變頻節能技術在礦山機電設備中的應用研究

李 民

（陜西陜煤韓城礦業有限公司，陜西 渭南 715400）

企業的可持續發展，離不開節能降耗研究，尤其是礦山中大功率的機電設備，在運行過程中，十分耗費能量，且極易污染礦山環境，因此，研究設備節能方法。變頻節能技術是近幾年國內外的研究成果，已經被應用在眾多系統中，調節系統運行頻率，以此控制系統電能消耗，節約設備能耗。為此，針對礦山機電設備存在的應用問題，提出變頻節能技術在礦山機電設備中的應用研究[1]。

1 變頻節能技術在礦山機電設備中的應用研究

1.1 變頻器選擇

變頻器主要由以下兩部分組成：①主電路；②控制電路。其中控制電路主要用于控制主電路運行，但是，變頻器具有5種控制方式，且根據變頻器的變換、濾波、工作方法原理、開關方式、調壓方法、電壓等級性質、用途等方式，分為不同類型的變頻器。

在此次研究中，為了實現礦山機電設備變頻節能，所選擇的變頻器，就需要具有節能、為設備提供保護、長期連續運行、減少無功損耗、運行功率大等特點。基于此，根據礦山機電設備功率大的特點，選擇PWM的高壓型變頻器，控制礦山機電設備變頻調速。

1.2 確定礦山機電設備變頻調速方式

變頻器主要應用在礦山機電設備的電機中，通過控制電機的運行功率，實現機電設備變頻調速，為此，將電機的定子電壓供電頻率記為p1；則有：

式（1）中，v表示機電設備電機的轉速；J表示極對數；p表示轉差率。從（1）式中可以看出，采用變頻器變頻調節機電設備電機，可以選擇改變p1、J和p三種方式，其具體調節方式如下：①變極對數調速：即通過變頻器調節機電設備電機的極對數J，讓機電設備電機的同步轉速v0發生變化，以此來達到變頻的目的。但是，礦山機電設備電機的極對數不一，且具有的極對數參數有限，因此，變頻器對機電變頻的范圍有限。②轉差率調速：是通過改變礦山機電設備電機轉子繞組、電壓和電動機等，實現轉差率調速。但是，這種方式，在實際運行中，會導致電機轉差出現損耗，降低礦山機電設備運行效率。③變頻調速：是通過讓礦山機電設備電機同步轉速改變，實現變頻調速。為此，根據（1）式，調節定子電壓供電頻率[2]。

綜合上述3點，對礦山機電設備變頻調速方式分析結果，在此次研究中，選擇變頻調速的方式，變頻調速礦山機電設備。

1.3 控制礦山機電設備變頻節能

礦山機電設備變頻節能效果，與設備的電機有效電動勢有關，為此將電機氣隙磁通量記為，則電機感應電動勢有效值E有效計算公式如下式所示：

式（2）中，γ表示繞組系數；N表示繞組匝數[3]。根據（2）式所示的計算公式，變頻調速礦山機電設備電機時，會增大磁通，導致電機鐵芯飽和，不再在電機中發揮作用，促使電機在運行過程中，產生大量的勵磁電流。當勵磁電流過大時，電機繞組不再工作，產生過熱問題損壞電機。因此，將電機中的磁通量設為額定值。

從（2）式中可以看出，當φ保持不變時，下調定子電壓供電頻率，當p1值低于額定值時，E有效值也會隨之下降。但是，此時的E有效值不能被直接控制，因此忽略定子壓降，直接根據電動勢電壓U，調整感應電動勢有效值，即U≈E有效。

但是，當礦山機電設備電機處于低頻狀態時，U值和E有效值相對較小，則必須考慮定子壓降值，則需要按照圖1的方式，補償定子壓降值。

圖1 定子壓降值補償圖

綜合上述內容，通過此次研究選擇的變頻器，確定礦山機電設備調速方式，以此來控制礦山機電設備變頻節能。

2 實驗分析

選擇變頻技術在礦山機電設備中的應用方法，作為此次實驗的對比對象，選擇礦山機電設備中，常用的發電機組，作為此次研究的實驗對象，驗證此次研究的變頻節能技術在礦山機電設備中的應用方法。比較兩種應用方法節能效果。

2.1 實驗準備

此次實驗選擇的發電機組，主要分為異步電機和直流發電機兩部分，這兩部分的具體參數，如表1所示。

表1 發電機組具體參數表

根據此次實驗設定的發電機組參數，改變發電機組負荷，檢測發電機組在不同負荷下，運行產生的工頻電流和變頻電流以及工頻電量和變頻電量，其檢測結果如下。

2.2 實驗結果

（1）電流參數檢測結果。基于此次實驗設置的發電機組參數，將發電機組的初始負荷設置為300MW，此后不規則增加機組負荷至420MW、450MW、480MW、540MW、600MW，采用變頻技術在礦山機電設備中的應用方法和此次研究的應用方法，分別運行發電機組，測得的工頻電流和變頻電流，如表2所示。

表2 發電機組電流檢測結果

從表2中可以看出，研究應用方法，工頻電流和變頻電流的差值分別為39A、49A、56A、65A、76A、91A；而變頻技術在礦山機電設備中的應用方法，工頻電流和變頻電流的差值分別為41A、51A、63A、71A、74A、99A，較研究應用方法分別高2A、2A、7A、6A、2A、8A。

（2）電量參數。基于此次實驗中，對發電機組工頻電流和變頻電流檢測結果，進一步檢測發電機組的工頻電量和變頻電量，其檢測結果如表3所示。

表3 發電機組電量檢測結果

從表3中可以看出，研究應用方法的工頻電量，較變頻技術在礦山機電設備中的應用方法的工頻電量小10kW＊h、9kW＊h、9kW＊h、19kW＊h、9W＊h、9kW＊h，變 頻 電 量小 55kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h、10kW＊h。

綜合上述兩組實驗結果可知，此次研究應用方法，運行發電機組，產生的電流偏小，減少了發電機組對電量的需求，具有較優的節能效果。

3 結語

綜上所述，此次研究應用方法，充分考慮變頻節能技術特點，以及設備性能，利用變頻節能技術，控制設備變頻節能。經實驗驗證，此次研究的應用方法，減少了工頻電流和變頻電流差值，以此節約工頻和變頻電量。