浅析变频器在选矿生产中的应用

2016-02-26李显辉

现代矿业 2016年10期

关键词：柱塞泵电抗器选矿

李显辉

(陕西凤县四方金矿有限责任公司)

浅析变频器在选矿生产中的应用

李显辉

(陕西凤县四方金矿有限责任公司)

介绍了变频器在某金矿选厂生产中的应用，指出了变频器良好的调速性能在稳定生产、优化指标、节能降耗等方面的作用，并对生产使用中常出现的谐波问题、选型问题做了简要分析，并提出解决的措施。

变频器调速阻抗谐波

在选矿生产中，受工艺要求、设备配置及其他外部因素的影响，生产过程往往很难保持稳定，如能对渣浆泵、空压机、给料机等设备进行调速，就可以解决设备与生产的匹配性问题，达到稳定生产、优化指标、提高效益的目的。最初人们通过使用多速电机、调压调速、串级调速、串电阻调速等手段来对设备进行调速，但调速范围窄、机械性能差，效果不理想。随着电力电子技术的迅猛发展，容量大、功能多、可靠性高的变频器在选矿生产中得以广泛应用。变频调速的突出特点是调速范围广、精度高、平滑性好、节能效果显著，可对生产过程进行精确、稳定的控制，实现自动化生产。

以陕西凤县四方金矿有限责任公司为例，简单总结了变频器在选矿生产中的应用，并指出使用过程中应注意的问题。

1 变频器作用

陕西省凤县四方金矿有限责任公司在原矿碎磨、浸吸、电冶及排尾等选矿生产过程中应用了大量的变频器来进行相关设备的调速控制，发挥着重要作用。

1.1 稳定生产

碎矿车间用来给颚式破碎机供矿的振动给料机在没有应用变频系统之前，不能调速。当原矿为大块矿石且给矿量很大时，破碎机负荷过大，“吃不及”；当原矿为矿山表皮浮土矿时，破碎机又“吃不饱”，增加了设备的空转。通过选用FRN22G11S型变频器(日本富士公司生产)对给料机进行调速以随时调整给矿量，保证了破碎机始终处于“半腔工作”的良好状态，满足生产的需要。

磨矿车间采用水力旋流器进行分级，渣浆泵设备选型和给矿量不稳定等因素造成渣浆泵时常“抽空”，旋流器进浆量不稳，压力忽大忽小，分级效果很差。通过选用两台TD2000型(深圳艾默生网络能源公司生产)和HC-G3型变频器(宝鸡赫尔克电子公司生产)分别对两段分级系统渣浆泵进行调速，使进入旋流器的矿浆流量和压力始终维持在合适范围内，稳定了生产流程，优化了工艺指标。

尾矿处理车间每小时要处理、输送约260～300 m3的尾矿和污水，用3台柱塞泵排尾，每台额定流量160 m3/h，采用“开二备一”的运行模式。由于两台柱塞泵输送能力较大，尾矿不够，柱塞泵阀箱内常产生“气锤效应”，泵体及管路受到很大的冲击、震动，严重损坏设备，因此不得不补加清水，结果又造成生产用水紧张。为解决该问题，选用了两台施耐德ATV38重载型变频器同时使用施耐德XX930A3-M12型超声波传感器采集尾矿槽液位信号，并将信号送入PID智能调节仪与设定的目标液位进行比对，通过反馈信号来控制变频器、实现柱塞泵的调速。该闭环控制系统的运行，使柱塞泵能随尾矿量自动调速，从根本上消除了“气锤效应”。现在柱塞泵运行平稳，不需注水，既保护了设备，又节约了资源。针对其他车间某些需要调速的设备，如罗茨风机、活性炭再生炉等也应用了变频器来进行调速。

1.2 节能降耗

选矿生产中需要对大量的水、气、浆料等流体进行输送，泵输送流体理论表明，流量与转速成正比，功率与转速的三次方成正比。在应用变频器之前，磨矿车间渣浆泵工作电流为140～170 A，使用变频系统控制后，工作电流降至90～110 A，电压降至320～340 V，每小时可节约电能25～30 kW·h，全年可节约电能21万kW·h。尾矿车间柱塞泵在应用变频系统后，两台泵运行功率共下降45 kW，年节约电能37万kW·h，同时泵体工作平稳，阀组件等常用配件使用寿命大大延长，由以前的20～30 d延长至现在的45～60 d，每年可节约配件费用11万元，也减轻了维护工人的劳动强度，节能降耗效果十分显著。

