变频器在选矿生产中的应用与抗干扰措施

1 引言 把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。近几年，随着资源性产业的发展，选矿行业进行扩建和改造特别多，随之，变频器在选矿生产中也得到了广泛的应用。变频调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术，自80年代通用变频器进入中国市场以来，在短短的十几年时间里得到了非常广泛的应用。目前，通用变频器以其智能化、数字化、网络化等优点越来越受到人们的青睐。它以很好的调速性能、节能显著等特点，在各行各业中获得了广泛应用。 2 变频器的应用优点 由于变频启动采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。具有节电、节能、可靠、高效的特性，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，变频器最大的优点的是节能、节电。对于风机、水泵而言，采用变频调速方法节电的原理，是基于流量、压力、转速、转矩之间的关系。这些关系是：流量∝转速，压力∝转矩∝转速的平方，功率∝转速的三次方。 即:风机或水泵流量与转速的一次方成正比,压力与转速的二次方成正比,而轴功率与转速的三次方成正比。 Q2=Q1�n2/n1 H2=H1�(n2/n1)2 P2=P1�(n2/n1)3 上述公式中Q1、H1、P1分别代表n1时的运转速度、压力（扬程）、功率，Q2、H2、P2分别代表n2时的运转速度、压力（扬程）、功率。 例如：当流量需求减少一半时，如通过调节变频器，则理论上讲，仅需额定功率的12.5%,即可节约87.5%的能量，当转速降到80%时，而轴功率降到额定功率的(80%)3≈51%。由此可见，当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所消耗的功率将降低很多。 通过应用变频器可以提高经济效益，但随之也带来了一些问题，现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。这些方面在我们使用过程中值得注意。 3 变频器的实际应用 在选矿领域主要应用在球磨机给矿电机和矿浆池泵电机的变频控制。球磨机给矿方面无论采用摆式给矿、圆盘给矿、槽式给矿机或者皮带拖料给矿，电机的功率一般都用的比较小，多在20kW以下。而在矿浆池给矿泵电机选用功率从几十千瓦到二三百千瓦不等。下面以本钢某选矿厂自动化项目中应用变频器为例来介绍选择变频器的注意事项。此现场球磨机给矿采用的摆式给矿，电机为380V,5.5kW六级电机，采用变频器来调整摆式给矿电机速度从而控制球磨机的给料。还有一次旋流器给矿的渣浆泵，电机为380V，75kW电机。 3.1 变频器的选型 （1）选用电压、功率适合此现场的变频器 目前市场上国产或者进口的变频器品牌非常多，关于选择什么品牌的变频器本文不做推荐。在此现场选用ABB的ACS800系列变频器，变频器的电压等级方面一般分为200V级和400V级的两种。由于此电机都为380V，50Hz三相异步电动机，所以我们选用变频器的电压等级为400V级的。 容量的选择在变频器选型中是非常关键的一个环节。在实际运行中经常会发现给定频率高,但实际频率调不上去、变频器跳闸频繁的现象,这就是变频器容量选择偏小、运行电流大于变频器额定电流,变频器过流跳停。但是容量选择过大又会造成经济浪费,在实际选用中有二个经验方法,一是对于小功率电机,所选择变频器功率要高一个功率级别;二是选择变频器的额定电流为控制电机额定电流的1.1～1.5倍。依据上面叙述,对于5.5kW电机选用７.5kW变频器,而对于75kW电机选用９0kW的变频器。 （2）根据被控设备的负载特性选择变频器 由于生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，其转矩特性是复杂的，但变频器大体分为三种类型:恒转矩负载、风机泵类负载和恒功率负载。恒转矩负载是指负载转矩与转速无关，任何转速下，转矩均保持恒定。恒转矩负载又分为摩擦类负载和位能式负载。摩擦类负载的起动转矩一般要求额定转矩的150%左右，制动转矩一般要求额定转矩的100%左右，所以变频器应选择那些具有恒定转矩特性,并且起动和制动转矩都比较大，过载时间长和过载能力大的变频器。 在此项目中，球磨机给矿由于所给物料为固体矿石，选用恒转矩类型变频器，而对于矿浆池泵电机由于矿浆为固体颗粒液体，在选择时候千万不要选择风机泵类，一般也要选择恒转矩类变频器，这点在选择变频器的时候是非常关键的因素。 3.2 变频器的安装 由于变频器集成度高，整体结构紧凑，自身散热量较大，因此对安装环境的温度、湿度和粉尘含量要求高。在此现场，环境比较差、灰尘多、湿度大，经常还有矿浆的溅冒，所以除非特殊情况一般要求变频器不放置在现场、而要放置在条件相应比较好的低压配电室或者操作室，这要考虑干扰和散热问题。对于干扰问题下面详细叙述，而对于散热问题，笔者采用以下方法:  （1）采用风扇散热:一般变频器的内装风扇可将变频器内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器运行。另外，在变频柜顶部留有排气扇，在控制回路设计中保证变频器开始运行，风扇同时运行。  （2）降低安装环境温度:由于变频器是电子装置，内含电子元器件、电解电容等，所以温度对其寿命影响比较大。通用变频器的环境运行温度一般要求-10℃～＋40℃，如果能够采取措施尽可能降低变频器运行温度，那么变频器的使用寿命就延长，性能也比较稳定。有条件的话可以建造单独的变频器低压间，内部安装空调，保持低压间温度在 15℃～ 20℃之间。但是，一般现场都是将变频柜放置在不设计空调的低压配电室，所以这就要求变频器的安装空间要满足变频器使用说明书的要求。在一些现场也看到把变频器的外壳拿掉，这也是散热的一种办法。但是有安全的隐患，不推荐用户这么做。 4 变频器的干扰抑制 变频器的干扰主要是谐波干扰，解决传导干扰主要是在电路中把传导的高频电流滤掉或者隔离，常用方法有: 4.1 变频器的干扰抑制的常用方法 （1）变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输入侧安装隔离变压器，切断谐波电流的流通路径； （2）在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的； （3）电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟内分别敷设，避免辐射干扰； （4）信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离（至少20cm以上），切断辐射干扰； （5）变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。 4.2 变频器的接地和电抗器设计 变频器的接地可以在很大程度上抑制干扰，提高系统的抗干扰能力。但是假如接地不良，反而会对设备产生干扰。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式。  单点接地指在一个电路或装置中，只有一个物理点定义为接地点，在低频下的性能好；多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它最近的接地点，在高频下的性能好；混合接地是根据信号频率和接地线长度，系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有专用接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发，必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻取值<100ω，接地线尽可能短，并注意合理选择接地极的位置。 另外，为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，必须要考虑变频器离受控电机之间的距离问题，一般变频器要求超过８0m就要在变频器的输出端加装电抗器，我们在设计中一般是超过50m线路上就设计电抗器；而对于电抗器的选择一般选择国产的产品就可以。 5 结束语 通过以上方法，所选择的变频器已经在本钢应用接近一年。变频器一直运行稳定。特别旋流器给矿渣浆泵变频器解决了以前泵池经常抽空的问题，对稳定生产发挥着很大的作用。随着科学技术的发展，变频器不但会在选矿行业而且会在其它各个行业应用越来越广泛，用户会对变频器应用提出更高的要求，同时变频器也会适应用户要求的取得更快的发展。               信息来源于：变频器世界