淺談變頻技術(shù)在煤礦提升系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：近年來(lái)，由于能源的緊張，煤炭資源成為我國(guó)主要日常消耗的主要能源之一，隨著生產(chǎn)和生活中對(duì)能源的需求量不斷的增加，對(duì)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)量提出了更高的要求。煤礦企業(yè)是一個(gè)高危行業(yè)，在礦井作業(yè)中，其提升系統(tǒng)具有十分關(guān)鍵的作用，科技的快速發(fā)展，煤礦礦井的自動(dòng)化程度也在不斷的提高，變頻器作為一種特殊的低頻電源在提升機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)變頻器的作用，有效的實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)的平穩(wěn)制動(dòng)和穩(wěn)定爬行。文章針對(duì)變頻技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明，分析了變頻技術(shù)在煤礦提升系統(tǒng)的具體應(yīng)用情況，并對(duì)系統(tǒng)的控制方式，低頻系統(tǒng)的控制進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；煤礦礦井；提升系統(tǒng)；應(yīng)用

前言

煤礦的提升系統(tǒng)是保證煤礦正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的關(guān)鍵，在科技快速發(fā)展的帶動(dòng)下，煤礦在礦井作業(yè)中也在很大程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，提升系統(tǒng)的性能和效率都得到了明顯的改善。提升系統(tǒng)能力不斷提高，對(duì)交流高壓電機(jī)制動(dòng)也提出了更高的要求，在礦井提升系統(tǒng)中，普遍的變頻器在設(shè)計(jì)之初是針對(duì)對(duì)低壓電機(jī)的，因此在提升系統(tǒng)中直接使用普通的變頻器則會(huì)導(dǎo)致變頻器在使用過(guò)程中發(fā)生過(guò)壓危險(xiǎn)而燒毀，影響到煤礦礦井提升系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在長(zhǎng)期的工作實(shí)踐中筆者利用某公司的變頻器技術(shù)，結(jié)合礦井提升系統(tǒng)的使用要求，對(duì)普通變頻器進(jìn)行了一些發(fā)行，從而使改造過(guò)的變頻器在提升系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論在制動(dòng)還是爬行過(guò)程中都保持了輸出頻率的不變，有力的保證了提升系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。

1 變頻技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 啟動(dòng)平穩(wěn)

煤礦作為一種特種作業(yè)行業(yè)，由于其井下作業(yè)的特點(diǎn)，大部分作業(yè)設(shè)備都位于井下，這就對(duì)煤礦供電系統(tǒng)提出了更高的要求。但大部分煤礦的供電系統(tǒng)在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中都有很多不足的地方，這些不足的地方將直接影響到設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)的電壓瞬間下降，電流突增，這種情況將直接影響到井下作業(yè)設(shè)備的運(yùn)行，甚至燒毀部分設(shè)備，為井下事故的發(fā)生埋下了不安全隱患。目前利用變頻技術(shù)將使這一問(wèn)題得到有效的解決，變頻技術(shù)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩，電壓不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，保證了啟動(dòng)時(shí)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，是十分安全可靠的。

1.2 調(diào)速功能好

通過(guò)變頻對(duì)電機(jī)控制主要是根據(jù)電機(jī)負(fù)荷的變化和實(shí)際工藝參數(shù)的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，從而達(dá)到電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。這樣不僅降低了電機(jī)的損耗，還能使調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償，提高了電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因素，降低了無(wú)功損耗，可靠、高效。

1.3 節(jié)能降耗

變頻技術(shù)通過(guò)改善工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量性能，使得電機(jī)所需的物料流量、壓力達(dá)到最佳參數(shù)，不僅減少了不必要的浪費(fèi)，而且還降低了調(diào)速本身的消耗，節(jié)省了穩(wěn)定速度設(shè)備和反饋控制設(shè)備。

2 變頻技術(shù)在煤礦提升系統(tǒng)中的應(yīng)用

在煤礦企業(yè)當(dāng)中，井下和地面的運(yùn)輸主要依靠提升機(jī)來(lái)完成，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中需要對(duì)提升機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，在傳統(tǒng)的提升系統(tǒng)中利用交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)來(lái)保證減速和爬行時(shí)的穩(wěn)定性，但此系統(tǒng)雖然也能在減速和爬行時(shí)實(shí)現(xiàn)控制，但對(duì)速度的控制能力較弱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒減速，同時(shí)在控制過(guò)程中還極易損害電機(jī)的各部件，導(dǎo)致設(shè)備的故障率上升。而變頻調(diào)速技術(shù)則有效的解決了上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)提升機(jī)的恒加速和恒減速控制，有效的避免了提升面提升過(guò)程中事故的發(fā)生機(jī)率，同時(shí)也有效的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的效果。

