煤矿安全生产中运用变频器应注意的问题

2015-05-05张来柱

机械管理开发 2015年9期

张来柱

（山西潞安集团高河能源有限公司，山西长治 046000）

引言

随着社会的发展，科技的进步，变频器技术也在飞速发展，变频器调速技术已经广泛地被煤矿企业所采用。采用变频技术在煤矿企业的实际生产中，一方面可以提高煤矿企业的生产效率，加快煤矿企业实现生产自动化的步伐，另一方面可以提高煤矿设备的操控性能，还可以为煤矿企业节约大量的能源。但如果在变频器的选型和维护上没有科学的理论作指导，变频器会很容易发生损坏，这样不但会给煤矿企业造成一定的经济损失，而且还会严重影响到煤矿企业的安全生产。随着煤矿企业机械化程度的逐步提高，变频器在煤矿企业中的应用也越来越广，同时也有越来越多的问题出现在变频器的使用过程中，因此必须从煤矿应用变频器的实际情况出发，及时总结和归纳在煤矿安全生产中应用变频器应注意的问题，并理论结合实践提出一些相应的改进措施和建议。

1 变频调速系统与传统调速系统的对比

交流电动机调速在过去是一项很难实现的技术，直流调速和机械调速是人们普遍采用的调速方式，但直流调速系统和机械调速的调速结构都比较复杂，不仅调速机体积和噪声大，而且一旦出现故障也很难维修，电能的损耗量也比较大。比如，在对矿井提升设备进行调速时，过去大多采用的是绕线异步电动机串联电阻来实现调速的，此种调速系统具有很多缺点：转差功率在低速运行时很大，这样会消耗大量的能量；平滑的调速以及精准的对罐效果在生产的过程中很难实现；控制电路繁杂落后且噪声大，极易出现故障；在提升设备下落的过程中，发电状态是电动机所处的状态，会产生电能的二次消耗。而在火车调车绞车调速方面过去大多采用减速机变速后，再无其他调速，调车绞车的速度是恒定不变的，无法实现无极调速。在调车绞车中如果采用变频器，不但能节约大量的电能，而且整套调车绞车变频操控系统体积小、重量轻、操作简单方便。具体接线见下页图1。

火车调车绞车变频器操控系统的技术优势主要表现在以下几个方面：电动机可以实现软启动，应用很小的电流就可以启动；可以把电动机的启动性能大大提高，一方面它可以在静态或动态的情况下把电动机的转速任意的调整，另一方面它还可以实现电动机的无极平滑调速；此调速系统可以很平稳的运行，并且几乎没有转差冲击；由于其反应速度比较灵敏，对集中控制和系统集成的实现有很大的助益；由于其集信号处理、运行控制、机械制动、安全保护于一体，可以把设备的整体功能提高；简便直观的操作模式，便于电动机的加减速控制，可以把电动机的性能充分地发挥出来；在调运火车车皮的过程中比较平稳，不易掉道和发生铁牛与车皮的严重碰撞现象；节能效果显著，据有关部门统计可节约30%～70%的电能［1］。

图1 调车绞车变频器接线图

2 变频器在应用时应注意的问题

变频器作为一种新型的机电节能设备，虽然其优点诸多，但如果在实际的生产过程中选择不科学、合理，会给后期的安全高效生产带来很多问题，根据本人多年的实际工作经验，建议在变频器的选用上，对以下几个问题应重点关注。

2.1 选型及负载匹配问题

选型应注意的问题。所选变频器的电压等级要与变频器所控制的电机电压相符合；在变频器的额定电流方面，选用的变频器的额定电流最好为控制电机额定电流的1.1～3.0倍；对变频器类型的选择要根据被控设备的负载特性来选择具体如下。

对于恒转矩的负载。比如说对于摩擦类负载，最好选用转矩特性恒定，且起动和制动转矩大、承受过载时间和能力都比较大的变频器。对于位能式负载，由于在起动转矩以及能量回馈方面要求都比较大，且对正反转的快速实现要求也比较高，因此最好选用的变频器具有四象限运行能力。

对于分机、泵类负载。这类负载往往都是平方转矩负载，在选用这类负载的变频器时，选用经济、可靠的变频器即可，但值得注意的是，由于这类变频器当输出频率提高到工频以上时，常常会使电动机发生过热或不能运转的现象，所以在变频器工作的时候一定要让其输出频率保持在工频以下。

对于恒功率负载。恒功率负载主要指在功率保持恒定的情况下，转矩与转速成反比的负载。对于此类负载，当其在大于工频的频率范围内运作时，建议选用标准电动机配通用变频器，而当恒功率负载在小于工频的频率范围内工作时，建议最好选用专用变频器［2］。

2.2 工作环境

1）对工作温度的要求。－10℃～50℃的温度一般为变频器的工作温度要求，但为了保证工作的安全、可靠，建议采用40℃以下的工作环境温度为益。

2）对腐蚀性气体的要求。如果在高浓度的腐蚀性气体的环境中使用变频器时，建议在使用变频器时，最好采用封闭式结构的控制箱，并最好经常进行换气处理，对于控制箱内部的绝缘端子最好在上边也涂刷一层绝缘漆来防止腐蚀气体对变频器的腐蚀。

对于在工作现场安装变频器时，最好应注意：在工作现场安装变频器时，应把变频器安装在控制柜内；在控制柜内安装变频器时，最好把中部作为变频器的安装位置，并且要垂直安装变频器，变频器的正上方和正下方，最好不要安装大元件以免阻挡变频器的排风和进风；在控制柜内安装变频器时，变频器距离四周的距离最好应大于300 mm，比如说变频器边缘距离控制柜顶部或底部，隔板等等部位的距离都应该大于300 mm；如果在变频器使用的过程中，遇到必须取掉键盘工作的情况，对变频器面板的键盘孔一定要做特殊的处理，比如可以用胶带密封键盘孔或采用相同形状的假面板进行替换，这样可以很好地防止变频器内部进入大量的粉尘；要定期维护和保养变频器的内部，对内部进入的粉尘要进行及时清理。

2.3 变频器的干扰问题

1）在用微机或PLC控制的系统中，如果需要应用到变频器，由于变频器在工作时会产生大量的传导或辐射，所以一定要注意变频器的干扰问题。

2）可以通过加装EMI滤波器在微机控制板的输入电源端，或者是加装一些共模电感、高频磁环等设备来防止变频器对微机控制板的影响，这些设备不但成本较低，而且对传导干扰的抑制效果也比较好［3］。

整流、逆变和滤波一般是通过变频器的主电路组成形式，三相桥式不可控整流器一般为整流部分的主要采用的设备，一般采用大电容作为中间滤波部分的滤波器，逆变部分一般采用的则是IGBT三项桥式逆变器，PWM一般为其主要的输入波形，输出电压中不仅含有基波，而且还含有大量的其他谐波，但电动机的负载很容易受到较低次谐波的影响发生转矩脉动，较高次的谐波又会增加变频器输出电缆的漏电量，影响到电动机的输出力。因此，要抑制变频器输出的高、低次谐波，具体抑制方法可如下。

1）把变频器供电电源内的阻抗增大。一般情况下供电电源的内阻抗越大，谐波含量会越小，而这种内阻抗通常就是变压器的短路阻抗，所以在选择给变频器提供电源的线路变压器时，最好选择短路阻抗大的变压器。

2）安装电抗器。在变频的输入或输出端串接电抗器，来吸收谐波。

3）采用变压器多相运行。采用变压器多相运行，并且使相位角互差30°，可构成12脉波的效果，可以使低次谐波电流减小，达到抑制谐波的目的。