變頻調(diào)速技術(shù)在礦井井下運輸中的應(yīng)用

王興祥

摘 要：目前，變頻調(diào)速控制技術(shù)在我國礦井的應(yīng)用逐漸普及，該技術(shù)有效地提高了礦山設(shè)備的性能，在節(jié)能方面發(fā)揮了重要作用。本文分析了變頻調(diào)速技術(shù)在礦井中的應(yīng)用及相關(guān)預(yù)防措施，為我國礦井井下運輸效率的提高提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變頻；礦井；運輸；應(yīng)用

引言

變頻調(diào)速技術(shù)的基本定義是通過改變電源頻率來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)平滑速度的方法。該技術(shù)主要應(yīng)用于同步電動機(jī)和異步電動機(jī)，其速度可通過變頻的效果進(jìn)行調(diào)整。變頻器控制技術(shù)的基本原理是基于電機(jī)運行速度和功率輸入頻率之間的關(guān)系，變頻調(diào)速技術(shù)的基本工作方式是改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過改變電動機(jī)的工作頻率提高運輸效率。

一、變頻調(diào)速技術(shù)的概念

變頻調(diào)速技術(shù)的基本公式為： N=60 F（1- S）/ P.在該公式中，N是速度，F(xiàn)是輸入頻率，S是電動機(jī)滑差率，P是電動機(jī)極對。可以直接看出F、P、S的變化可以導(dǎo)致速度的最終變化。對于變頻調(diào)速的內(nèi)容，各種變頻調(diào)速方法只需改變交流電機(jī)的同步速度或改變同步速度即可實現(xiàn)。

交流電動機(jī)發(fā)展的變頻調(diào)速技術(shù)具有悠久的歷史，它代表了世界變頻技術(shù)應(yīng)用的起源。有兩種主要類型的交流電動機(jī)，一種是同步電動機(jī)，另一種是異步電動機(jī)。然而，異步電動機(jī)的速度控制性能在應(yīng)用開始時不能與DC電動機(jī)相比，這就是為什么使用AC電動機(jī)進(jìn)行速度控制已成為國際研究課題的原因。隨著世界電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，半導(dǎo)體通信技術(shù)的應(yīng)用逐漸開始應(yīng)用。此時，AC電動機(jī)速度控制方法通常用作繞線異步電動機(jī)。轉(zhuǎn)子串的速度控制，帶變速控制的籠式感應(yīng)電動機(jī)。在20世紀(jì)20年代，變頻控制被人類認(rèn)可，但當(dāng)時技術(shù)相對不成熟，這導(dǎo)致了一個主要的技術(shù)限制：只有晶體管可用于形成逆變器，效果不是很明顯，沒有被廣泛使用。在五十年代中期，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，晶體管開始出現(xiàn)，開創(chuàng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元。20世紀(jì)70年代，電力電子技術(shù)逐步發(fā)展，開發(fā)了變頻調(diào)速技術(shù)。

二、變頻調(diào)速技術(shù)在礦井地下運輸中的應(yīng)用

（1）變頻調(diào)速技術(shù)在礦井中的應(yīng)用

提升機(jī)在礦井中的作用是整個礦井的重要組成部分，它是礦山運輸?shù)闹匾\輸工具，也是礦山不可或缺的一部分。在礦山運輸中用設(shè)備運輸通過礦井的隧道鉆孔，礦石，廢礦，提升人員、設(shè)備和材料從礦井內(nèi)運輸。因此，對于礦井中的提升機(jī)來說，它是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵，這是與礦山相關(guān)的所有內(nèi)容的通道。因此，礦井中的提升機(jī)，無論各種類型，對電氣旋轉(zhuǎn)的要求都比較高，因為與礦井井下運輸直接相關(guān)的電動旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的正常運行，將對礦井的運輸產(chǎn)生很大影響，導(dǎo)致礦山生產(chǎn)效率的提高或降低。從本質(zhì)上講，礦井電動升力系統(tǒng)的要求包括具有調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的良好功能，使調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的精度更加準(zhǔn)確，正向轉(zhuǎn)動模式和反向轉(zhuǎn)動模式可以快速執(zhí)行相關(guān)操作。在具體情況下，要準(zhǔn)確開發(fā)功能和定位功能，提高安全可靠性。

（2）變頻調(diào)速技術(shù)的突出優(yōu)點

眾所周知，變頻調(diào)速具有很多優(yōu)點，具體來說，它主要涉及以下幾個方面：第一，無級平穩(wěn)加減速的作用就是井下運輸系統(tǒng)的全面保證，要求穩(wěn)定安全的工作條件。其次，功耗相對較低。它具有較低的啟動電流，不會影響整個井下運輸系統(tǒng)，因此具有非常好的節(jié)能效果。另一方面，啟動后，不需要配置串聯(lián)電阻，這大大降低了啟動時的功耗。最后，井下運輸系統(tǒng)還具有許多保護(hù)功能，同時保持高運行的穩(wěn)定性和安全性。

（3）有效處理外部干擾

一是外部電網(wǎng)引起的故障。逆變器電源產(chǎn)生的諧波會對整個電網(wǎng)中的折疊式逆變器造成干擾。同時，有許多設(shè)備產(chǎn)生諧波源，包括照明電源等。不同的負(fù)載會導(dǎo)致電壓或電流的某些異常波形變化，并危及其他電氣設(shè)備。如果第一次問題沒有得到正確解決，電源噪聲將造成電源中斷驅(qū)動器的運行。

