浅谈煤矿机电设备变频调控技术的应用

2013-04-17郭有红

机电信息 2013年9期

关键词：皮带机提升机变频

郭有红

（山西省同煤集团公司煤峪口矿机电科，山西大同037041）

0 引言

交流电机变频调控技术的突破性发展可以说是建立在多种技术基础之上的，集合了多种技术的优点，同时又高于这些技术，是伴随着这些技术的迅速发展而逐渐发展起来的一项新技术。可以说这种技术顺应了当今世界节能环保的新要求，在减少电耗方面是一个重大突破。

1 变频调控技术的应用原理

变频调控技术的应用原理实质上是电子技术、计算机技术、自动化控制技术以及大功率输出技术的综合应用，且伴随着这些技术的发展变化不断更新完善，同时变频调控技术的应用原理还涉及微机技术和电机转动技术，集合了不同技术的不同特点，所以说变频调控技术的应用原理不能单谈调控技术。但正是由于集合了这几种技术的不同特点才逐渐形成了变频调控技术的机电一体化，所以说变频调控技术是机电一体化的综合应用实例。

2 变频调控技术在煤矿机电设备中的应用

煤矿行业作为传统型的行业，陈旧的机械技术已经不适应社会的发展需求，所以必须进行机械技术的更新。下面从主通风机、矿井提升机、皮带机及井下绞车4个方面来介绍变频调控技术在煤矿机电设备中的应用情况，具体如下：

2．1 变频调控技术在煤矿主通风设备中的应用

2．1．1 主通风设备的重要性

主通风机械设备是煤矿行业的四大主要设备之一，是煤矿行业中的“呼吸系统”，在煤矿企业生产中的作用非常重要。如果主通风设备运作出现问题，整个作业流程都会停止，所以变频调控技术的应用首先必须从主通风设备入手。对于煤矿行业矿井作业中的主通风机械来说，要承受的是每天不间断的运作转动，就像人的呼吸系统一样，只要煤矿采矿作业在进行，主通风机械就要一直运作，可见主通风机械作用之重要。但另一方面，伴随着煤矿开采以及挖掘的不断深入，煤矿的巷道不断延伸，这种情况下即使风量不变，煤矿矿井下面所需要的风的压力整体上还是要不断增加，这就要求主通风机械的功率也要逐渐增加。所以，煤矿矿井开采过程中会按不同阶段要求使用不同型号的主通风机械，这就在无形之中增加了总成本。如一台主通风机械能满足不同的功率要求，那么整体成本必将有所下降，同时耗能也会减少。

2．1．2 变频调控技术的应用

煤矿中的通风机械使用变频调控技术不仅能够节约电耗，同时在作业过程中还能够根据不同的风量需求进行及时调控，既能满足不同状况的要求，还能节约电耗。这主要是因为变频控制技术的使用已经使得主通风机械不再像以前一样处于满负荷的状态，所以效果十分理想。使用变频控制技术对通风机械进行改造之后，能够实现通风机械的变频软启动，同时还能有效避免启动电流的不必要冲击，这也无形中保护了电网，使其彻底摆脱了以前的启动电流冲击。另外，应用这种技术还能够随时随地进行停止和启动。

在运作过程中，因为主通风机械大部分时间都是在比较低的速度下运行的，这就在很大程度上降低了机械的作业强度以及电气的强大冲击，从而延长了主风机的使用寿命。同时由于改造后避免了很多不必要的冲击，这样还能减少维修的次数和成本。如果煤矿使用旋风机，在使用变频调控后，在运作过程中便要求2台旋风机的频率保持大体一致，这样主要是为了保证机械的转速一致，避免因为转速不一致而形成不必要的风阻，进而影响机械的运行。

2．2 变频调控技术在煤矿提升机中的应用

煤矿企业中的矿井提升机主要作用是进行相关物料及工作人员的输送，是煤矿生产运作中的重要设备。对于提升机的更新调控，传统方法主要是使用电动机在转子电路中接上相应的金属电阻，再用控制器或者是接触器将电阻阻断来实现最终调速，这些主要的控制装置不足之处主要是电阻能耗高以及散热问题比较棘手。使用电阻装置调速属于有机调速，整体的调速范围比较小，精度比较低，最重要的是安全性能比较差，在进行减速的过程中需要进行制动电流的投切或者是低频率电源的投切，这样容易造成设备的不必要损害，同时还会产生过多的电耗。变频控制技术在提升机中的运用能够在很大程度上降低不必要的能耗，提高安全性能和精度，最重要的是能够从根本上解决以前电阻调控中存在的很多问题，实现无级状态下的平稳调速，进而提升整个系统的安全性能，节约不必要的电能消耗，减少维修成本。

2．3 变频调控技术在煤矿皮带机中的应用

皮带机的工作原理和提升机在很大程度上是相同的，二者最主要的不同点就是提升机在进行井下作业的过程中功率明显大于皮带机。皮带机的启动和运行方式为：绕线电机经转子绕组降压启动后工频运行，再经过液力耦合器进行切换，进而切换到皮带机。我们国家多数煤矿中使用的是液力耦合器来实现皮带机的软启动，这种情况下在启动时就要调整液力耦合器的整体效率，将整体的机械效率调整为0，这主要是为了能够使电机进行空载启动。

但是尽管使用了转子串接电阻，能够改善启动过程中的转矩和降压实现空载，但电机在启动过程中电流还是相对比较大的，这样就会引起电网和电压的剧烈变动，严重的话还会造成电气机械内部的不必要冲击和发热等严重现象。另外，使用液力耦合器进行启动的过程中，因为启动时间会很短，加上加载的合力比较大，这就容易引起皮带的断裂和老化，因此对皮带的要求非常高。同时，长时间的作业还会使内部温度升高以及功率大幅度波动等现象发生。

下面我们重点介绍一下变频控制技术在皮带机中的应用。皮带机在经过变频调控技术的深入改造之后能彻底实现机械的软启动以及软停运，能够使得机械的整体作业性能更加稳定。整个系统在使用了变频调控技术进行调控之后功率因数能够达到90%以上，节省了大量的无功功率，同时在使用了这种变频调控技术调节之后，系统整体的总输送功率能够比液力耦合器的总驱动功率高出10%左右。改造之后的系统还能够根据不同的情况对不同负荷工况下的系统进行调控，主要是调节输出和输入的频率变动，这改变了以前电机机械恒速运行的模式，很大程度上能够节约电能。

2．4 变频调控技术在煤矿矿井绞车中的应用

变频调控技术在矿井绞车中的应用涉及电控系统和保护系统2个方面，使用变频调控技术改进就要保证输出的电源是660 V、50 Hz，因为这种情况下电压允许的整体波动范围是－10%～10%，允许的频率波动范围是－2．5%～2．5%，同时还有其他数据的变化和自动转矩提升功能。这些数据的变化完全能够保证绞车在100%情况下的定转矩，同时还有过压、欠压、过流以及断相等多重保护。