论煤矿运输机中的变频调速技术应用

韩福军（阳泉煤业集团一矿，山西阳泉　045000）

论煤矿运输机中的变频调速技术应用

韩福军
（阳泉煤业集团一矿，山西阳泉045000）

摘要：传统运输机工作效率低、耗能大、成本高，因此，对煤矿运输机中的变频调速技术应用进行分析，将变频调速技术应用到煤矿运输机中，降低能源消耗，利用变频调速技术调节电机运转速度，保护机械设备。

关键词：煤矿运输机；变频调速技术；基本原理；应用

变频调速技术是以电机转速和电源频率的正比关系为原理基础，根据二者间的正比关系，改变输入电源频率方式，合理调节电机转速。变频调速技术将微电脑控制技术和电力电子技术结合起来，在煤矿机械设备应用中具有很大的优势，发展前景广阔。

1　变频调速技术原理

变频调速系统主要是由辅助器件、电抗器以及变频器主体等部分构成，通过电机各器件间的配合，来控制电机速度，保护电机。可控硅整流是变频器的主体，逆变器是由多个IGBT功率器构成。经过电容滤波进入到IGBT中，将直流变为电压和频率相等的交流电机，进行供电。

在煤矿提升的过程中，提升机大部分时段都处于负荷不满状态。如果采用交流电阻调试方式来运行，则会降低使用效率，浪费大量的电能资源。[1]变频调速技术的原理是改变交流电机输入电源频率，调节交流电电动机的转速。变频调速技术的运行机理是按照电动机负载转速变化的具体要求，改变供电电流频率，合理调节电压，在不同转速的情况下，电动机都处于高速运行状态。这样能减少电能消耗，改善电动机启动性能，避免负载设备和电动机受到瞬时启动的冲击，延长电动机使用寿命，提高煤矿提升机的工作精确度。调查得出，变频调速技术能节省电能到40%。

2　变频调速技术在煤矿提升机应用中的优势

近几年，随着我国电子技术和自动网络调节技术的快速发展，不断推出各种新型的功率器件，特别是变频调速技术。变频调速技术已经逐渐应用到提升机电控改造领域。变频调速技术的优势是成本较低、系统简单。变频调速具有调速平滑性强、调速范围广、控制精确高、四象限可逆运行、机械特性硬和响应速度快等技术性能，在调速方面，变频调速和直流调速相当。同时，变频调速系统在节约电能资源等方面有巨大优势，比如，采用变频调速技术，能提高系统的能量转换效率，对爬行段转速与电机加速实施严格控制。能提高电机的工作效率，节约电能资源，降低系统运行成本和维护成本，提高系统的可靠性和安全性。

变频调速技术主要有以下优势：

第一，控制精确度高，变频器一般都是采用磁通矢量控制，使交流电机调速性能和直流电机调速性能保持一致，控制精确度高，并具备自动化控制功能；

第二，工作可靠性高，变频器是采用电子器件，使用寿命比较长，具备齐全的保护功能，使用变频器控制提升绞车时，工作可靠性非常高；

第三，维护工作量少，在某种程度上降低了维护人员的工作量和工作难度；

第四，调速范围广，变频调速是无级调速，在低速时，其稳定性较强，在调速的过程中，对钢丝绳冲击力小，提高了钢丝绳的使用寿命；

第五，减少占地空间，变频器取代了磁力站、电控转相器、控制屏以及金属电阻等设备，减少了电控室占地面积。

3　变频调速技术在煤矿运输机中的应用

煤矿运输机系统主要是由机械系统和电气系统构成，其具有载荷重、转速高等特征。在煤矿运输机运行过程中，进行启动制动操作，能增加传送带的动态张力，从而导致传送带易出现打滑的问题。同时，传送带动态张力的增加，使滚筒和传送带表面产生大量摩擦，减少了滚筒和传送带之间的摩擦阻力，增加了滚筒和传送带之间的转速差，降低了传送效率，减低了传送的安全性。

煤矿运输机系统的工作流程如下。

第一，起步阶段，起步阶段所需时间对传送带中静态电阻对滚筒驱动有着重要影响，而静态电阻驱动动滑轮时间决定着起步阶段所需时间。在启动系统时，静阻力消失并转换成动阻力，传动带开始运动。在静阻力转换成动阻力过程中，引起传送带振动，增加了传送带横截面动态张力，降低传送度速度。在启动运输系统时，传送带横截面增加了动态张力，在驱动推动作用下，将其传输到切入点，再返回。

