現(xiàn)代礦山電氣傳動系統(tǒng)及節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

張云明，高燕清

（鶴慶北衙礦業(yè)有限公司，云南 大理 671507）

伴隨著我國我經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學技術(shù)的不斷進步，電力傳動技術(shù)已經(jīng)被應用到了很多現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)工作當中。特別是礦山行業(yè)，很多工作步驟都在積極應用電力傳動技術(shù)，包括提升礦井、通風工作、開采工作等，如圖1所示。礦山電力傳動系統(tǒng)的優(yōu)點非常多，全自動化體系能夠提升整個工程的效率，加強工程的安全性，進而增加公司的收益。

在整個礦山采集工作當中，皮帶機的作用至關重要，直接關系到整個公司的工作效率和實際收益。這種設備的體積較大，是礦山采集工作中不可缺少的設備。工作人員在設計皮帶機的長膠帶運輸時，一定要按照要求設置力矩圖和速度圖，保證其良好的運行狀態(tài)[1]。

圖1 露天礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布情況

另外，設計工作者要根據(jù)露天礦山的實際應用要求，調(diào)整皮帶機的整個工作狀態(tài)，使其能夠精準進行效應的工作。由此可見，礦山公司想要提高工作的安全性和可靠性，就必須加大研究力度，研發(fā)出更完美的高效節(jié)能技術(shù)，打造和要求的礦山傳動電力系統(tǒng)。

1 簡要分析礦山電氣傳動系統(tǒng)研究發(fā)展過程

早在上個世紀五六十年代,交流傳動的系統(tǒng)已經(jīng)被應用到了我國礦山大公寓傳動系統(tǒng)當中。大家都知道，交流傳動的優(yōu)勢有很多，包括操作簡便、體積較小、容易維修、節(jié)約資金等。但交流傳動系統(tǒng)也有很多劣勢，像電氣調(diào)速的功能較差，應用時需要額外的外力制動，在一定程度上會降低工作效率。

到了70年代，礦井建設的范圍越來越廣，挖掘的深度也逐漸增大，傳送所用的皮帶逐漸增長，以前所應用的交流傳動設施并不符合該階段的礦山采集要求。正因為那時工作人員掌控交流電機能力較差，所以經(jīng)常應用直流傳動裝置，在一定程度上提高大型礦井工作效率礦山地區(qū)的大功率直流傳動體系就是應用晶閘管變流器-電動機傳動方式,該設備的工作運行速度較快、平穩(wěn)性較強，能夠保證視線雙向流動模式。

直到后來，德國F.Blaschke提出了交流電機磁場定向(矢量控制)理論，推動了交流電機的發(fā)展和進步。伴隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學技術(shù)的不斷進步，相關工作者在該理論的基礎上不斷提升工作水平，積極應用交流傳動系統(tǒng)，推動礦山行業(yè)的發(fā)展和進步[2]。

2 著重分析背靠背中點箝位型拓撲結(jié)構(gòu)下的變頻調(diào)速系統(tǒng)

就目前礦石行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀來看，應用礦山大功率傳動設備時選擇背靠背中點箝位型拓撲結(jié)構(gòu)是最恰當?shù)摹Ｔ谒泄β瘦^大的傳動設施當中，其功率變換裝置和電機的整體布局要求都非常高。想要在確保其高速運轉(zhuǎn)的基礎上，必須應用高性能矢量控制算法，提升工作效率，滿足工程建設的實際需要。

2.1 分析轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)

目前來講，礦井中經(jīng)常會應用“繞線電機轉(zhuǎn)子回路串電阻”調(diào)速系統(tǒng)，但工作過程中會出現(xiàn)很多問題?；谶@一現(xiàn)狀，某公司相關工作者就該問題進行了改造工作，開始應用轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)。雙三電平轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)實際上就是中點箝位三電平拓撲結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型的高效率的變頻調(diào)速系統(tǒng)，如圖2所示。其原理也非常簡單，其中的高壓電網(wǎng)和電動機定子測是直接連接到一起的，主要是利用功率的變化來進行調(diào)控，實現(xiàn)調(diào)速的要求。

