論煤礦運輸機中的變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用

韓福軍（陽泉煤業(yè)集團一礦，山西陽泉　045000）

論煤礦運輸機中的變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用

韓福軍
（陽泉煤業(yè)集團一礦，山西陽泉045000）

摘要：傳統(tǒng)運輸機工作效率低、耗能大、成本高，因此，對煤礦運輸機中的變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用進行分析，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到煤礦運輸機中，降低能源消耗，利用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)電機運轉(zhuǎn)速度，保護機械設(shè)備。

關(guān)鍵詞：煤礦運輸機；變頻調(diào)速技術(shù)；基本原理；應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)是以電機轉(zhuǎn)速和電源頻率的正比關(guān)系為原理基礎(chǔ)，根據(jù)二者間的正比關(guān)系，改變輸入電源頻率方式，合理調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速技術(shù)將微電腦控制技術(shù)和電力電子技術(shù)結(jié)合起來，在煤礦機械設(shè)備應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢，發(fā)展前景廣闊。

1　變頻調(diào)速技術(shù)原理

變頻調(diào)速系統(tǒng)主要是由輔助器件、電抗器以及變頻器主體等部分構(gòu)成，通過電機各器件間的配合，來控制電機速度，保護電機?？煽毓枵魇亲冾l器的主體，逆變器是由多個IGBT功率器構(gòu)成。經(jīng)過電容濾波進入到IGBT中，將直流變?yōu)殡妷汉皖l率相等的交流電機，進行供電。

在煤礦提升的過程中，提升機大部分時段都處于負荷不滿狀態(tài)。如果采用交流電阻調(diào)試方式來運行，則會降低使用效率，浪費大量的電能資源。[1]變頻調(diào)速技術(shù)的原理是改變交流電機輸入電源頻率，調(diào)節(jié)交流電電動機的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速技術(shù)的運行機理是按照電動機負載轉(zhuǎn)速變化的具體要求，改變供電電流頻率，合理調(diào)節(jié)電壓，在不同轉(zhuǎn)速的情況下，電動機都處于高速運行狀態(tài)。這樣能減少電能消耗，改善電動機啟動性能，避免負載設(shè)備和電動機受到瞬時啟動的沖擊，延長電動機使用壽命，提高煤礦提升機的工作精確度。調(diào)查得出，變頻調(diào)速技術(shù)能節(jié)省電能到40%。

2　變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦提升機應(yīng)用中的優(yōu)勢

近幾年，隨著我國電子技術(shù)和自動網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)技術(shù)的快速發(fā)展，不斷推出各種新型的功率器件，特別是變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到提升機電控改造領(lǐng)域。變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢是成本較低、系統(tǒng)簡單。變頻調(diào)速具有調(diào)速平滑性強、調(diào)速范圍廣、控制精確高、四象限可逆運行、機械特性硬和響應(yīng)速度快等技術(shù)性能，在調(diào)速方面，變頻調(diào)速和直流調(diào)速相當。同時，變頻調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)約電能資源等方面有巨大優(yōu)勢，比如，采用變頻調(diào)速技術(shù)，能提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，對爬行段轉(zhuǎn)速與電機加速實施嚴格控制。能提高電機的工作效率，節(jié)約電能資源，降低系統(tǒng)運行成本和維護成本，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

變頻調(diào)速技術(shù)主要有以下優(yōu)勢：

第一，控制精確度高，變頻器一般都是采用磁通矢量控制，使交流電機調(diào)速性能和直流電機調(diào)速性能保持一致，控制精確度高，并具備自動化控制功能；

第二，工作可靠性高，變頻器是采用電子器件，使用壽命比較長，具備齊全的保護功能，使用變頻器控制提升絞車時，工作可靠性非常高；

第三，維護工作量少，在某種程度上降低了維護人員的工作量和工作難度；

第四，調(diào)速范圍廣，變頻調(diào)速是無級調(diào)速，在低速時，其穩(wěn)定性較強，在調(diào)速的過程中，對鋼絲繩沖擊力小，提高了鋼絲繩的使用壽命；

