【摘要】露天礦為了實現企業節能減排的目標，變頻器技術在露天礦得到了廣泛的應用。本文以WK-35電鏟為例，詳細介紹了AFE整流回饋單元、公用直流母線變頻調速系統的結構、工作原理、特點以及節能原理，然后對使用變頻器技術后帶來的經濟效益進行了分析。

　　【關鍵詞】節能減排,變頻器,AFE整流回饋單元,公用直流母線

　　引言

　　節能減排已成為人類必須共同面對的重要課題之一，企業為了節約資源，降低能耗，建造資源節約型企業，以適應“節能減排，低碳生活”需要，企業節能改造計劃已在我國各大企業大規模推行。電鏟是露天煤礦的主要耗能設備之一，如何實現電鏟的節能改造這一目標，就要依靠國際先進的變頻技術。變頻器，是一種綜合應用變頻技術與微電子技術控制交流電動機實現電力傳動的設備。露天礦為了迎合企業的擴能改造和節能減排的需要，將采用發電機-電動機組直流調速系統WK-10電鏟逐步全部淘汰，由采用AFE整流回饋單元、公用直流母線變頻調速系統的WK-35電鏟取而代之，從而變頻器在露天礦節能改造中得到了廣泛的應用。

　　一、AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統的結構結構、工作原理、特點及其節能原理

　　為了節約電能，WK-35電鏟采用了具有可回饋能量優點的AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統。

　　（一）AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統的結構

　　AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統采用交一直一交電壓型主電路，主電路結構由AFE進線柜，AFE濾波柜，AFE整流/回饋單元，直流母線電容和逆變柜等部分組成。

　　（二）AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統的工作原理

　　AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統如圖2所示，其基本工作原理：660V的三相交流電通過電抗器和AFE濾波柜得到穩定的三相交流電，然后再通過AFE整流、回饋單元把三相交流電整流成直流電，直流電再經過逆變器轉變成三相交流電來驅動電機；當電鏟處于下放或電鏟各部系統電機處于制動狀態時，鏟斗的勢能或各部系統電機的制動能量再通過逆變器轉變成直流電能，直流電能最后通過AFE整流/回饋單元轉變成三相交流電能回饋給電網。AFE整流/回饋單元和逆變器都是采用了三相全控橋式電路。

　　（三）AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統的特點

　　WK-35電鏟采用的AFE整流回饋單元、公用直流母線變頻調速系統具有以下優點：

　　（1）電鏟在下放或者制動時，鏟斗的勢能和電機的制動能量將通過AFE整流/回饋單元將能量回饋給電網，節約了能源。

　　（2）由于直流母線電壓可在一定范圍內設定，設定值即為穩壓值，因此允許電網電壓波動范圍大（+10%，-30%）（1分鐘），抵抗電源電壓偏低的能力很強。

　　（3）無諧波分量，對電網無污染。三相輸入電源通過電抗器和AFE濾波柜處理后波形幾乎為正弦波，大大減少了對電網的諧波污染，總諧波電流含量小于0.5％。

　　（4）提高了設備的功率因數，可以調整設備功率因數達到95%以上，減少了無功功率的損失，節約了能源。

　　（5）具有軟起動的功能。采用變頻調速后啟動電流不會超過電機的額定電流，大大減輕了對電網和機械負載的沖擊，延長了電機和機械結構件的壽命。

　　（6）設備故障率低。采用AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統可以大大減少設備的故障，提高了設備的出動率，減少了設備的維修費用，提高了公司的經濟效益。

　　（四）AFE整流回饋單元、公用直流母線變頻調速系統的節能原理

　　電鏟變頻調速柜由于采用了國際先進的AFE整流/回饋裝置，在降低電鏟的能量消耗方面取得了顯著的效果。電鏟變頻調速柜可以從二個方面來節約電能:

　　（1）電鏟在下放或者制動時，鏟斗的勢能和電機的制動能量通過逆變器返回而使直流母線電壓升高時，可以使交流輸入電流的相位與電源電壓相位相反，實現再生發電運行，再生能量通過AFE整流/回饋單元回饋到電網去。再生能量通過AFE整流/回饋單元將能量回饋到電網取代了傳統的將再生能量通過制動電阻消耗掉辦法，再生能量回饋效率高達99%以上，從而降低了設備能量的消耗；

　　（2）由于采用了自關斷器件IGBT，通過SPWM正弦脈寬調制技術，可對交流電流的大小和相位進行控制，并通過AFE前端的濾波、儲能環節使交流輸入電流接近正弦波，并且功率因數以1為中點而正負可調，可以把功率因數提高到95%以上。西門子6SE70系列裝機裝柜型變頻器與傳統變頻器相比，諧波降低了55%，功率因素提高了近20%左右，減少設備能量的消耗。

　　二、電鏟采用AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統后節能對比分析

　　WK-35電鏟和WK-10B電鏟在同樣的作業環境下，對兩種電鏟挖掘相同的產量所消耗的電能進行對比分析，分析結果表明WK-35電鏟比WK-10B電鏟可以節約電能20%左右。2012年黑岱溝露天煤礦3臺WK-35電鏟和2臺WK-55完成年計劃產量共消耗電能約1800萬度，若與采用WK-10B電鏟完成相同的年計劃產量相比，WK-35電鏟比WK-10B電鏟可以節約電能按20%計算，電鏟采用AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統后調速系統后將節約電能約為320萬度，1度電按0.453元計算，1年將節約資金145萬元。

　　三、總結

　　電鏟采用AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統，既能節約能源的消耗，滿足“節能減排，低碳生活”需要，降低企業的成本消耗，提高企業的經濟效益，同時變頻器還有對電機的過流、過壓、過熱的保護功能，從而延長了電機的運行壽命，提高了電機的運行效率、減少了電機的維護費用。因此，AFE整流/回饋單元、公用直流母線變頻調速系統必將在電鏟的變頻改造中得到廣泛應用。變頻器是企業節能改造的理想設備。伴隨著節能與環保的深入，變頻技術將在節能減排方面發揮越來越重要的作用。

　　【參考文獻】

　　[1]王廷才.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業出版社,2009.

　　[2]徐甫榮.高壓變頻調速技術應用實踐[M].北京：中國電力出版社,2007.

　　[3]AFE整流/回饋單元裝機裝柜型使用說明書

　　本文選自國家級期刊《煤礦開采》，《煤礦開采》期刊是國家煤礦安全監察局主管、煤炭科學研究總院主辦的國家級綜合性學術期刊,面向國內外公開發行,國內統一刊號：CN:11-3677/TD，國際標準刊號：ISSN:1006-6225。是煤炭行業礦井開采新技術、新產品及研究成果的主要發布媒體之一。《煤礦開采》期刊是中文核心期刊,中國科技核心期刊,國家圖書館重點收藏期刊。讀者對象:主要是從事工程行業的技術人員、科研與設計人員、管理干部、大專院校師生。2012年，《煤礦開采》成為雙核心期刊，《煤礦開采》期刊連續入編《中文核心期刊要目總覽》，在工程類核心期刊表中位列前茅。