圖2 轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)

在礦石工作當中一直會用到大功率調(diào)速設施，該設施直接關系到整個工作的正常運行，如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題，那么就會導致整個工作處于停滯狀態(tài)，大大減少公司的實際收益，由此可見，從事礦山開發(fā)等工作的公司，必須要重視調(diào)控系統(tǒng)的把控問題。而“轉(zhuǎn)子變頻雙饋調(diào)速系統(tǒng)"作用是非常大，礦石類公司可以根據(jù)實際情況選用這種調(diào)速系統(tǒng)，不但能夠最大程度的減少消耗，提高資源能源的使用效率，還能夠保證這種系統(tǒng)屬于冗余系統(tǒng)，隨時都能投入到工作當中。這種備用調(diào)速系統(tǒng)，不但可以保證工作的順利進行，提升工作的整體效率，還能夠盡可能的提升公司的收益，推動公司的建設和發(fā)展。

2.2 分析電勵磁同步機變頻調(diào)速系統(tǒng)

電勵磁同步機變頻調(diào)控系統(tǒng)和以前的低速直驅(qū)直流傳動系統(tǒng)比較而言，同步機的效率大大提升，有時能夠達到96%以上。而且，交流同步電機的體積比較小，過載能力比較強，既方便運輸又方便維修和保護，應用起來比較方便高效。如果是應用一些礦井上的新型設施，工作人員最好要選擇低速同步機直驅(qū)方案，有效提高工作成效。

另外，和以前應用的變頻方式比較而言，背靠背中點箝位型三電平拓撲結(jié)構(gòu)的節(jié)能環(huán)保效果更高，除了保持其自帶優(yōu)勢之外，還能夠在一定程度上減少諧波電流，不斷降低拖動電機的轉(zhuǎn)矩脈動速度，進而有效解決電機運行期間的發(fā)熱問題，并把系統(tǒng)運行的噪音壓制到最小。主回路拓撲結(jié)構(gòu)是“背靠背”的雙三電平交-直-交電路，在網(wǎng)側(cè)應用三電平全控整流結(jié)構(gòu)，不斷調(diào)整直流側(cè)電壓和網(wǎng)側(cè)的功率數(shù)值，不斷調(diào)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)的應用模式，建設完整的體系，提升調(diào)控電流大小的成效。

2.3 分析鼠籠電機變頻調(diào)速系統(tǒng)

實際上，礦井作業(yè)中需要進行很多爆破工作，所以對周圍的環(huán)境要求是非常高的。在一些暗立井或者暗斜井中，必須應用一些功率比較小的防爆破變頻調(diào)速系統(tǒng)。back-to-back雙三電平鼠籠電機變頻調(diào)速系統(tǒng)相對其他系統(tǒng)來說是非常不錯的選擇。第一，就其整體結(jié)構(gòu)而言，鼠籠電機顧名思義為籠形結(jié)構(gòu),不但可以防止能夠異步電機繞組出現(xiàn)一些危害，還能夠有效提升系統(tǒng)的安全性。另外，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是完全閉合的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的噪音相對來說比較小，而且還能夠抵抗潮濕環(huán)境和過量粉塵，在較差的環(huán)境當中也沒有什么影響。正因為鼠籠電機的面積比較小，所以消耗的電壓功率都非常少，在一定程度上減少了很多成本。

在實際應用這種系統(tǒng)時，以前的傳感器在環(huán)境較差的煤礦井下進行工作時會出現(xiàn)很多問題，工作運行需要較長傳感器接線，所以無形當中存在很多潛在危害。鼠籠電機變頻調(diào)速系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)屬于全閉合型結(jié)構(gòu)，能夠有效提升系統(tǒng)運行效率，盡可能的減少系統(tǒng)出現(xiàn)故障的頻率。與此同時，這種體系選擇的是軟硬件雙重保護+雙PLC冗余控制方式，能夠進行自我維護和保護，有效提升整個系統(tǒng)的安全性。

