现代矿山电气传动系统及节能技术发展现状

张云明，高燕清

（鹤庆北衙矿业有限公司，云南 大理 671507）

伴随着我国我经济的飞速发展和科学技术的不断进步，电力传动技术已经被应用到了很多现代工业生产工作当中。特别是矿山行业，很多工作步骤都在积极应用电力传动技术，包括提升矿井、通风工作、开采工作等，如图1所示。矿山电力传动系统的优点非常多，全自动化体系能够提升整个工程的效率，加强工程的安全性，进而增加公司的收益。

在整个矿山采集工作当中，皮带机的作用至关重要，直接关系到整个公司的工作效率和实际收益。这种设备的体积较大，是矿山采集工作中不可缺少的设备。工作人员在设计皮带机的长胶带运输时，一定要按照要求设置力矩图和速度图，保证其良好的运行状态[1]。

图1 露天矿山地质结构分布情况

另外，设计工作者要根据露天矿山的实际应用要求，调整皮带机的整个工作状态，使其能够精准进行效应的工作。由此可见，矿山公司想要提高工作的安全性和可靠性，就必须加大研究力度，研发出更完美的高效节能技术，打造和要求的矿山传动电力系统。

1 简要分析矿山电气传动系统研究发展过程

早在上个世纪五六十年代,交流传动的系统已经被应用到了我国矿山大公寓传动系统当中。大家都知道，交流传动的优势有很多，包括操作简便、体积较小、容易维修、节约资金等。但交流传动系统也有很多劣势，像电气调速的功能较差，应用时需要额外的外力制动，在一定程度上会降低工作效率。

到了70年代，矿井建设的范围越来越广，挖掘的深度也逐渐增大，传送所用的皮带逐渐增长，以前所应用的交流传动设施并不符合该阶段的矿山采集要求。正因为那时工作人员掌控交流电机能力较差，所以经常应用直流传动装置，在一定程度上提高大型矿井工作效率矿山地区的大功率直流传动体系就是应用晶闸管变流器-电动机传动方式,该设备的工作运行速度较快、平稳性较强，能够保证视线双向流动模式。

直到后来，德国F.Blaschke提出了交流电机磁场定向(矢量控制)理论，推动了交流电机的发展和进步。伴随着经济的飞速发展和科学技术的不断进步，相关工作者在该理论的基础上不断提升工作水平，积极应用交流传动系统，推动矿山行业的发展和进步[2]。

2 着重分析背靠背中点箝位型拓扑结构下的变频调速系统

就目前矿石行业发展的现状来看，应用矿山大功率传动设备时选择背靠背中点箝位型拓扑结构是最恰当的。在所有功率较大的传动设施当中，其功率变换装置和电机的整体布局要求都非常高。想要在确保其高速运转的基础上，必须应用高性能矢量控制算法，提升工作效率，满足工程建设的实际需要。

2.1 分析转子双馈变频调速系统

目前来讲，矿井中经常会应用“绕线电机转子回路串电阻”调速系统，但工作过程中会出现很多问题。基于这一现状，某公司相关工作者就该问题进行了改造工作，开始应用转子双馈变频调速系统。双三电平转子双馈变频调速系统实际上就是中点箝位三电平拓扑结构的创新型的高效率的变频调速系统，如图2所示。其原理也非常简单，其中的高压电网和电动机定子测是直接连接到一起的，主要是利用功率的变化来进行调控，实现调速的要求。

图2 转子双馈变频调速系统

在矿石工作当中一直会用到大功率调速设施，该设施直接关系到整个工作的正常运行，如果系统出现问题，那么就会导致整个工作处于停滞状态，大大减少公司的实际收益，由此可见，从事矿山开发等工作的公司，必须要重视调控系统的把控问题。而“转子变频双馈调速系统"作用是非常大，矿石类公司可以根据实际情况选用这种调速系统，不但能够最大程度的减少消耗，提高资源能源的使用效率，还能够保证这种系统属于冗余系统，随时都能投入到工作当中。这种备用调速系统，不但可以保证工作的顺利进行，提升工作的整体效率，还能够尽可能的提升公司的收益，推动公司的建设和发展。

2.2 分析电励磁同步机变频调速系统

电励磁同步机变频调控系统和以前的低速直驱直流传动系统比较而言，同步机的效率大大提升，有时能够达到96%以上。而且，交流同步电机的体积比较小，过载能力比较强，既方便运输又方便维修和保护，应用起来比较方便高效。如果是应用一些矿井上的新型设施，工作人员最好要选择低速同步机直驱方案，有效提高工作成效。

