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[摘要]本文主要分析了现有设备的能源消耗及运行情况，目前使用的电动设备存在电动机因起动、过载、安全系统等情况，电动机达不到效率的最大化，变频技术能够显著提高大型机电设备的工作效率、安全性能，减少能耗，是選矿机电设备的发展方向。
[关键词] 节能变频 能源 机电设备 生产工艺
中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1009-
一、引言
河南省用年均13.2%的能源消耗增长速度支撑了年均11.4%的经济增长速度。按照省政府，必须以年均低于5.1%的能源消耗增长速度，支撑年均10%的经济增长速度，河南省是全国重要的能源、原材料基地，能源消费仍是以煤为主的格局。由于高耗能产业在经济中占有较大比重，河南省能源资源人均占有量低于全国平均水平，而单位生产总值能耗、工业增加值能耗又高于全国平均水平，能源消费总量增长速度较快。能源利用效率与先进水平相比有较大差距，节能潜力较大。为此，省政府号召全省上下必须从战略和全局的高度，充分认识加强节能工作的极端重要性，把节能工作摆在更加突出的战略位置，采取更加有力的措施，能源利用的最大化，促进全省经济又快又好地发展。
目前我公司年能源消耗约10000吨标准煤，电力消耗约占95%以上，主要为大型机电设备的消耗，大型设备的节能变频研究将是我公司近期的主要技术攻关方向，也是提高公司在同行业竞争力的重要支撑。
二、研究背景
按照原有的项目初步设计，目前栾川龙宇钼业小庙岭选矿公司使用的颚式破碎机、圆锥破碎机、球磨机、电机、引风机、空压机、砂泵及水泵等电动设备存在电动机因起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行，电动机能耗较大。采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，是大型电机节能的有效方式，可使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能，成熟技术的变频器的效率利用率可达95%，因此改造很有必要。
三、生产工艺流程
3.1碎矿流程：碎矿采用三段（选厂为二段）一闭路碎矿流程。粗碎设在露天采场附近的粗碎站，粗碎后的矿石粒度为-300mm，经1.74Km胶带输送机运至选厂原矿仓；经圆锥破碎机中、细碎后，最终产品粒度为-10-12mm。
3.2磨矿流程：磨矿采用一段闭路磨矿流程，由球磨机与旋流器组成（两回路），矿石粒度由-10-12mm磨至-0.20mm（-200目占60%）；中矿再磨为一段闭路磨矿流程，同样为球磨机与旋流器组成，矿石粒度由-0.20mm磨至-200目占90%；粗精矿再磨采用搅拌磨，也与旋流器构成闭路磨矿，将矿石细磨至-200目占98%。
3.3钼精粉选别流程：采用浮选柱为主的浮选流程，一次粗选、三次精选、四次扫选、一次精扫选。该流程除扫选作业采用充气式浮选机外，其它作业全部采用浮选柱进行选别。
3.4钼精矿脱水流程：为浓密、过滤及干燥三段脱水流程，干燥采用旋转闪蒸干燥系统，当湿物料送入干燥段内即受到快速粉碎装置的粉碎，由于干燥机下方的高温空气同时对物料进行干燥，物料在干燥粉碎过程中其体积不断减少，在热气流的作用下，合格产品通过分级器进入除尘器被收集，未达到细度要求的物料在分级器的作用下，被下抛到干燥段内继续被粉碎和干燥。最终的精矿成品自动包装为统一的规格和重量。
3.5尾矿浓缩流程：因尾矿库离选厂的位置比较远，且高差大，所以本次设计考虑了厂前浓缩回水流程。厂前回水采用两段浓缩机串联作业，即扫选尾矿自流进第一段浓缩机，第一段浓缩机的溢流自流到第二段浓缩机再进行沉淀，第一和二段的底流合并自流到尾矿库；第二段的溢流进回水池厂内循环利用。
四、变频改造技术要求
4.1变频器调速精度达到0.1Hz，而且稳定性高。调速精度高、最高可达+/-0.001%，转矩调整率为2%；稳定性高，确保所传动的风机（水泵）的压力和风量（流量）稳定。保证生产的正常运行的关键指标。变频器的可靠性高，故障率低。
4.2变频器发生故障时，需可立即切出，并切换到工频电源上，使负载（风机、水泵等）能保持连续运行。
4.3改造后的变频供气系统是在保留原来供气系统的基础上增加一套变频回路与原回路并联使用，形成双回路可转换的控制系统，通过调节电机（风机）的转速来调节浮选时的用风量。利用PLC的控制程序，根据风量、风压的实际值，进行调整电机的供风量及开机台数。
4.4具有软启动功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命，启动电流小，提高用电安全系数及减少电网容量；
4.5调节风量精度准确、及时方便；
4.6浮选车间现有的砂泵、风机、空压机，采用软起动器起动，保留原有的软起动装置不变，增加变频器一起控制电机，原有的控制系统作为工频旁路备份使用。当变频器有故障时，自动切换改为软启动运行。
4.7改造要求：安装方式采用一台变频器带一台电机的方式。在管道上安装流量计或压力传感器，利用PLC的PID调节功能，当砂浆量或送风量（或设定压力）到达时，变频器频率下降，电机以低速运转，送风量（或设定压力）越高，转速越低；砂浆量或送风量（或设定压力）越低，转速越高。同时将砂浆量或送风量（或设定压力）信号传送给控制柜，由触摸屏显示使操作人员能适时了解工作状况。通过此控制保持浮选设备的送风量基本不变。