變頻技術(shù)在提升機(jī)的調(diào)速上發(fā)揮了很好的作用。提升機(jī)在升降過(guò)程中需要進(jìn)行減速或是加速，變頻器通過(guò)改變提升機(jī)上電機(jī)輸入電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速功能，真正意義上實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)的恒加速和恒減速要求，有效的保證了提升機(jī)的軟啟動(dòng)及平滑調(diào)速。同時(shí)變頻器還有效的控制了提升機(jī)的升降速度，避免了提升機(jī)在提升過(guò)程中因長(zhǎng)降速度過(guò)快或是過(guò)慢而產(chǎn)生過(guò)卷、過(guò)放或是脫軌翻車(chē)等事故，對(duì)提升機(jī)的穩(wěn)定性有了較大的改善。

3 系統(tǒng)的控制方式

3.1 開(kāi)環(huán)控制方式

系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)控制可以分為為腳踏制動(dòng)方式、腳踏驗(yàn)繩方式、低頻爬行方式三種。在腳踏制動(dòng)和腳踏驗(yàn)繩方式這兩種開(kāi)環(huán)控制方式下，踏板帶動(dòng)的自整腳機(jī)輸出的信號(hào)決定了變頻器的輸出電壓大小，因此變頻器需要輸出的低頻電壓可以由司機(jī)確定。而低頻爬行方式是在低頻制動(dòng)完成并達(dá)到爬行點(diǎn)速度后，輸入低頻爬行信號(hào)，低頻制動(dòng)完成，變頻器的低頻電壓輸出是預(yù)先設(shè)定的。

3.2 閉環(huán)控制方式

煤礦礦井提升系統(tǒng)低頻制動(dòng)階段變頻器的模擬輸入信號(hào)是高壓電機(jī)的模擬速度信號(hào)，低頻電壓輸出信號(hào)閉合，反（或正）轉(zhuǎn)信號(hào)閉合，其他信號(hào)斷開(kāi)。根據(jù)低頻電壓輸出信號(hào)閉合瞬間，變頻器將模擬電壓輸入信號(hào)的值折算為預(yù)先設(shè)置的減速曲線斜率和制動(dòng)時(shí)間，以及高壓電機(jī)高壓斷開(kāi)時(shí)的瞬間速度，生成高壓電機(jī)低頻制動(dòng)時(shí)的速度曲線，在保持頻率不變的情況下，根據(jù)實(shí)際的速度反饋和生產(chǎn)的速度曲線控制變頻器的輸出電壓，從而達(dá)到良好的制動(dòng)效果。

4 低頻運(yùn)行系統(tǒng)的控制

根據(jù)煤礦礦井提升機(jī)低頻制動(dòng)的特殊要求，我們?cè)诿旱V礦井主井提升系統(tǒng)所采用的ACS6000系列產(chǎn)品內(nèi)置了特殊的應(yīng)用。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)高壓投入提升機(jī)后，根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行方向輸入正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)，此時(shí)變頻器根據(jù)面板設(shè)置的頻率輸出所需頻率，低頻電壓輸出處于“等待”狀態(tài)，同時(shí)變頻器根據(jù)模擬電壓的輸入值，實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度。當(dāng)高壓斷開(kāi)瞬間后，低頻輸出信號(hào)輸入，此時(shí)變頻器會(huì)根據(jù)此瞬間記錄的高壓電機(jī)速度，生成高壓電機(jī)低頻制動(dòng)到爬行速度的速度曲線，變頻器輸出端交流接觸器將再延時(shí)約0.5s后閉合，變頻器輸出的低頻電壓開(kāi)始接入高壓電機(jī)。

剛開(kāi)始時(shí)，電機(jī)的實(shí)際速度和變頻器生成的制動(dòng)曲線相差會(huì)很小，制動(dòng)反饋的能量也較小，變頻器輸出的電壓也較低。同時(shí)，外部的速度檢測(cè)器也將根據(jù)提升機(jī)的實(shí)際速度，逐級(jí)切除高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電阻，確保具有足夠的制動(dòng)力矩。當(dāng)達(dá)到制動(dòng)階段期間，變頻器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，根據(jù)所生成的制動(dòng)曲線和實(shí)際速度之間的偏差，模擬低頻發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)變頻器輸出的低頻電壓。當(dāng)高壓電機(jī)的制動(dòng)速度達(dá)到爬行速度時(shí)，輸入爬行信號(hào)，變頻器將根據(jù)預(yù)先設(shè)置的爬行電壓，直接輸出爬行所需低頻電壓。

5 結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)的提速下，各行各業(yè)對(duì)能源的需求量增加，煤炭作為我國(guó)最主要的能源，其開(kāi)采量的多少直接影響到人們對(duì)煤炭的使用需求，為了滿足人們對(duì)煤炭的需求量，保證煤礦企業(yè)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的，礦井提升系統(tǒng)是保證礦井和地面進(jìn)行運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ咧?，也是保證煤礦企業(yè)正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此對(duì)礦井提升系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，把先進(jìn)的變頻技術(shù)應(yīng)用到提升系統(tǒng)中對(duì)礦井的提升系統(tǒng)是重大的改進(jìn)，不僅使提升系統(tǒng)更具有先進(jìn)性，同時(shí)也提高了其工作效率，保證了其工作時(shí)的安全性，極大的帶動(dòng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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