另外，和以前应用的变频方式比较而言，背靠背中点箝位型三电平拓扑结构的节能环保效果更高，除了保持其自带优势之外，还能够在一定程度上减少谐波电流，不断降低拖动电机的转矩脉动速度，进而有效解决电机运行期间的发热问题，并把系统运行的噪音压制到最小。主回路拓扑结构是“背靠背”的双三电平交-直-交电路，在网侧应用三电平全控整流结构，不断调整直流侧电压和网侧的功率数值，不断调节中间直流环节的应用模式，建设完整的体系，提升调控电流大小的成效。

2.3 分析鼠笼电机变频调速系统

实际上，矿井作业中需要进行很多爆破工作，所以对周围的环境要求是非常高的。在一些暗立井或者暗斜井中，必须应用一些功率比较小的防爆破变频调速系统。back-to-back双三电平鼠笼电机变频调速系统相对其他系统来说是非常不错的选择。第一，就其整体结构而言，鼠笼电机顾名思义为笼形结构,不但可以防止能够异步电机绕组出现一些危害，还能够有效提升系统的安全性。另外，这种转子结构是完全闭合的结构，产生的噪音相对来说比较小，而且还能够抵抗潮湿环境和过量粉尘，在较差的环境当中也没有什么影响。正因为鼠笼电机的面积比较小，所以消耗的电压功率都非常少，在一定程度上减少了很多成本。

在实际应用这种系统时，以前的传感器在环境较差的煤矿井下进行工作时会出现很多问题，工作运行需要较长传感器接线，所以无形当中存在很多潜在危害。鼠笼电机变频调速系统中的结构属于全闭合型结构，能够有效提升系统运行效率，尽可能的减少系统出现故障的频率。与此同时，这种体系选择的是软硬件双重保护+双PLC冗余控制方式，能够进行自我维护和保护，有效提升整个系统的安全性。

3 概述矿山电气装备信息集成和网络化故障诊断技术的应用方案

3.1 分析矿山电气装备数字化信息集成系统

就社会发展的现状而言，矿山公司在建设过程中，想要跟上时代发展的步伐，就必须要推动电器装备系统朝着信息化，数字化方向发展，这是该行业发展的必然趋势。电气装备信息集成是需要依靠计算机网络技术的，该项工作对整个工艺能力、设备品质和管理方案的要求都非常高。每一个体系当中管理模式都是一样的，由装备层、监管层和信息层组成，负责传输和分享相关的信息，需要利用管理信息体系软件的自我调整功能，将所有信息整合到一起，确保管理信息系统和监管系统完美融合到一起。此类集成过程是将管理和监控体系融合到一起的网络技术，需要利用新时期高端网络信息技术，实现远程操作和监控模式，提升公司运行效率。

3.2 研究矿山电气装备智能故障诊断技术

正因为矿山电气装备越来越复杂，所以对智能故障诊断技术的要求也越来越高，需要其具备超好的反应速度和诊断水平。由此可见，工作人员需要积极应用综合诊断模式，根据实际情况，将所有诊断方法巧妙融合到一起，使整个诊断系统适用于不同的工作环境和工作环节。而且，工作人员必须主动学习诊断技术的相关内容，不断改进检修机器的系统，使机器始终主动更新升级并及时发现解决自身问题，提升自身的综合能力。另外，将非实时诊断转变成实时诊断。实时诊断顾名思义就是设备一直处在一种能够及时发现诊断问题的状态当中，诊断的速率越高，越可以节约系统分析决策问题的时间，使整个机械设备能够在最短的时间内找到问题并解决问题，不断提升工作效率。

4 结语

通过分析不同类型的变频器拓扑结构,重点阐述了特殊应用场合下满足高可靠性、优良动态性能、智能自诊断等技术特征的大功率中高压变频器。此外,根据主余．要研究对象包括鼠笼电机变频调速系统、双馈转子变频调速系统以及电励磁同步电机变频调速系统，基于该三大变频系统着重介绍了双三电平拓扑的变频调速系统。同时分析了中小功率鼠笼电机双三电平变频调速系统在煤矿井下防爆环境应用时的特有优越性,分析了其取代传统矿井提升中直流调速系统和交-交变频调速系统、成为一种最适宜于该领域应用的理想调速系统的成因,并为传统转子串电阻调速系统的改造引入新型的转子双馈变频调速系统进行了分析。最后,对矿山电气装备信息集成与网络化故障诊断技术进行了展望[3,4]。

总而言之，伴随着科学技术的飞速发展，现代矿山电气传动系统应用价值越来越高，具有不可估量的发展前景，相关工作者必须积极探索有效的传动系统，结合新时期对环保的实际要求，打造节能环保技术，推动矿山行业的发展和进步。