1 概述

隨著大功率晶體管(GTR)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等電力電子器件的大量生產，變頻技術得到了迅猛發(fā)展，并迅速應用到各個領域生產之中，這不僅提高了設備的自動化程度，而且促進了生產工藝的發(fā)展，同時還具有較高的節(jié)能效果，經濟效益和社會效益都比較明顯。

在選煤廠的常用設備中，有很多設備在運行期間運行參數是變化不定的，如水泵、風機、跳汰機排料裝置、給煤機等。因此，為了滿足生產工藝要求，就需要對上述設備的運行狀況進行調節(jié)。

以水泵為例，由于水泵在運行期間流量變化不定，需要對泵的流量進行調節(jié)。目前采用的調節(jié)方式主要有兩種：一是節(jié)流調節(jié)，二是變速調節(jié)。所謂節(jié)流調節(jié)是通過改變泵出口閥門的開啟度來改變泵本身的特性曲線，達到調節(jié)流量的目的;而變速調節(jié)則是利用泵的流量與轉速成正比的關系來改變泵本身的性能曲線達到調節(jié)流量的目的。前者是以增加阻力犧牲能量為代價的流量調節(jié)，當流量減少時，電機的輸出功率并未隨之減少，這些電能主要被消耗在出口閥門上，在閥門閘板上產生應力集中及懸浮液流速加快，從而加劇了閥門和管路的磨損。造成故障多，維修量大，致使選煤成本居高不下，影響了企業(yè)的經濟效益。據統(tǒng)計，泵、閥門、管路故障率及維護材料費用占全廠費用的40%以上。從節(jié)能的觀點來看，采用變速調節(jié)控制泵的流量是科學而經濟的，特別是當電機功率較大時，其節(jié)能效果更顯著。根據流體機械力學原理及選煤廠的設備實際運行狀況，使用變速調節(jié)的節(jié)能率可達到30%以上，設備壽命可增加40%以上。變速調節(jié)的方法很多，包括調壓變速、電磁調速、變極調速和變頻調速等，通過分析研究，最適合選煤廠自動化要求的還是變頻調速技術。推而廣之，選煤廠其他眾多設備采用變頻調速控制，亦能收到良好效果。

2 變頻器電路結構及功能

變頻器分為直接式和間接式兩種，其中間接式變頻器應用較廣，主電路采用晶閘管三相橋式整流，經濾波器濾波后輸出穩(wěn)定的直流電壓，逆變器將穩(wěn)定的直流電壓逆變成既可調壓又可調頻的三相交流電源，實現調節(jié)電機轉速的目的。整個控制回路采用CPU進行速度、電流、電壓調節(jié)，實現了實時控制、事故報警、顯示等功能。

變頻器既能內部控制，也能外部控制，通過設定操作可實現多種功能。其中保護功能有：過載保護、瞬時停電保護、過流保護、短路保護、欠壓保護、直流過電壓保護、過熱保護、防失速保護及自身保護等，變頻器設有多種U/f 曲線，通過選擇，可獲取所需轉矩特性。通過頻率設定功能可選擇基準頻率、上下限頻率、啟動頻率、運轉開始頻率、制動開始頻率等。通過加減速設定功能，可確定加減速模式、加減速時間等。配合各種傳感器與PLC 接口，可實現開、停、正反轉、速度選擇自動控制等。

3 變頻調速技術的原理及特點

由于異步電動機的同步轉速與電源頻率成正比，所以通過改變電源頻率就可以改變電機的轉速，這就是所謂的變頻調速。由于變頻調速基本上保持了異步電動機固有特性轉差率小的特點，效率高、調節(jié)范圍寬、精度高，并可實現無級調速，因此，它是異步電機比較理想的調速方法。

變頻調速采用大功率晶體管逆變器和微機或變頻PWM芯片控制脈沖調制技術，通過輸出具有不同頻率的電壓和電流來改變交流電機的轉速，從而達到調節(jié)設備運轉狀態(tài)的目的，變頻調速具有如下特點。

1)機械性能好，啟動轉矩大，啟動電流小。采用PWM正弦波脈沖調制方式，可使電動機的轉矩脈動小，實現軟啟動，而且運行平穩(wěn)，可以大大減少大功率電動機啟動時對交流電網的沖擊。

2)調速范圍廣，可實現平滑無級調速，精度高達0.5%，頻率變化范圍大，能廣泛適應各種生產環(huán)節(jié)的需要。

3)節(jié)能效果顯著，理論上節(jié)能可達30%～60%以上。

4)變頻器留有各種標準接口，便于與壓力、液位、流量傳感器及微機系統(tǒng)連接，實現自動控制。

5)變頻器安裝容易、調試方便、操作簡單。

6)在各種啟動調速裝置中，變頻調速裝置是唯一同時兼有啟動和調速雙重功能，并可與其他各種調速設備實現速度匹配的調速裝置。

使用變頻調速裝置的意義在于：

1)可以利用各種傳感器實現設備運轉的在線實時控制，提高產品質量;

2)利用閉環(huán)工作方式，可以減少調整工作量和減少操作人員，提高工作效率;

3)就流體機械而言，與節(jié)流調速相比，節(jié)能效果顯著;

4)利用變頻調速實現節(jié)流，由于不再使用價格昂貴的漿液閥，因此也就不在存在閥門閘板上的應力集中問題，大大減少了維修工作量和維修費用，延長了設備壽命，降低了選煤成本。

