变频器在矿山电机控制系统中的应用

2018-12-21

商品与质量 2018年40期

中国十五冶金建设集团有限公司第二工程分公司江西贵溪 335400

1 概述

在矿山、隧道、轻纺工业中，使用了大量机械设备，这些机械设备需要消耗大量的电能，因此需要功率高的发电机。交流大功率电机的启动和平滑调速问题，也一度影响着工业生产，所以，要解决该问题，使机械设备发挥其作用，以促进我国工业的发展。变频器的出现有效解决了该问题，利用变频器可以调整机械设备的电压和频率，以促进矿山电机控制系统的发展，从而节约了大量电能[1]。

2 变频器的基本原理

变频器是一种电流转换仪器，它可以运用到小型家电到大型发电仪器上，应用较为广泛，最新研制的变频器更为便利，更加智能化、网络化，同时应用更为广泛，广泛应用于工业生产中。变频器是利用高电压大功率电力电子器件的通断控制，将常规工频电源变换为另一频率和幅值均可控的电源的电能控制装置，从而实现对交流异步电机的软启动、变频调速、改变功率因数等功能[2]。

从结构上分类，变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器2大类，前者可以将电流由交流电转变为其他类型的电，更易于电力节能环保，后者可以将电流由交流电转为直流电再转为交流电；从变频电源的性质上，又可分为电压型和电流型变频器2大类，这二者存在明显的不同，前者是利用电压的变化进行改进的，后者则是调整电流，不管是调节电压还是电流，最终目的都是降低额定功率，减轻电能消耗。下面以交-直-交变频电路为例进行简要介绍。

交-直-交变频器是在其他变频器的基础上进行的改造，它可以将电流由交流电转为直流电最后再转为交流电，可以运用该变频器调整电流变速，该变频器利用交流电源等进行电流调整，转化为耗能较小的交流电，然后再经过机器将电流转化为交流电，可以为机械设备等提供稳定的供电[3]。

3 矿山电机控制系统中存在的问题

矿山行业中广泛使用鼓风机、水泵等各种机械设备，有利于提高工作效率，同时，由于矿山行业所处的条件恶劣，所以存在一些问题：（1）一些机械设备长时间使用，因此容易出现故障，还容易造成功率浪费（因为其长时间使用）；（2）由于电力设备长期使用，也容易导致短路等问题；（3）一些设备长期使用，因此，使用寿命受限，往往存在电力设备启动问题。变频器的使用可以有效解决这些问题。

4 变频器在矿山电机控制系统中的应用

4.1 软启动

三相交流电动机可以在恒定电压下直接启动，由于一开始电力启动阶段耗能较小，所以使用的电流量较小，电阻也较小，因此，开始阶段无需变频器就可以实现自启动。但是随着使用时间的延长，消耗的电能越来越多，同时转速越来越快，消耗的电压也更多，电阻带来的阻力也更大，所以该阶段需要变频器来调节，以增强电力设备的承受能力，增强电力设备的负荷能力。如果在矿山电机控制系统中未能使用变频器，很可能会造成整个电路系统出现故障，造成短路等现象，因为电力系统承载能力使有限的，如果不使用变频器进行调节，则会导致电路负荷过重，最终电流承受不住，就会导致短路来缓解电路系统的压力。为了解决电力系统中启动出现的问题，可以使用一些限压方法，以保证电力系统的正常运行。如：抗压器、变压器、变阻器等，通过这些方法，限制电流速度，从而缓解电力系统压力，但是这些方法也存在缺陷，所以仍然需要不断研发新技术。在使用过程中，如果使用变压器等也有一定的缺陷，变压器成本高、体积大，而且安装和维修都较为困难，更重要的是启动过程缓慢，承受压力也受限[4]。

4.2 变频节能

变频节能主要表现在以下两方面：（1）补偿功率因数节能，在电力控制系统中由于使用了大量电气设备，因此需要较稳定的恒定电压来保证电力系统的稳定运行，因此需要恒定功率，但是电力设备在运转过程中消耗大量的电能，导致设备出现发热等情况，从而会造成设备损坏，因此，可以用电气设备来调整额定功率，将电压调节在一定范围之内，从而使整个电力运输系统能承担额外电压，增强该系统的稳定性。（2）调速节能，可以使用变频器来进行调整，变频器可以用来调整设备转速等，减轻其额定功率。为了保证设备正常运行，各个电力设备（如鼓风机、发电机、水泵等）都需要进行整修和休息，在使用过程中加入变频器来增强其使用时间，更重要的是来缓解电力系统的压力。对这些电力设备进行调速，有利于帮助其延长使用寿命，可以在出口处设置屏障，从而降低其转速，但是这不利于水泵等设备节约资源，往往会用大量水力资源来调节转速，因此，要想改变这种状态，节约水力资源，就需要使用变频器，变频器在调节转速时，节约了资源，它仅仅是将电流发生转变，将电阻等进行调节，无需使用大量水力资源，所以更为方便快捷[5]。