第二，运输阶段。当系统达到额定转速和额定功率时，从表面上看，该阶段的运输处于平稳状态，但实际上是不平稳的。根据工业中采用的交流电性质可知，在启动传送带时，会产生很大的动态张力。传送带具有张性和弹性等特征，如果动态张力过大，则会导致传送带变形，在传送的过程中，传送带各处的动态张力不稳定且不同。因为在启动传送带之前，传送带各段所受的静阻力不同，当传送带启动后，导致传送带各处的动态张力也不同。比如，传送带某段启动运转的前提是传送带两端拉力差大于自身阻力。电机驱动力的变化直接影响着传送带的变化，当电机发生驱动变化时，传送带的表面张力易达到峰值。产生这种现象与传送带所受阻力、传送带材料性质以及传送带长度等因素有关。因此，可以利用变频调速系统，调节因电机驱动带来的阻力变化，降低或者消除传送带启动时产生的动态张力，提高传送带运行时的稳定性，提高煤矿运输系统的安全性[2]。

当煤矿运输系统不稳定运行时，传送带受到电机驱动带来的动态张力影响，也受到速度变化引起的附加张力影响。启动煤矿运输机后，动态张力和附加张力形成叠加，增加了滚筒张力，导致煤矿运输机系统处于不稳定运行状态，严重时可能会损毁部分零部件，影响系统的正常运行。因此，将变频调速技术应用在煤矿运输机系统中，控制电机运转。利用变频调速系统，通过改变输入电源频率来改变电机启动时的运转性质。事先精确计算时间范围，在启动电机时，逐渐增加运行速度。这一过程不会对电网产生任何负荷冲击，且电机启动时比较稳定，产生的阻力较小，能增加机械设备的使用寿命，减少对机械设备的损坏程度，避免经常维修或者更换设备。另外，变频调速系统具有智能调速的功能，对传送带上煤炭总量进行监测，对运输系统实施智能调控。变频调速系统利用监控，分析运输系统实际情况，将运输系统和电机结合起来，分步进行启动，逐渐消除传送带的张力和能量，保证运输系统在启动过程中一直处于平稳状态。这样能够减少或消除传送带的损耗或者其他部件的损耗。根据目前我国煤炭企业的实际发展情况来看，运用变频调速系统，能够减少运输机系统的损耗，提升系统的使用寿命，提高系统的安全性和稳定性。

4　提升机变频调速的改造

针对传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺陷，可以采用变频调速技术，提升运输机系统，对全频率范围内的恒转矩进行严格控制[3]。对

于煤矿提升机而言，可以采取以下方案来改造变频调速：四象限能量回馈变频器、两象限变频器带能耗制动。这两种方案的适用范围是不同的，根据提升机设备类型，对于处于正力提升的双绞简提升机，可以使用两象限变频器，节电率达到15%～20%；对于常常出现负力提升的提升机或者单绞筒，可以使用能量回馈变频器节电率达到30%～35%。煤矿提升机的变频调速方案如图1所示。

图1　煤矿提升机变频调速方案

5　总结

综上所述，变频调速技术具有功率稳定、设备体积小以及调速范围大等优势，能有效地降低能源消耗，提高煤矿运输机的稳定性和可靠性，为企业创造更多的经济效益。将变频调速技术应用到煤矿运输机中，能提高煤矿企业的整体效率，降低运输系统的能源消耗。因此，需要加强对变频调速技术在煤矿运输机中应用的研究。

参考文献：

［1］武志峰.变频调速技术在煤矿运输机中的应用分析［J］.山东煤炭科技，2014，11（10）：111-112.

［2］夏志华，曹丽苹.变频调速技术在煤矿输送机中的应用［J］.煤矿机械，2013，34（4）：235-236.

［3］张生刚.变频器电气制动方式探讨及在煤矿上的应用［J］.山东煤炭科技，2013，11（2）：62-63.

(编辑：向飞)

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

作者简介：韩福军，男，1984年生，山西人，大学本科，助理工程师。研究领域：煤矿机电运输。

收稿日期：2015－05－15

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.08.036

中图分类号：TD5

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 (2015 ) 08－0129－02