高压变频器在煤矿中的饮用与合理选择.pdf

摘要 本文简要介绍高压变频器的发展情况、 类型、 变频调速工作原理。就如何根据负载特性选择变频器 做了较详细叙述。同时结合煤矿实际， 简介如何选用 变频节能。 关键词 高压变频器 类型 选型 国内高压变频器在煤矿系统中的应用还很少， 特 别是 “的风机、 提升绞车和水泵， 几乎没有应用变 频器， 它们都是固定设备， 电动机功率较大， 达 “’， 功 率’8 .。 变频调速的工作原理 大家知道， 三相异步电动机的转速始终是小于同 步转速的。 异步电动机的同步转速大小是由磁极对数 和电源频率决定的。电动机的轴转速可表示为 A“B’1CD 式中“供电电源频率，0E； 转子转差率，； 电动机磁极对数。 电动机的磁极对数不同， 其转差率也不同。 如 极电机， 磁极对数A8；F极电机A。 电动机转子的 转差率3可表示为 （）A 1 G’ 式中同步转速，； 异步电动机转子的实际转速，。 同步转速AHD。如“A0E，A8，A’ 。若电动机的空载转率差3A-8， 则电动机 的空载转速IAI（’1-8）A’G’1-8）A ’“。 通过调节公式中的参数“、和任意一 个， 便可达到改变异步电动机转速而对异步电动机 进行调速控制的目的。正是根据这一原理， 变频器 就是一个可以任意改变频率H和输出电压J可调的 交流电源装置。 高压变频器的选型 ,-’变频器功率的选择 根据变频器的特性， 变频器的负载率“与效率 的关系可用曲线如图’表示。 从图’中可知当“A时，A“；当“A ’时，A“。 虽然“增加’倍，仅增加8， 但 是对于大功率 （如几百.至几千.的功率） 电动 机而言， 还是比较可观的。系统效率等于变频器效 率与电动机效率的乘积， 只有在两者都处于较高的 效率下工作时， 此时系统效率才较高。从效率的角 度出发来讲， 在实际选用变频器功率时应注意如下 几点选变频器功率值与电动机功率值相同时最 合适，此时有利于变频器在高效率状态下运转； 在变频器功率分级与电动机功率分级不相同时， 变 频器的功率应尽可能地接近电动机的功率， 且应略 大于电动机功率；属于频繁启动、 制动工作状态 或处于重载启动且频繁的工作的电动机， 可选用功 率大一级的变频器， 以利于长期、 安全地运行；经 过测试， 电动机的实际功率确实有富裕， 可以考虑 选用功率小于电动机功率的变频器， 但是应注意瞬 时峰值电流是否会造成过电流保护的动作；’当变 频器与电动机的功率不相同时， 则必须相应调整节 能程序的设置， 以达到较好的节能效果。 不同类型变频器的主要性能与应用场合见下 表’。 ,-8按控制方式选通用变频器 通用变频器和异步电动机构成的变频调速控 制系统， 主要有开环控制和闭环控制方式。 开环控制方式。它一般采用普通功能的JDH控 制通用变频器或无速度传感器矢量控制通用变频 器。开环控制方案结构简单、 运行可靠， 但是调速精 度和动态响应特性不高， 尤其是在低速区域显得比 图’变频器的负载率“与效率的关系曲线 资源节约 ,’11 较突出， 只适用一般精度要求的场合。 闭环控制方式。 它一般采用带“控制器的 控制通用变频器或有速度传感器矢量控制通用变 频器组成， 适用于温度、 压力、 流量、 速度、 张力、 位 置、’值等过程参数控制的场合。采用有速度传感 器矢量控制通用变频器需要在异步电动机上安装一 个速度传感器或编码器，其输出量输入到变频器中 构成闭环系统。这种控制方式也是一种比较理想的 控制方式，其调速范围可达到* 甚至更高， 而 且还可以精确地进行转矩控制， 系统的动态响应快、 性能好， 比较适用于特殊精度要求的场合。 ,-,按负载类型选用变频器 负载的类型不同， 其转矩.与转速/的关系也 不同， 所以选择通用变频器时应根据负载特性来正 确的选择。就生产机械的特性来讲， 通常分为恒转 矩负载、 恒功率负载和风机、 水泵类降转矩负载。恒 转矩负载特性的通用变频器可以用于风机、 水泵类 负载， 而降转矩负载特性的变频器就不能用于恒转 矩负载特性的负载。 对于恒功率负载特性是依靠 控制方式来实现的， 并没有恒功率负载的变频器。 但是， 有些通用型变频器却适用于各种负载。 恒转矩负载。它的输入转矩基本上与转速无 关， 任何转速下转矩总保持恒定或基本恒定。当变 频器拖动恒转矩负载时，低速下的转矩要足够大， 必须有足够的过载能力。若需要在低速下稳定运 行， 还应该考虑异步电动机的散热能力， 避免因温 升过高。恒转矩负载采用通用变频器控制时， 应注 意如下几点因恒转矩负载类设备都存在一定的 静摩擦力， 有时负载的惯量很大， 在起动时要求有 足够的起动转矩， 所以要变频器有足够的低频转矩 提升能力和短时过流能力。当低速负载较重时， 为 提高转矩提升能力而把电压补偿过高， 这时往往容 易引起过电流保护动作。选用时应根据实际情况适 当提高变频器的容量， 或采用具有矢量控制或直接 转矩控制的通用变频器。“对于恒转矩负载需要长 期在低速下运行时， 电动机温升会增高， 而输出转 矩会下降， 必要时应换用变频器专用电动机或改用 0、1极电动机。