摘要：进入20世纪随着计算机技术和电力电子技术的发展，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用，在洗选中心采用变频器调速可以提高机械的控制精度、生产效率和产品质量，降低能耗。在我们洗选中心各选煤厂的许多生产工艺中取得了显著的节能效果。
关键词：变频器；节能减耗；选煤厂
中图分类号： F407 文献标识码： A
引言
在选煤厂大多用刮板输送机来运送选出的矸石。由于中心各厂的浅槽在运行中对底板、滑道、链条及刮板都有很大的磨损，经过观察分析发现刮板输送机电动机的运行电流与浅槽重介质选矿机的排矸石量是成正比的。通过变频器的自动调速控制，使刮板机得到合理有效的利用。恒压供水在工业企业中可以有效地节电，保护设备管道完好，针对中心响应集团公司“双增双节，节能减耗”号召，所以可以在清扫泵等供水系统中采取一些技术改造来达到节能减耗。
一、变频器
1.1变频器简介
变频器是利用半导体器件的通断作用将频率固定的交流电（通常为工频50Hz的三相或单相）变换成频率连续可调的交流电的电能控制装置，自从通用变频调速器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛应用，变频调速器以节能、安全、高品质的质量等优点，在实际应用中得到了很大发展，随着电子技术的飞速发展，变频调速器的功能也越来越强，尤其是其充分利用变频调速器内置的PID调节功能，对合理设计变频调速设备，保证正常生产等方面有着非常重要的意义。变频器是一种交-直-交调速系统。
采用三相二极管整流电路将三相交流电变成直流电；整流后的电压波形是脉动的，脉动的直流电经滤波电容的滤波后变为电压恒定的直流电；通过改变IGBT管各组交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率；在每组IGBT控制的周期内，改变他们通断的时间比，即通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压幅值的大小。如果使每组开关元件在其控制周期内反复通断多次，并使每个输出矩形脉冲波电压下的面积接近于对应的正弦波电压下的面积。则逆变器输出电压将很接近三相正弦波。此时的三相正弦波就可作为异步电动机的供电电源，从而实现电机的平滑启动，停车和宽范围调速。
图1-1 变频器原理图
补连塔选煤厂刮板输送机改造使用的变频器是ABB公司生产的ACS800型变频器。它具有很宽的功率范围，优良的速度控制和转矩控制特性，完整的保护功能及灵活的编程能力，较高的可靠性和较小的体积，因而，它能够满足绝大多数的工业现场应用。
二、补连塔选煤厂浅槽刮板输送机变频调速改造
2.1 变频调速改造设计思路
刮板输送机通常是在恒速下运行的，在排矸石量小时，刮板输送机链条仍然处在易磨损状态下，应用变频调速改变刮板机的运转速度，来减少刮板输送机链条的磨损。电气设计逻辑图如下：
图2-1 电气逻辑关系图
变频器设定最小频率为30Hz，对应电动机的最低转速在900r/min左右。将刮板输送机电动机的运行电流信号经变频器引至PLC模拟量输入模块，经PLC转换后由模拟量输出模块输出4-20mA电流信号到变频器输入端子，对应变频器一定的输出频率，电流越大变频器输出频率越大，电动机转速越快。输出频率将
随着电动机实际运行电流的改变在30Hz至50Hz之间变化。在30-50HZ之间划分的阶段越多变频器的频率变化越平稳。当空载时电机的运行电流最小，输出的频率最小即30Hz，此时电动机转速最慢。达到了电动机转速与浅槽的排矸石量成正比，从而减少了对刮板输送机链条的磨损。
2.2控制方式及接线
补连塔选煤厂控制选择1771-IFE模拟量输入模块作为信号采集模块，采用ACS800变频器采集的刮板输送机电动机实际运行电流为模拟量信号。选择1771-OFE模拟量输出模块作为对变频器控制信号的输出，控制ABB公司ACS800变频器的输出频率。系统采用变频器控制方式为U/F比的恒转矩控制。本系统动力回路改造图如下：
图2-2改造前动力回路 图2-3改造后动力回路
如下图2-4为变频器接线图，刮板输送机电动机实际运行电流大小由ACS800变频器采集，将此电流信号送至PLC模拟量输入模块，经PLC处理后转换成4-20mA电流信号经过模拟量输出模块输出至变频器的控制信号输入端子进行输出频率调节，系统采用正反转控制，通过变频器数字输出口控制PLC的306中间继电器实现。变频器采用手动/自动宏参数控制，把变频器的“准备”、“运行”、“故障”三个信号返回至PLC模块，可以显示在调度室生产监控画面上。变频器控制浅槽电机在30Hz～50Hz之间内运行。
图2-4变频器接线图
三、变频器在恒压供水方面的应用
3.1 恒压供水系统简介
随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。
响应公司提倡的“双增双节，节能降耗”的号召，恒压供水系统运用在选煤厂清扫泵等供水系统中可以有效节约电能、节约水资源、水压稳定、操作简单等优点。
3.2变频控制原理
恒压供水系统的控制策略是采用可编程控制器（PLC） 和变频调速装置优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时能达到稳定供水压力和节约电能的目的。变频恒压供水系统原理如图2-1所示，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、压力传感器、控制线路以及两台水泵等组成。 图3-1 恒压供水控制原理图
系统采用两台水泵并联运行方式，通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变送成4- 20mA的标准信号送入变频器内置PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数给定变频器信号控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。所有水泵电机从从启动到停止都由变频器来控制，实现软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死。这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用，下图为恒压供水系统主回路
图3-2 恒压供水主回路原理图
图3-3 恒压供水流程图
四、设计总结
4.1补连塔选煤厂浅槽刮板输送机变频调速改造总结
2.改造中问题
变频器的干扰有可能使系统不够稳定，在我们电气维修部对哈拉沟、上湾、补连塔等变频器改造中，通过把变频器到PLC通讯线改用DH+防干扰电缆，效果良好。
变频器毕竟是电子电力器件，很可能由于外界原因而出现故障，可能影响生产。在设计中我们考虑到这个问题，当变频器出现故障时，只要把备用抽屉投入，就可以工频起车。
在一些地质条件不好的选煤厂，矸石量比较大，需要一直工频运行，则不适合使用变频器调速。比如布尔台、乌兰木伦等。
4.2 恒压供水系统总结
效益和优点分析：
1.节电，这是变频恒压供水系统最显著的优点，节能量通常在10%～40%。
2.运行可靠，变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力由变频器来实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管道破裂。
3.自我保护功能完善。
4.3 设计展望
在洗选加工中心还有好多系统可以通过变频器来达到减少能耗，优化系统的目的，如在一些小型皮带，刮板中结合皮带秤，用变频器对皮带进行调速，即通过煤量大小控制皮带转速来减少能耗。而这一技术和前面讲到的变频器控制浅槽的原理相当的相似，是完全可以实现的。
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