第五，減少占地空間，變頻器取代了磁力站、電控轉(zhuǎn)相器、控制屏以及金屬電阻等設(shè)備，減少了電控室占地面積。

3　變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦運輸機中的應(yīng)用

煤礦運輸機系統(tǒng)主要是由機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)構(gòu)成，其具有載荷重、轉(zhuǎn)速高等特征。在煤礦運輸機運行過程中，進行啟動制動操作，能增加傳送帶的動態(tài)張力，從而導(dǎo)致傳送帶易出現(xiàn)打滑的問題。同時，傳送帶動態(tài)張力的增加，使?jié)L筒和傳送帶表面產(chǎn)生大量摩擦，減少了滾筒和傳送帶之間的摩擦阻力，增加了滾筒和傳送帶之間的轉(zhuǎn)速差，降低了傳送效率，減低了傳送的安全性。

煤礦運輸機系統(tǒng)的工作流程如下。

第一，起步階段，起步階段所需時間對傳送帶中靜態(tài)電阻對滾筒驅(qū)動有著重要影響，而靜態(tài)電阻驅(qū)動動滑輪時間決定著起步階段所需時間。在啟動系統(tǒng)時，靜阻力消失并轉(zhuǎn)換成動阻力，傳動帶開始運動。在靜阻力轉(zhuǎn)換成動阻力過程中，引起傳送帶振動，增加了傳送帶橫截面動態(tài)張力，降低傳送度速度。在啟動運輸系統(tǒng)時，傳送帶橫截面增加了動態(tài)張力，在驅(qū)動推動作用下，將其傳輸?shù)角腥朦c，再返回。

第二，運輸階段。當系統(tǒng)達到額定轉(zhuǎn)速和額定功率時，從表面上看，該階段的運輸處于平穩(wěn)狀態(tài)，但實際上是不平穩(wěn)的。根據(jù)工業(yè)中采用的交流電性質(zhì)可知，在啟動傳送帶時，會產(chǎn)生很大的動態(tài)張力。傳送帶具有張性和彈性等特征，如果動態(tài)張力過大，則會導(dǎo)致傳送帶變形，在傳送的過程中，傳送帶各處的動態(tài)張力不穩(wěn)定且不同。因為在啟動傳送帶之前，傳送帶各段所受的靜阻力不同，當傳送帶啟動后，導(dǎo)致傳送帶各處的動態(tài)張力也不同。比如，傳送帶某段啟動運轉(zhuǎn)的前提是傳送帶兩端拉力差大于自身阻力。電機驅(qū)動力的變化直接影響著傳送帶的變化，當電機發(fā)生驅(qū)動變化時，傳送帶的表面張力易達到峰值。產(chǎn)生這種現(xiàn)象與傳送帶所受阻力、傳送帶材料性質(zhì)以及傳送帶長度等因素有關(guān)。因此，可以利用變頻調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)因電機驅(qū)動帶來的阻力變化，降低或者消除傳送帶啟動時產(chǎn)生的動態(tài)張力，提高傳送帶運行時的穩(wěn)定性，提高煤礦運輸系統(tǒng)的安全性[2]。