3 概述礦山電氣裝備信息集成和網(wǎng)絡化故障診斷技術(shù)的應用方案

3.1 分析礦山電氣裝備數(shù)字化信息集成系統(tǒng)

就社會發(fā)展的現(xiàn)狀而言，礦山公司在建設過程中，想要跟上時代發(fā)展的步伐，就必須要推動電器裝備系統(tǒng)朝著信息化，數(shù)字化方向發(fā)展，這是該行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。電氣裝備信息集成是需要依靠計算機網(wǎng)絡技術(shù)的，該項工作對整個工藝能力、設備品質(zhì)和管理方案的要求都非常高。每一個體系當中管理模式都是一樣的，由裝備層、監(jiān)管層和信息層組成，負責傳輸和分享相關的信息，需要利用管理信息體系軟件的自我調(diào)整功能，將所有信息整合到一起，確保管理信息系統(tǒng)和監(jiān)管系統(tǒng)完美融合到一起。此類集成過程是將管理和監(jiān)控體系融合到一起的網(wǎng)絡技術(shù)，需要利用新時期高端網(wǎng)絡信息技術(shù)，實現(xiàn)遠程操作和監(jiān)控模式，提升公司運行效率。

3.2 研究礦山電氣裝備智能故障診斷技術(shù)

正因為礦山電氣裝備越來越復雜，所以對智能故障診斷技術(shù)的要求也越來越高，需要其具備超好的反應速度和診斷水平。由此可見，工作人員需要積極應用綜合診斷模式，根據(jù)實際情況，將所有診斷方法巧妙融合到一起，使整個診斷系統(tǒng)適用于不同的工作環(huán)境和工作環(huán)節(jié)。而且，工作人員必須主動學習診斷技術(shù)的相關內(nèi)容，不斷改進檢修機器的系統(tǒng)，使機器始終主動更新升級并及時發(fā)現(xiàn)解決自身問題，提升自身的綜合能力。另外，將非實時診斷轉(zhuǎn)變成實時診斷。實時診斷顧名思義就是設備一直處在一種能夠及時發(fā)現(xiàn)診斷問題的狀態(tài)當中，診斷的速率越高，越可以節(jié)約系統(tǒng)分析決策問題的時間，使整個機械設備能夠在最短的時間內(nèi)找到問題并解決問題，不斷提升工作效率。

4 結(jié)語

通過分析不同類型的變頻器拓撲結(jié)構(gòu),重點闡述了特殊應用場合下滿足高可靠性、優(yōu)良動態(tài)性能、智能自診斷等技術(shù)特征的大功率中高壓變頻器。此外,根據(jù)主余．要研究對象包括鼠籠電機變頻調(diào)速系統(tǒng)、雙饋轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)以及電勵磁同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)，基于該三大變頻系統(tǒng)著重介紹了雙三電平拓撲的變頻調(diào)速系統(tǒng)。同時分析了中小功率鼠籠電機雙三電平變頻調(diào)速系統(tǒng)在煤礦井下防爆環(huán)境應用時的特有優(yōu)越性,分析了其取代傳統(tǒng)礦井提升中直流調(diào)速系統(tǒng)和交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)、成為一種最適宜于該領域應用的理想調(diào)速系統(tǒng)的成因,并為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的改造引入新型的轉(zhuǎn)子雙饋變頻調(diào)速系統(tǒng)進行了分析。最后,對礦山電氣裝備信息集成與網(wǎng)絡化故障診斷技術(shù)進行了展望[3,4]。

總而言之，伴隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代礦山電氣傳動系統(tǒng)應用價值越來越高，具有不可估量的發(fā)展前景，相關工作者必須積極探索有效的傳動系統(tǒng)，結(jié)合新時期對環(huán)保的實際要求，打造節(jié)能環(huán)保技術(shù)，推動礦山行業(yè)的發(fā)展和進步。