其次，逆變器會擾亂外部。由此產(chǎn)生的整流橋代表網(wǎng)絡(luò)的非線性負(fù)載，并且產(chǎn)生的諧波可能影響其他設(shè)備。由于逆變器裝置本質(zhì)上是PWM技術(shù)，因此在開關(guān)狀態(tài)和高速開關(guān)期間會產(chǎn)生一些耦合噪聲。因此，變頻器可能會對礦井運輸系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備造成電磁干擾。

（4）防止干擾的措施

首先屏蔽干擾源。這是該領(lǐng)域非常有效的方法和手段。在正常情況下，逆變器主要使用鐵殼來屏蔽其他電磁干擾，輸出線優(yōu)選用鋼管屏蔽。問題是逆變器由外部信號控制得盡可能短，信號線的長度應(yīng)為主電路的兩倍，并與主電路分開，要禁止將它們放在同一個插槽中。為了有效地提高屏蔽效果，屏蔽層應(yīng)在施工過程中接地。

其次采用串聯(lián)電抗的連接。通常，低頻諧波具有相對較大比例的逆變器輸入電流。一方面，這妨礙了電力網(wǎng)絡(luò)中的其他裝置相對于低頻諧波分量的正常操作，另一方面增加了無功功率消耗，從而大大降低了線路功率因數(shù)。因此，通過仔細(xì)推斷可以得出結(jié)論，串聯(lián)電抗器的連接可以有效地防止諧波電流的產(chǎn)生。

第三是采用科學(xué)合理的處理方法。正確接地不僅可以保護(hù)電網(wǎng)免受外部影響，還可以減少設(shè)備對外界的影響。然而，在具體實踐中，電網(wǎng)中的中性線和地線相對模糊，并且屏蔽地線與由于這個原因，控制系統(tǒng)的主電路線之間的混亂連接要求系統(tǒng)的可靠性和安全性，逆變器的使用大大減少。主電路部分的正確接地可以顯著減少逆變器干擾。因此，我們必須高度重視這方面的研究。

三、變頻控制在礦井運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)通常使用PLC和定頻轉(zhuǎn)換的組合，經(jīng)過長時間的探索，繼電器的使用可以大大減少誤差的發(fā)生，同時達(dá)到節(jié)能的目的。同時，PLC編程還可以通過手動和自動速度控制功能優(yōu)化系統(tǒng)，大大提高了運輸系統(tǒng)的靈活性，使操作變得非常容易。此外，可以在傳輸系統(tǒng)中安裝同步開關(guān)，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效控制。MATLAB仿真試驗表明，礦井井下運輸系統(tǒng)具有較高的抗干擾性能以及動靜態(tài)響應(yīng)特性，可以非常有效地滿足生產(chǎn)要求。不難看出，變頻控制技術(shù)的引入可以為運輸系統(tǒng)提供非常明顯的改進(jìn)，這不僅提高了工作效率，而且具有相對較好的影響。

（1）轉(zhuǎn)子回路的速度控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)加速過程中，每個交流接觸器達(dá)到真空狀態(tài)，轉(zhuǎn)子的網(wǎng)絡(luò)電阻降低，以保持加速力的平均穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)低速提升機(jī)的操作，需要在轉(zhuǎn)子中插入相應(yīng)大的電阻。通?？梢詫⒌皖l電源施加到定子繞組以改善延遲部分的負(fù)功率狀態(tài)，這種方法稱為動態(tài)制動。如果提升機(jī)的發(fā)動機(jī)處于工作時間，則解決方案存在以下問題：1接觸控制問題。大容量開關(guān)的使用使得系統(tǒng)的維護(hù)更加困難并降低了操作的可靠性。2開關(guān)步進(jìn)速度問題，系統(tǒng)加速度無法準(zhǔn)確控制，因此速度控制不準(zhǔn)確；3運行效率低，低速運行導(dǎo)致電阻消耗過大，不利于提高能效。4功耗為輸出功率的1/3，機(jī)械性能較弱。速度控制方案具有投資少、易于操作、易于使用等優(yōu)點，并且用于小型礦井運輸系統(tǒng)中。

（2）模糊控制系統(tǒng)。二維輸入可用于控制提升機(jī)的速度。PLC系統(tǒng)的采樣功能確定精確的控制變量，并將相應(yīng)的程序與用戶定義的程序進(jìn)行比較，以獲得諸如誤差信號和錯誤率之類的參數(shù)。將誤差信號的準(zhǔn)確量和誤差率轉(zhuǎn)換為模糊大小，然后通過模糊推理理論得到模糊控制量，實現(xiàn)去模糊化過程。最后，獲得控制信號并通過信號傳輸控制對象。模糊控制系統(tǒng)是非線性控制的一部分，其工作區(qū)域和應(yīng)用領(lǐng)域非常大，應(yīng)用面很大。缺點是應(yīng)用程序的處理信息簡單，精度相對較低。

四、結(jié)論

總之，對于礦山中電氣和機(jī)械頻率控制技術(shù)的應(yīng)用，實際效果通常要求采礦設(shè)備在大型設(shè)備中占主導(dǎo)地位，并且在正常運行中設(shè)備性能要求相對較高，特別是對于電動旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，有效利用這些大型設(shè)備是必要的。對于目前我國的礦井運輸設(shè)備來說，礦山的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對落后，在生產(chǎn)過程中，大型工廠的礦山空間很小，因此必須進(jìn)行設(shè)備的改進(jìn)。根據(jù)實際情況，有效地使用變頻速度控制來控制設(shè)備的操作，目標(biāo)是節(jié)約能源并提高礦山的整體盈利能力。

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