當煤礦運輸系統(tǒng)不穩(wěn)定運行時，傳送帶受到電機驅(qū)動帶來的動態(tài)張力影響，也受到速度變化引起的附加張力影響。啟動煤礦運輸機后，動態(tài)張力和附加張力形成疊加，增加了滾筒張力，導(dǎo)致煤礦運輸機系統(tǒng)處于不穩(wěn)定運行狀態(tài)，嚴重時可能會損毀部分零部件，影響系統(tǒng)的正常運行。因此，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在煤礦運輸機系統(tǒng)中，控制電機運轉(zhuǎn)。利用變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過改變輸入電源頻率來改變電機啟動時的運轉(zhuǎn)性質(zhì)。事先精確計算時間范圍，在啟動電機時，逐漸增加運行速度。這一過程不會對電網(wǎng)產(chǎn)生任何負荷沖擊，且電機啟動時比較穩(wěn)定，產(chǎn)生的阻力較小，能增加機械設(shè)備的使用壽命，減少對機械設(shè)備的損壞程度，避免經(jīng)常維修或者更換設(shè)備。另外，變頻調(diào)速系統(tǒng)具有智能調(diào)速的功能，對傳送帶上煤炭總量進行監(jiān)測，對運輸系統(tǒng)實施智能調(diào)控。變頻調(diào)速系統(tǒng)利用監(jiān)控，分析運輸系統(tǒng)實際情況，將運輸系統(tǒng)和電機結(jié)合起來，分步進行啟動，逐漸消除傳送帶的張力和能量，保證運輸系統(tǒng)在啟動過程中一直處于平穩(wěn)狀態(tài)。這樣能夠減少或消除傳送帶的損耗或者其他部件的損耗。根據(jù)目前我國煤炭企業(yè)的實際發(fā)展情況來看，運用變頻調(diào)速系統(tǒng)，能夠減少運輸機系統(tǒng)的損耗，提升系統(tǒng)的使用壽命，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

4　提升機變頻調(diào)速的改造

針對傳統(tǒng)交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺陷，可以采用變頻調(diào)速技術(shù)，提升運輸機系統(tǒng)，對全頻率范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩進行嚴格控制[3]。對

于煤礦提升機而言，可以采取以下方案來改造變頻調(diào)速：四象限能量回饋變頻器、兩象限變頻器帶能耗制動。這兩種方案的適用范圍是不同的，根據(jù)提升機設(shè)備類型，對于處于正力提升的雙絞簡提升機，可以使用兩象限變頻器，節(jié)電率達到15%～20%；對于常常出現(xiàn)負力提升的提升機或者單絞筒，可以使用能量回饋變頻器節(jié)電率達到30%～35%。煤礦提升機的變頻調(diào)速方案如圖1所示。

圖1　煤礦提升機變頻調(diào)速方案

5　總結(jié)

綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)具有功率穩(wěn)定、設(shè)備體積小以及調(diào)速范圍大等優(yōu)勢，能有效地降低能源消耗，提高煤礦運輸機的穩(wěn)定性和可靠性，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到煤礦運輸機中，能提高煤礦企業(yè)的整體效率，降低運輸系統(tǒng)的能源消耗。因此，需要加強對變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦運輸機中應(yīng)用的研究。

參考文獻：

［1］武志峰.變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦運輸機中的應(yīng)用分析［J］.山東煤炭科技，2014，11（10）：111-112.

［2］夏志華，曹麗蘋.變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦輸送機中的應(yīng)用［J］.煤礦機械，2013，34（4）：235-236.

［3］張生剛.變頻器電氣制動方式探討及在煤礦上的應(yīng)用［J］.山東煤炭科技，2013，11（2）：62-63.

(編輯：向飛)

Application of Frequency Control Technology in Coal Mine

HAN Fu-jun
（Yangquan Coal Mine Group Transportation Work Area，Yangquan045000，China）

Abstract:The traditional transport is low efficiency，high energy consumption and high cost.Therefore，analyzes the application of frequency control technology in coal mine，applied of frequency control technology to coal transport，to reduce energy consumption.And it can adjust the motor speed by frequency conversion technology to realize machinery equipment protection.

Key words:coal transport；frequency conversion technology；principle；application

作者簡介：韓福軍，男，1984年生，山西人，大學(xué)本科，助理工程師。研究領(lǐng)域：煤礦機電運輸。

收稿日期：2015－05－15

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.036

中圖分類號：TD5

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 (2015 ) 08－0129－02