变频调速器露天矿山中的应用及选择

摘 要 在矿山应用变频调速技术对于提高矿山生产设备的效率，节约电能都是至关重要的。矿山如何正确应用频调速技术正确了解矿山设备对变频器的特殊要求、及如何选择变频调速器很重要

关键词 变频调速器 矿山设备 变频器的选择 节能

1 . 前言

矿山按产品类型可分为煤矿、金属矿和非金属矿山等;按采掘方式可分为露天开采矿山和地下开采矿山两大类。本文主要介绍变频调速器在露天石灰石矿山中的应用的现状和应用前景，对煤矿亦有参考价值，因为露天煤矿和露天石灰石矿开采方式和生产设备基本相同。

露天矿山开采是以大型设备为主要特点，要求优良的电气传动系统，以保证这些大型设备的高效率运行。露天矿山所用于穿孔的牙轮钻机，用于装载矿、岩石的电铲(挖掘机)，用于运输矿、岩石的大型汽车皮带机，板式给矿机，以及用于对矿石运输过程中产生的灰尘进行除尘的除尘设备都是耗能大户，因此，这些设备的安全运行和节能也至关重要。

本文主要介绍目前镇江船山集团有限公司老系统除尘设备改造时及镇江句容船山建材有限公司建矿时采矿设备电铲应用变频器的应用状况，以及如何正确地选用变频器等。

2 变频器在采矿设备中的应用

2.1 电铲

电铲用于装载矿岩，其工作条件非常恶劣，特别是在爆破不好的情况下挖坑底作业，经常出现过大的冲击载荷，甚至堵转。因此，电铲对电气传动系统就有较高的要求:要求电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，有足够的有用功率;要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动态响应速度快;要求系统制动性能好，并能回收能量;要求系统运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动系统的这些特殊要求，所以，我国电铲目前应用的电气传动系统主要还是直流传动系统。虽然后者比前者技术先进，也解决了部分调速系统的技术问题，效率也有所提高，但这两种系统都还存在直流电机的固有的缺点，即维修工作量大、效率较低等。

镇江句容建材有限公司隶属于江苏船山集团，建材公司投产采用采矿设备电铲时，结合船山集团公司采矿设备的特点，没有采购晶闸管交流系统的电铲，而是直接购买了电气系统从美国进口的变频器鼠笼电动机系统的电铲295-BⅡ型电铲，这是全交流化的电铲电气传动系统，也称交流变频调速系统。变频调速器由德国SIEMENS公司开发、提供的电压型变频器。当某工作机构处于再生制动工作时，逆变器将再生制动能量反馈到公共直流母线上，可供其它工作机构使用，使能量得到充分利用。使用不完的制动能量，可以通过制动电阻消耗掉。

句容船山建材公司同时也从船山集团借用了一台295-B型的电铲，通过两只电铲每日采矿量的记录以及维修的记录，前者比后者的采矿量高出1/3多，且维修量是后者的1/3，从节能记录上看，前者比后者节能多达每正常工作日达1750 kwh。实践证明，交流变频调速电铲和前两种直流调速电铲相比，具有节约电能、调速性能好、可靠性高、维护量小、生产效率高、功率因数高(0.95以上)等优点，是公认的电铲电气传动系统的发展方向。

2.2 变频调速技术在除尘设备中的应用

露天矿山开采，尤其是矿石的运输过程中易产生大量的灰尘，除环境的影响非常大，同时对设备的正常运转以及岗位工的日常巡视与人身健康都带来许多不利因素。船山集团交流的除尘设备采用的是同步电机拖动，恒速运转，容量大，电机供电电压高(10kV)。

船山集团老系统的生产随着采矿设备的不断更新，产量逐渐增大，作业时间增长，因此对除尘设备的开机时间也逐渐要求增大。这就带来的是除尘设备的维修量加大，尤其是当操作工调节风门时如果调节不当，导致风机抖动大，电机烧坏的频率加大，同时能耗量明显加大，生产成本明显加大。

通过与兄弟单位的技术交流以及结合采矿除尘设备的特点，船山集团老系统从长远考虑购买了同步电机直接高压变频器，高压变频器采用SIEMENS公司的SIMOVERT MV型三电平高压变频器。经过改造于2003年10月投入运行，节电效果也是十分显著的。下面简要介绍高压变频器。

同步电机高压变频器主要有两类，即他控式变频调速系统和自控式变频调速系统。他控式变频调速系统所用的变频装置是独立的，其输出频率直接由速度给定信号决定，属速度开环控制。自控式变频调速系统可以使同步电机不存在失步和振荡等问题，所以一般都采用自控式运行。

我们与有关单位合作研制开发的这种同步电机直接高压变频调速装置是采用交-直-交电流型变频调速系统，属自控式变频调速系统，它由变频器、同步电机、转子位置检测器以及控制系统组成。变频器主电路采用晶闸管串联组成的高压阀串作为功率元件，它是利用同步电机的反电势来关断逆变器的晶闸管，它没有强迫换流电路，因而主电路结构简单。

根据凡口矿生产的情况需要，本高压变频器按周期性的固定频率运行，早班(8:30~15:30)变频装置运行在40Hz，中班(16:30~24:00)运行在40Hz，夜班在24:30~7:30，变频器运行于40Hz，每班交接班时间为1小时，此时破碎设备和筛分设备停机，在这期间变频器运行在28HZ。

经节能测试及能量平衡测试，以老系统的除尘设备运行的实际记录，在正常生产期间，节电率达42%;节假日时变频器运行于28Hz，节电率达73%。年节电为64.24万kWh，在不到一年的时间内，就由节电费用收回到了高压变频器的全部投资，经济效益十分显著。

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