4.8电动机实现了真正的软启动、软停止，变频器需提供无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机处于共振点运行的可能性，使风机工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。
4.9调速工段内的设备调节和优化控制由PLC完成，并能与DCS集控系统兼容，通过标准以太网协议与集控系统通讯，并通过集控系统实时监控设备工作情况。PLC负责采集压力，流量、开关量等信号，通过DEVICE-NET网络控制变频器，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。故障时蜂鸣报警并自动弹出报警框，即时掌握故障内容。设有报警历史报表，可供查阅，便于系统维护。提供系统帮助功能。系统手动控制。当压力传感器或流量传感器故障或线路故障，系统无法实现PID闭环控制时。系统声光故障报警。工作人员可通过将控制面板上的“自动/手动”切换开关或触摸屏将系统设为“手动方式”。此时通过“启动”、“停止”按钮控制变频器启停，用电位器进行调速调压。
五、采用变频控制系统所带来的效果
5.1以变频器调整电机的转速来调整负荷，使电机输出的功率与负荷需求基本上成正比关系，始终使电机高效率工作，以达到理想的节电效果；
5.2利用变频器的节能模式，可使电机在轻载时以最高效率运行，减少不必要的电能损耗；
5.3根据严格的EMS标准，高效的PWM变频器使用高速低耗的IGBT，降低谐波失真和电机的电能损失；
5.4可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；可使电机实现软停，避免反生电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；避免因电流峰值带来的电力公司的罚款；
5.5采用变频控制系统后，可以实时监测供水、风、气等管路压力，使管路中的压力保持恒定，提高生产效率和产品质量；
5.6由于电机在高效率状态下运行，功率因数较高，降低了无功损耗，节约了大量电能；
5.7保存原释放阀系统，在必要时可参加调节，增强系统的可靠性。
总之，采用变频智能控制系统后，不但可节约30～40%的电力费用，延长设备的使用寿命，并可提高生产效率和产品质量。
六、结束语
通过研究分析，电机变频节能改造的研究实施，不仅大大减少企业能源消耗，提高企业的产品质量，增加企业收入，促进企业的健康发展，而且符合国家产业政策，有助于缓解政府能源供应和建设压力，对减少废气污染保护环境也有巨大的现实意义。
[关键词] 节能变频 能源 机电设备 生产工艺
中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1009-
一、引言
河南省用年均13.2%的能源消耗增长速度支撑了年均11.4%的经济增长速度。按照省政府，必须以年均低于5.1%的能源消耗增长速度，支撑年均10%的经济增长速度，河南省是全国重要的能源、原材料基地，能源消费仍是以煤为主的格局。由于高耗能产业在经济中占有较大比重，河南省能源资源人均占有量低于全国平均水平，而单位生产总值能耗、工业增加值能耗又高于全国平均水平，能源消费总量增长速度较快。能源利用效率与先进水平相比有较大差距，节能潜力较大。为此，省政府号召全省上下必须从战略和全局的高度，充分认识加强节能工作的极端重要性，把节能工作摆在更加突出的战略位置，采取更加有力的措施，能源利用的最大化，促进全省经济又快又好地发展。
目前我公司年能源消耗约10000吨标准煤，电力消耗约占95%以上，主要为大型机电设备的消耗，大型设备的节能变频研究将是我公司近期的主要技术攻关方向，也是提高公司在同行业竞争力的重要支撑。
二、研究背景
按照原有的项目初步设计，目前栾川龙宇钼业小庙岭选矿公司使用的颚式破碎机、圆锥破碎机、球磨机、电机、引风机、空压机、砂泵及水泵等电动设备存在电动机因起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行，电动机能耗较大。采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，是大型电机节能的有效方式，可使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能，成熟技术的变频器的效率利用率可达95%，因此改造很有必要。
三、生产工艺流程
3.1碎矿流程：碎矿采用三段（选厂为二段）一闭路碎矿流程。粗碎设在露天采场附近的粗碎站，粗碎后的矿石粒度为-300mm，经1.74Km胶带输送机运至选厂原矿仓；经圆锥破碎机中、细碎后，最终产品粒度为-10-12mm。
3.2磨矿流程：磨矿采用一段闭路磨矿流程，由球磨机与旋流器组成（两回路），矿石粒度由-10-12mm磨至-0.20mm（-200目占60%）；中矿再磨为一段闭路磨矿流程，同样为球磨机与旋流器组成，矿石粒度由-0.20mm磨至-200目占90%；粗精矿再磨采用搅拌磨，也与旋流器构成闭路磨矿，将矿石细磨至-200目占98%。