升降类恒转矩负载， 起动时的冲击 电流大，在其下降过程中需要一定的制动转矩， 同 时会有能量回馈， 因此要求变频器必须有一定的裕 量。一般通用变频器的本身提供的制动转矩往往不 能满足要求， 必须外加制动单元。对于负载时重时 轻的机械， 应按照重负载情况选变频器容量。对大 惯性负载， 起动时可能会发生振荡， 电动机减速时 有能量回馈，应选用容量稍大的变频器来加快起 动， 避免振荡， 以配合制动单元来消除回馈电能。 降转矩负载。对于各类风机、 水泵而言， 随着叶 轮的转动， 流体在一定的速度范围内所产生的阻力 大致与速度的二次方成正比， 转矩按转速的二次方 变化， 负载功率则按转速的三次方成正比变化。当 所需要的风量、 流量减小时， 利用通用变频器调速 方式来调节， 可以大幅度地减少电能消耗， 这种负 载特性称降转矩特性。高速运转时所需要的功率与 速度的三次方成正比， 因此不应使风机、 泵类等降 转矩负载超过工频运行，应略低于工频运行为好。 在运行频率低于2 3以下时， 异步电动机很难达 到额定输出转矩， 而风机、 泵类负载在低速运行时 所要求的转矩也相应降低， 正好适应了采用通用变 频器驱动通用异步电动机在低速运行时输出转矩 下降的特点， 所以通用变频器用于风机、 泵类负载 表不同类型变频器的主要性能与应用场合 速度控制范围4*5*0*** 启动转矩26在,326在,326在,376在,376在3 静态速度精度 （6）8（79,）8（-79-,）8-78-78-7 反馈装置不要“调节器不要编码器不要 一般鼓风机保持压力、 温一般工业高精工业起重机械、 主要应用场合泵类度、 流量、设备设备电梯等设备 定值 控制方式开环闭环电压相量电流相量直流转矩备注 资源节约 ,799 ““年第四期 （ 第卷 第期） 近日从天津市建委获悉， 不 符合节能降耗需要的民用建筑 推拉窗，从““年月日起 正式淘汰； 新建、 改建、 扩建公共 建筑和住宅全部改用平拉窗。 据介绍， 推拉窗难以长久保 证密封质量， 已建成民用工程投 入使用的推拉窗， 隔热、 保温效 能普遍比较差， 不利节能。天津 市建委本着建设节能型建筑须 从点滴入手的思路， 对民用建筑 窗户的使用提出了新的要求。 根据 民用建筑节能管理规 定天津市建委日前做出决定， 新建、 改建、 扩建的公共建筑禁 止使用推拉窗；新建、 改建、 扩建居住建筑的 外窗 （包括居室、 起居 厅、 厅、 厨房、 卫生间） 禁 止 使 用 推 拉 窗 ； 新 建、 改建、 扩建居住建 筑的封闭阳台、 非采暖 公共间可采用推拉窗。该规定明 确， 从““年月日起， 主体 工程尚未竣工和新开工项目， 要 执行本规定。 加强民用建筑节能管理 住宅外窗禁用推拉窗 天津 的调速是比较合适的。但是， 通用变频器在实际应 用的过程中， 还应注意以下几点通用变频器的 上限频率不要接近“ ’附近运行，否则会引起功 率消耗急剧增加， 失去了应用变频器节能运行的意 义。此外， 风机、 泵类负载和电动机的机械强度及通 用变频器的容量都将不符合此条件下安全运行要 求。“一般风机、 泵类负载不宜在某一低频以下运 行， 以免发生逆流、 喘振等现象。此外， 如果确需要 在低频下长期运行， 应在确保不发生逆流、 喘振等 现象的前提下，使电动机的温升不超过允许值， 必 要时还要采取强迫冷却措施。在满足异步电动机 起动转矩的前提下， 应尽量采用节能模式， 以此获 得更大的节能效果。转动惯量较大的风机、 泵类负 载， 应适当加大减速时间， 以避免在加减速过程中 过电流保护或过电压保护动作时影响正常运行。 空压机、 深井水泵、 泥沙泵、 音乐喷泉等负载， 应加 大变频器容量。 恒功率负载。它的输出转矩大体上与转速成反 比， 这类负载随着电动机转速下降输出转矩反而增 加， 即在调速范围内， 转速低力矩大、 转速高力矩 小， 电动机的输出功率不变， 称为恒功率负载。若电 动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载一致时， 也就是所谓的匹配，电动机的容量和变频器的容 量均最小。在恒功率负载设备上采用变频器时， 为 了不过分增大变频器的容量， 又能满足恒功率的要 求， 一般采取以下方法在整个调速范围之内可 分段进行调速时， 可采用变极电动机或机械变速与 通用变频器相结合的方法；“若整个调速范围内要 求不间断调速， 则在异步电动机的额定转速选择上 应慎重考虑。异步电动机的机械强度和输出转矩能 满足转速时， 应尽量采用、极低转速电动机。 ’’’’结论 高压通用型变频器必须根据负载的特性来正 确选择， 以满足变频器自身和负载长期、 安全稳定 地可靠运行， 并达到最佳效果， 否则将失去使用变 频器的重要意义。特别像煤矿主抽风机、 提升绞车 等设备， 一定要有高可靠性运行的保障， 在此基础 上最大限度地实现节能。 *作者简介刘 建 男，,-.，,/年月毕业 于徐州煤校矿井地质专业，现从事煤矿技术管理 工作， 主要研究煤炭开采技术， 高级工程师， 总工程 师。在科技刊物上发表技术论文多篇。 资源节约 --00