，其流速取决于悬浮液密度和煤泥以及加重质粒度。

1.5 小结

根据上述情况可以知道，这些因素在重介质选煤工艺中的测试和调整尤为重要，对其控制的及时性、准确性和灵活性更是保证整个系统协调，确保产品质量、设备效率的依据。为实现及时、准确、灵活的对重介质选煤工艺的这些参数进行测试和调整，一般在这重介质选煤工艺的控制系统中包含以下几个控制小系统：

（1）主选介质密度自动控制系统：由密度测量装置、分流装置、调节控制组成。

（2）再选介质密度自动控制系统：由密度检测装置、物料添加分流装置、调节控制组成。

（3）主选介质桶液位自动控制系统：由物料桶液位检测装置、调节水泵、调节控制组成。

（4）再选介质桶液位自动控制系统：由物料桶液位、液体添加和分流装置、调节控制组成。

（5）旋流器入口压力自动控制系统：由压力检测装置、物料上料装置、调节控制组成。

在这几个自动控制中调节控制的主要功能是实时对设备的流量变化进行控制，通过对流量的变化实时控制实现对工艺参数及时、准确和灵活控制调整，保证整个系统协调，确保产品质量、设备效率。能够实现设备控制的电气元件变频器成为满足调节控制最基础的要求，是保障重介质选煤工艺整个系统协调，确保产品质量、设备效率的一个物质基础。只有使用好、维护好和发展好变频器，才能够让重介质选煤工艺系统更加协调，进而控制产品质量、提高设备效率。

2 变频器的基本原理

变频器全称交流变频调速器，是上世纪中叶时期发展起来的一种交流调速设备，集电力电子技术、微电子技术、控制技术为一体的综合性高技术产品，被誉为“现代工业维生素”，能够解决传统的交流电动机调速难、交变速设备结构复杂且效率和可靠性均不尽人意的缺点，它在调整输出频率的同时按比例调整输出电压，从而改变交流电机转速，达到交流电机调速的目的，使交流电动机的调速范围和性能均大幅度提升，现变频调速的交流电动机正逐步代替直流电动机。简单的理解变频器，就是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。而我们现在使用的变频器主要采用交-直-交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。其作用目的是根据交流电机的转速公式：n=60f（1-s）/p，提供调速思路：改变f-（输入交流电电源的频率）进而改变n-（电动机的转速）。变频器的电路由三相桥式不可控整流器，滤波、直流储能和缓冲无功功率的中间直流环节，输出为PWM波形的IGBT三相桥式逆变器整流、由单片机构成智能控制系统的四部分组成。

3 变频器的选型、安装和调试技术要求

3.1 变频器选型时的技术要求

（1）明确采用变频的目的：流量和压力控制。（2）明确变频器的负载情况：需要注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。（3）电流与负载的额定电压、电流匹配，特别需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。在需要恒转矩情况下考虑转矩匹配。

3.2 变频器安装时的技术要求endprint

（1）首先确认变频器的安装环境情况要求。在变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。环境温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。

（2）变频器电缆和控制线的布线方法。变频器和电机的距离应该尽量的短。控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。在使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其他设备的干扰，将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线，距离应在30cm以上，模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.75mm2。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其他设备接触引入干扰。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。

（3）变频器的接地。变频器必须正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。

3.3 根据上述技术要求变频器安装时特别需要要注意以下问题

3.3.1 散热问题。变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热。我们通常采用风扇散热；变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器运行；大功率的变频器还需要在控制柜上加风扇，控制柜的风道要设计合理，所有进风口要设置防尘网，排风通畅，避免在柜中形成涡流，在固定的位置形成灰尘堆积。

3.3.2 电磁干扰问题

（1）变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。（2）当系统中有高频冲击负载如电焊机、电镀电源时，变频器本身会因为干扰而出现保护，则考虑整个系统的电源质量问题。

3.3.3 防护问题

（1）防水防结露：如果变频器放在现场，需要注意变频器柜上方不的有管道法兰或其他漏点，在变频器附近不能有喷溅水流，总之现场柜体防护等级要在IP43以上。（2）防尘：所有进风口要设置防尘网阻隔絮状杂物进入，防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清理，维护。防尘网的网格根据现场的具体情况确定，防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。（3）防腐蚀性气体：在化工行业这种情况比较多见，此时可以将变频柜放在控制室中。

3.4 变频器的调试

3.4.1 变频器的相关参数的设置

变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。其主要设置：

（1）控制方式。即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。按照工艺要求设置，采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。

（2）最低运行频率。即电机运行的最小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。

（3）最高运行频率。一般的变频器最大频率到50Hz，载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，影响电机发热，电缆发热变频器发热。

（4）电机参数。变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。

3.4.2 变频器的通电运行调试

变频系统的通电运行调试，总体上遵循“先空载，继轻载，后重载”的原则。先变频器在通电时，一般输出端可先不接电动机，按说明书要求进行启/停的基本操作，观察变频器U，V，W电压是否平衡。再断开电动机输出端联轴器，保证电动机空载，在变频器的输出端接上电动机，通电检查设置参数，试运行，观察电动机的旋转方向，变频器U，V，W电压，电流等参数是否正常。正常后，停电，做好安全防护，连接电动机输出端联轴器，让电动机带载，通电检查设置参数，试运行，如有需电机运行时设置的参数，按负载工艺等情况设置，观察运行情况。如跳频的设置，观察设备运行是否在某个频率点上，有产生共振现象。最终确定有效的参数值。运行正常后，投入使用。endprint

4 变频器故障的分析

变频器故障出现的原因经过分析发现：当变频器在选型、安装和调试时，由于对技术要求的不熟悉，往往会忽略一些细节，就会给设备埋下一些故障隐患，造成设备突发故障和损坏，而且处理时也经常会忽略这些细节，造成设备的故障反复出现，往往是在真正解决问题后分析其原因时才能发现问题所在。需要特别注意一些的细节。

4.1 消除变频器产生的高次谐波危害

电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，在出现电磁干扰时，需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当出现电缆、电机温度过高，电机轴承寿命短，应该考虑安装滤波器。

4.2 变频器的散热

变频器本身在运行中产生热量比较大，内部大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，一般要求为0～55℃，为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，需要控制在40℃以下，因而对其散热和环境温度要求比较高，在检修中，必须加强对其的散热风扇的点检，防止因风扇工作不良，进一步损害变频器内部电路，让故障扩大。为保证变频器散热良好，要经常对它的防护进行检查，特别是防尘，要及时对变频器进行手动除尘。

4.3 变频器的接地

变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。在日常检修中经常对接地的接线检查，防止松动脱落。

5 结束语

由于国家的环保政策和国民经济可持续发展的战略，国家从实际情况出发，明确煤炭为基础能源，努力提高优质煤比重，加大洁净煤开发的力度，采取措施限制高硫高灰煤的开采和利用，鼓励和支持选煤的发展，提倡采用高效率的重介质选煤方法，必将使变频器更加广泛应用于选煤事业中，使用好、维护好、发展好变频器更能让我们为选煤事业发展添砖加瓦，让我们的选煤事业蒸蒸日上。

参考文献

[1]吴式瑜.选煤实用技术手册[M].中国矿业大学出版社，2008.

[2]李方圆.变频器应用与维护[M].中国电力出版社，2010.

[3]张宗桐.变频器应用与配套技术[M].中国电力出版社，2008.

[4]吴式瑜.重介质选煤技术[M].中国矿业大学出版社，2011.endprint