3.3钼精粉选别流程：采用浮选柱为主的浮选流程，一次粗选、三次精选、四次扫选、一次精扫选。该流程除扫选作业采用充气式浮选机外，其它作业全部采用浮选柱进行选别。
3.4钼精矿脱水流程：为浓密、过滤及干燥三段脱水流程，干燥采用旋转闪蒸干燥系统，当湿物料送入干燥段内即受到快速粉碎装置的粉碎，由于干燥机下方的高温空气同时对物料进行干燥，物料在干燥粉碎过程中其体积不断减少，在热气流的作用下，合格产品通过分级器进入除尘器被收集，未达到细度要求的物料在分级器的作用下，被下抛到干燥段内继续被粉碎和干燥。最终的精矿成品自动包装为统一的规格和重量。
3.5尾矿浓缩流程：因尾矿库离选厂的位置比较远，且高差大，所以本次设计考虑了厂前浓缩回水流程。厂前回水采用两段浓缩机串联作业，即扫选尾矿自流进第一段浓缩机，第一段浓缩机的溢流自流到第二段浓缩机再进行沉淀，第一和二段的底流合并自流到尾矿库；第二段的溢流进回水池厂内循环利用。
四、变频改造技术要求
4.1变频器调速精度达到0.1Hz，而且稳定性高。调速精度高、最高可达+/-0.001%，转矩调整率为2%；稳定性高，确保所传动的风机（水泵）的压力和风量（流量）稳定。保证生产的正常运行的关键指标。变频器的可靠性高，故障率低。
4.2变频器发生故障时，需可立即切出，并切换到工频电源上，使负载（风机、水泵等）能保持连续运行。
4.3改造后的变频供气系统是在保留原来供气系统的基础上增加一套变频回路与原回路并联使用，形成双回路可转换的控制系统，通过调节电机（风机）的转速来调节浮选时的用风量。利用PLC的控制程序，根据风量、风压的实际值，进行调整电机的供风量及开机台数。
4.4具有软启动功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命，启动电流小，提高用电安全系数及减少电网容量；
4.5调节风量精度准确、及时方便；
4.6浮选车间现有的砂泵、风机、空压机，采用软起动器起动，保留原有的软起动装置不变，增加变频器一起控制电机，原有的控制系统作为工频旁路备份使用。当变频器有故障时，自动切换改为软启动运行。
4.7改造要求：安装方式采用一台变频器带一台电机的方式。在管道上安装流量计或压力传感器，利用PLC的PID调节功能，当砂浆量或送风量（或设定压力）到达时，变频器频率下降，电机以低速运转，送风量（或设定压力）越高，转速越低；砂浆量或送风量（或设定压力）越低，转速越高。同时将砂浆量或送风量（或设定压力）信号传送给控制柜，由触摸屏显示使操作人员能适时了解工作状况。通过此控制保持浮选设备的送风量基本不变。
4.8电动机实现了真正的软启动、软停止，变频器需提供无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机处于共振点运行的可能性，使风机工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。
4.9调速工段内的设备调节和优化控制由PLC完成，并能与DCS集控系统兼容，通过标准以太网协议与集控系统通讯，并通过集控系统实时监控设备工作情况。PLC负责采集压力，流量、开关量等信号，通过DEVICE-NET网络控制变频器，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。故障时蜂鸣报警并自动弹出报警框，即时掌握故障内容。设有报警历史报表，可供查阅，便于系统维护。提供系统帮助功能。系统手动控制。当压力传感器或流量传感器故障或线路故障，系统无法实现PID闭环控制时。系统声光故障报警。工作人员可通过将控制面板上的“自动/手动”切换开关或触摸屏将系统设为“手动方式”。此时通过“启动”、“停止”按钮控制变频器启停，用电位器进行调速调压。
五、采用变频控制系统所带来的效果
5.1以变频器调整电机的转速来调整负荷，使电机输出的功率与负荷需求基本上成正比关系，始终使电机高效率工作，以达到理想的节电效果；
5.2利用变频器的节能模式，可使电机在轻载时以最高效率运行，减少不必要的电能损耗；
5.3根据严格的EMS标准，高效的PWM变频器使用高速低耗的IGBT，降低谐波失真和电机的电能损失；
5.4可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；可使电机实现软停，避免反生电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；避免因电流峰值带来的电力公司的罚款；
5.5采用变频控制系统后，可以实时监测供水、风、气等管路压力，使管路中的压力保持恒定，提高生产效率和产品质量；
5.6由于电机在高效率状态下运行，功率因数较高，降低了无功损耗，节约了大量电能；
5.7保存原释放阀系统，在必要时可参加调节，增强系统的可靠性。
总之，采用变频智能控制系统后，不但可节约30～40%的电力费用，延长设备的使用寿命，并可提高生产效率和产品质量。
六、结束语
通过研究分析，电机变频节能改造的研究实施，不仅大大减少企业能源消耗，提高企业的产品质量，增加企业收入，促进企业的健康发展，而且符合国家产业政策，有助于缓解政府能源供应和建设压力，对减少废气污染保护环境也有巨大的现实意义。