2 常见问题及措施

尽管变频器在选矿生产中具有诸多优势，经济效益显著，但在运行过程中也会出现谐波电磁污染、功率匹配、参数设定、发热等问题。如果不引起重视并采取有效的解决措施，就会影响生产、损害电气设备。

2.1 谐波问题

变频器主电路一般由整流电路、逆变电路及滤波电路3部分组成。整流和逆变部分大多数采用晶闸管组成三相桥式电路，工作时很容易在变频器输入、输出端产生大量谐波，“污染”电网，影响其他电气设备的正常运行。较多谐波注入电机，会引起电机发热、噪音增大、功率下降等问题。目前，针对变频器产生的谐波污染，可以在变频器输入和输出端串接合适电抗器，增大整流阻抗，达到抑制谐波的目的。

变频器主电路一般由整流电路、逆变电路、滤波电路3部分组成。整流和逆变部分大多数都采用晶闸管组成三相桥式电路，工作时很容易在变频器输入、输出端产生大量高次谐波，“污染”电网，影响其他电气设备的正常运行。较多谐波注入电机，也会引起电机发热、噪音增大、功率下降等问题。目前，针对变频器产生的谐波污染问题，主要有以下治理措施。

(1)加装电抗器。系统阻抗越小，谐波电流越大。一般采用在变频器输入和输出端串接电抗器的方法增大整流阻抗，抑制谐波。四方金矿选矿厂配电室无功补偿装置熔断器及接触器以前经常烧毁，原因是该配电系统支路上两台280 kW的大容量变频器工作时产生的高次谐波作用于并联电容器上，大大降低电容器容抗，产生较大的过电流，从而引起熔断器及接触器频繁烧毁。通过在电容器主电路中串入限流电抗器来吸收高次谐波后，熔断器和接触器很少再烧毁。

(2)采用多重脉冲整流。12相脉冲整流的电流畸变率约10%～15%，18相脉冲整流的电流畸变率约3%～8%，可见采取多重脉冲整流可以有效减少谐波的产生，近年来已在大容量整流系统中逐渐应用，但其缺点是需要专用变压器，成本高。

(3)在电源输入端并联KYYLB有源滤波器能有效滤除电网中2～50次谐波，反应速度快，是最有效的一种滤波技术，缺点是价格高。目前大多数用户采用KYLB无源滤波，效果也很好。

2.2 选型问题

变频器如果选型不当，往往会出现功率不匹配、设备无法正常工作等情况。选矿厂磨矿车间有一台8/6E-AH型渣浆泵(石家庄强大泵业集团有限公司生产)，拖动电机功率75 kW。在对该泵进行变频改造时，开始选用HC-G3型变频器(额定功率75 kW)。使用不久便出现频繁跳闸现象，严重影响了生产。分析发现原来是变频器功率过小以及参数设定不合理导致的，只要渣浆泵稍微过载引起电流上升，变频器就会跳闸。把主桥模块电流由200 A增大到300 A、重新设定控制参数后，杜绝了跳闸现象的再发生。

变频器的正确选型一般应满足：①变频器的容量应大于被控电机功率一个等级；②电压等级相同时，变频器额定电流为被控电机额定电流的1.3～1.5倍；③变频器的输出模式与负载特性相适应，如输送带、起重机等设备选配驱动转矩极限范围宽的恒转矩变频器，水泵、风机等设备选配平方转矩负载变频器，轧钢机、造纸机等设备选配恒功率变频器；④变频器若要长电缆运行时，应采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响。为避免其出力不够，变频器应放大一、两档来选择，并在变频器输出端安装输出电抗器。

2.3 日常维护问题

变频器在日常运行过程中，维护人员应经常对变频器的工作状态进行巡视和检查，并注意以下几点：

(1)查看变频器有无异常发热现象，通风是否良好。如发现散热风机不转，应立即查找原因或予以更换。

(2)保持变频器周围环境清洁、干燥，及时清扫机器内外灰尘，防止电路绝缘降低出现事故。

(3)确保变频器接地和屏蔽装置牢固、可靠，避免其失效而引起干扰或误动作。