变频技术的使用原理及在煤矿机电设备中的应用

2012-08-02梁碧碧

河南建材 2012年2期

梁碧碧

晋城煤业集团发展与建设局（048000）

近年来,国内煤炭行业展现了良好的发展趋势，各类新工艺、新技术、新设备、新手段得到了广泛的应用,特别是在煤矿机电设备的升级与改造中，变频技术的应用具有重要的意义。与传统的煤炭机电设备相比，应用变频技术的新型煤炭机电设备具有高效、节能、安全的优势，对于提高煤矿企业的经济效益与社会效益具有积极的作用。

1 变频技术的使用原理与发展情况

变频技术主要是指通过改变交流电频率的方式，实现对于交流电的自动化控制，是一种现代化的无附加转差损耗调速方式。在变频技术的使用中，根据机电设备的负载变化情况，实现其自身功能的变化，从而有效提升电机的运行效率。进入21世纪以来，国内外在变频技术使用原理方面的研究取得了较多的成果，其发展情况主要表现在以下几个方面:

1）在机电设备的功率器件方面,经过了GTR与IGBT的更替，逐步发展为先进的智能功率模块。

2）在机电设备的控制理论方面，压频比控制方式的应用日趋广泛，而且进行大幅的技术改造，转矩直接控制、矢量控制等方式变频器中也得到了普遍的应用，人工神经网络、模糊自优化控制等新型控制方式成为主流研发方向。

3）机电设备调速系统的集成程度不断提高，先后经历了单片机、数字信号处理器、精简指令集计算机、高级专用集成电路的发展历程，有效提高了调速系统的运行效率。

4）在机电设备的功能方面，变频器的自动化、综合化程度明显提升,不但具有基本的调速功能，而且内置参数辨识、可编程序、通信等新功能。

2 变频技术在煤矿机电设备中的应用

随着我国社会经济的高速发展，对于煤炭资源的需求量逐年递增，客观要求煤炭行业更加注重生产效率与质量的提升。近年来，国内各地区频繁出现煤矿安全事故，其引发因素是多方面的，其中机电设备控制系统安全系数较差是不容忽视的原因之一。因此，在煤矿机电设备中，合理应用变频技术是十分必要的。

2.1 在煤矿采煤机中的应用

采煤机是煤矿生产的主要机电设备之一，通常需要在较为恶劣的环境中运行，例如：矿井中的湿度较高、粉尘较大，对于采煤机的运行会产生一定的影响。目前，国内在采煤机中应用的变频技术以能量回馈型四象限运行的交流变频调速器为主，该技术处于国际领先水平。应用变频技术的采煤机具有功率大、电压稳定的特点，可以实现采煤机在额定转速下的恒定转矩调速。

2.2 在矿井提升机中的应用

目前,国内生产的矿井提升机中，变频技术的应用以PLC控制系统、高压变频调速控制系统为主:1）矿井提升机的电气控制系统已经基本实现PLC控制，强化了其提升全过程的速度控制、位置控制与动态画面监视，绞车系统的保护功能也符合电磁兼容性的基本技术要求。2）在矿井提升机的高压变频调速控制系统设计中，通常采用单元串联多电平的能量回馈型四象限高压变频控制系统，其不但有利于提高低压控制电路与高压主电路之间的通讯能力,而且增强了系统的安全性与抗干扰能力。

2.3 在水泵中的应用

在煤矿生产过程中，根据煤矿开采工作的实际需要,水流量需要长期处于变工况的运行状态，而在水泵流量的调节时，一般是通过机械调节阀门的开度实现，但是水泵电机长期处于运行状态，会严重影响水泵运行的经济性。因此，国内普遍采用变频技术进行煤矿水泵的节能改造,在相同的排水量下，水平的电机功率、电流都会明显下降，功率因数则明显提高，并且延长了水泵的使用寿命，减少了水泵的维护量和成本。

2.4 在煤矿通风机中的应用

通风机在煤矿生产中的作用是不容忽视的，特别是在大中型煤矿中,通风机一般需要全天运转，如果不能采取必要的技术改造措施，有可能造成严重的电能浪费现象。应用变频技术进行煤矿通风机的改造后,通过软启动的方式避免了较大电流的冲击，控制程序的自动化设定则实现了通风机的随时启动与停止。另外，在煤矿通风机中应用变频技术可以降低其工作过程的机械强度与电气冲击，明显延长设备的使用寿命。

2.5 在井下绞车电控系统中的应用

在煤矿机电设备的电控系统、保护系统中,采用变频调速技术时输入电源为660 V、50 Hz,电压的允许波动范围为-15%～+10%,允许频率的波动范围为±2.5%，输出功率为200kW，输出频率在0～50Hz之间连续可调。应用变频技术后，井下绞车电控系统的过载能力将明显增强,负载变化在-120% ～+120%额定负载时，可以满足四象限的运行要求。在井下绞车低频运转时，应用变频技术具有提升自动转矩的功能，可以保证100%额定转矩。同时，在井下绞车电控系统中，应用变频技术具有欠压、过压、断相、过流及功率元件过热等保护功能。