4 變頻調速技術在南屯礦選煤廠的應用實例

變頻調速技術在南屯礦選煤廠主要用于各種水泵、跳汰機給煤機的調速，以及通過變頻調速來實現各種不同種類的調速設備之間在生產能力上的匹配或工藝流程上的動態(tài)平衡。

4.1 在跳汰機中的應用

選煤生產所用跳汰機需要根據床層厚度及時調整排料速度，以保證分層就緒的床層在產品分離的過程中不再出現紊亂，減少污染，其核心問題是穩(wěn)定分選密度和改善排出物料的成分。因此設計一種根據床層厚度來調整排料閘板排料速度的控制系統(tǒng)，很有必要。

采用PLC 和變頻器對跳汰機兩段排料實施微機控制，不僅功能齊全，操作方便，而且整個控制系統(tǒng)工作可靠。其控制方式為：采用不銹鋼尖端浮漂及傳感器二次儀表來測量床層厚度，其測量值送入PLC后與系統(tǒng)設定值進行比較，以此比較信號作為控制信號送變頻器，來控制電機轉速，從而實現自動調整排料速度的目的。

采用這種控制系統(tǒng)最主要的是要保證傳感器信號能正確反映床層厚度，當原煤數量、質量出現過大變化，導致床層信號與排料量間的關系發(fā)生變化時，必須及時調整控制系統(tǒng)。只要排料系統(tǒng)能正常工作，就可實現穩(wěn)定床層厚度，穩(wěn)定分選密度的目的。

4.2 在給料機中的應用

在選煤生產中，需要通過調整給料機給料量的大小來滿足工藝要求，如：煤倉給煤量按要求定比配裝，跳汰機給煤量要均勻可調，滿足產品質量指標要求等，在南屯礦選煤廠，跳汰機給料任務由LG系列鏈式給料機來完成，在控制系統(tǒng)中采用變頻調速技術實現了這一目的。通過修改設定值改變變頻調速系統(tǒng)頻率輸出，改變電機轉速，實現調整給料量。

GZG給煤機采用2 臺同一規(guī)格的ZG型慣性振動器為振源。根據簡諧振動原理可知：諧振頻率和諧振振幅都隨著角速度的增大而增大，因此，通過手動或設定值改變變頻調速系統(tǒng)輸出值，調整電機轉速，通過改變角速度來改變諧振頻率與振幅，即改變箱體振動頻率，使物料連續(xù)以箱體頻率向前跳躍，達到調整給料量的目的。

4.3 控制加壓過濾機給料泵轉速

加壓過濾機礦漿槽液位上限是按過濾性能最差的礦漿所需要的最短時間來確定的，礦漿槽液位下限則是按能完全浸沒過濾件并能形成最小厚度濾餅來確定的。加壓過濾機礦漿槽液位上限是需要嚴格控制的，不允許發(fā)生溢流。

根據泵的性能公式，我們知道流量q 與轉速n成正比，因此，可采用變頻調速技術控制泵的轉速從而調節(jié)流量。

礦漿槽液位高低通過儲漿槽壓力變送器送給二次儀表，輸出DC 4~20 mA 信號，在信號隔離器內轉變?yōu)镈C 1~5 V信號，而后送入液位調節(jié)器進行比較放大，輸出DC 4~20 mA信號，控制變頻器頻率，從而達到控制給料量的目的。如果儲漿槽液位超過預先設定值時，電動執(zhí)行器動作，執(zhí)行放空。

在功能設定時，采用恒轉矩方式，下限頻率設為10 Hz，上限頻率設為50 Hz，加速時間要設定得長一些，減速時間要設定得短一些。這樣，需要增大流量時，不致因增大過快而產生溢流;儲漿槽液位超限時，又能迅速減小流量，避免溢流。

變頻調速技術在我廠應用十分普遍，我們正準備實施羅茨風機變頻改造，利用變頻調速技術穩(wěn)定風壓，達到提高分選效率、穩(wěn)定產品質量的目的。

5 應用變頻調速技術的原則

變頻調速技術是一種高效率的調速技術，但在選煤生產中使用時，一定要注意變頻裝置的安裝位置和操作環(huán)境，要進行正確的功能設定，特別要注意啟動轉矩，在使用前要認真檢查核對所匹配設備的負載轉矩特性和電機驅動特性。選擇應用變頻調速技術的原則：

1)工藝優(yōu)先，要保證工藝的重要參數，并可利用現代傳感技術，實現變頻器的自動控制;

2)優(yōu)化保障工藝次要環(huán)節(jié)，同時要利用現代傳感器技術，實現自動控制;

3)實現系統(tǒng)閉環(huán)控制，做到減人提效，提高產品質量;

4)工藝能力最大化，可以充分利用資源，降低成本，增加經濟效益。

6 結語

南屯煤礦選煤廠自進行技術改造，大量采用了自動測控技術和變頻調速技術后，取得的效果顯著，系統(tǒng)維護費用、電費等均大大降低，噸煤成本較改造前下降了1元左右，年節(jié)約成本240萬元左右。

實踐證明，變頻調速技術在選煤生產中的應用是十分成功的，有其獨特的優(yōu)點和完善的功能，尤其與PLC 接口可組成一個閉環(huán)調速控制系統(tǒng)，使工藝設備運行方式更趨合理，自動化程度更高，值得推廣和借鑒。