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变频节能技术在我矿机电设备中的运用


浅谈变频节能技术在煤 浅谈变频节能技术在煤矿机电 变频节能技术在 设备中的应用
摘要: 摘要:变频技术具有良好的节能效果和平缓的机械调节功能,在我国矿山机电设 备中得到了越来越广泛的应用。本文简单介绍了变烦技术的发展情况,并通过变 频器在机械动力负荷设备中的应用实例, 介绍了变频技术在我矿机电设备中的局 部应用与展望。 关键词: 变频 煤矿机电 应用 关键词: 变频节能

技术在机电设备中的应用得到了各国高度重视。就煤炭企业而言, 矿井生产系统的用电占到矿井企业用电量的 70%~90%。显箸的节能效果和优 越的调节性能使变频节能技术在矿山中的应用越来越广泛,技术也越来越成熟。 变频技术在我矿采煤机牵引控制上使用,使原煤日产最高达到 4500-5000t/ 小班;在二水平改造轨道绞车提升中每小班提升车数达到 95-105 车。在这些机 电设备中的运用,取得了很好的效果,并逐步进入我矿通风、运输及机电设备中 的运用和普及。 1 变频技术的发展情况 随着电力电子技术和控制理论的进步, 变频技术在理论和应用方面取得了较 快的发展。在功率器件方面,经过厂 GTR、IGBT 的更替,并进一步发展为智能功 率模块(IPM),在控制理沦方面,压频比(Ul/f)控制方式得到很大改进,矢量控 制和转矩直接控制方式在实际变频器中广泛麻用, 模糊自优化控制、人工神经 网络等控制方法成为新技术的研发方向;调速系统的集成度越来越高。从单片机 开始,先后产牛了数字信号处理器(DPs),精简指令集计算机(RISC),出现的高 级专用集成电路(AsIC),在功能方面,变频器的综合化越来越高,除了能完成基 本的调速功能外,具有内置的可编程序、参数辨识及通信等功能。 2 变频调速原理 利用电力半导体器件的通断作用把电压和频率固定不变的工频交流电变换 为电压或频率可变的交流电的电能控制装置称作“变频器” 。变频调速就是通过 改变电动机电源频率实现速度调爷的。变频器主要采用交一直一交方式,先把丁 频交流电源通过整流器转换戍直流电源,然后再把直流电源转换成频率,电压均 可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆

变和控制 4 个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整漉器,逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器,且输出为 PWM(脉冲宽度凋制)波形,中间直流环节为滤波、直 流储能和缓冲无功功率。PwM 控制技术一直是变频技术的核心技术之一。 3 在采煤机中的应用 目前,采煤机变频调速系统已从“一拖二”发展到“一拖一” ,我国能量回 馈型四象限运行的交流变颈调速采煤技术处于世界领先水平, 国产电牵引采煤机 行走功率最大 2×110KW,变频器电压 380V,能够实现额定转速下恒定转矩调速, 额定转速以上恒定功率调速及两台变频器之间的主从控制和转矩平衡。 太原矿山 机器集团生产的 MGTY300/730 一 1.1D 电牵引采煤机使用了回馈制动的四象限 变频器,在一些大型矿井进行了应用,倾角为 12。~18。 ,局部达到 25。~30。 , 从现场运行情况来看, 四象限变频器调速电牵引采煤机对大倾角工作面能较大范 围内调节制动力矩,维持牵引速度基本不变,机器没有发生下滑跑车的现象,结 构简单、控制灵活.操作方便、速度调节可靠。 变频技术我矿采煤机中(局部) 3.1 变频技术我矿采煤机中(局部)的控制 综合机械化采煤机都是采用纵摆液压牵引采煤机, 依据我矿井下的实际工作 情况,液压腔在工作面难拆卸检修,液压油容易脏并造成原件损坏,使液压牵引 采煤机速度低,并且在液压牵引的基础上很难制造大功率的采煤机。而采煤机又 是综合机械化采煤工作面的主要设备, 采煤机故障能否及时的排除关系到生产量 能否完成。液压牵引部件结构复杂,故障不易排除。在采煤机上采用变频调速技 术提高了采煤机生产的自动化控制功能,提高了控制精度,达到精确控制速度。 3.1.1 采煤机的操作控制 采煤机启动和停机,借用动力电缆一根控制芯线,使采煤机的控制同路与磁 力启动器先导回路相接,组成远地榨制同路。采煤机送电后左截割电机和泵电机 运行、牵引变压器得电输出 400V 交流电供给交流变频调速电控装置。经过顺槽 磁力启动器延时 5~7 秒后,右截割电机运行。停机有五处:分别为左右端头站 的总停、左右遥控器的总停、变频器箱盖板上的总停按钮 lS2。在启动 l 口 J 路 里串进了两截割电机和泵电机的温度接点。 瓦斯接点接进 PLC 中与其它故障一起 通过自保接点接进启动怛|路里。无论哪台电机的温度超限或瓦斯浓度超限,均 可通过这些接点断开启动回路。从而切断采煤机的电源。

3.1.2 采煤机的牵引控制 交流电牵引采煤机牵引机构由左、右牵引部和左、右行走箱组成,位于机身 的左右两端,是采煤机行走的动力传动机构。左,右暇个牵引部内各有一台用于 采煤机牵引的交流牵引电动机。 牵引电机的供电拖动由两台交流变频调速电控装 置提供,通过变频器改变供电电压,频率,从而改变牵电机的转速,即改变采煤 机的牵引速度。两台变频器分为主、从变频器。主变频器设置为速度给定,从变 频器设置为转矩给定。主变频器由 PLc 给出速度给定,从变频器以主变频器的转 矩输出作为其转矩给定。即主变频器由速度和转矩环控制,从变频器仅由转矩环 控制。从变频器跟随丰变频器动作。 4 提升机变频调速系统在我矿采区轨道下山的应用 交—直—交变频调速系统已在泵类、风机类负载上得到广泛应用,并且正在 大面积推广。但大多数矿用提升机、采煤机还在沿用传统的线绕式异步电动机, 用转子串电阻的方法调速。这种系统属于有级调速,低速转矩小,转差功率大, 启动电流和换档电流冲击大,中高速运行振动大,制动不安全不可靠,对再生能 量处理不力,斜井提升机运行中调速不连续,容易掉道,故障率高。矿用生产是 24 小时连续作业,即使短时间的停机维修也会给生产带来很大损失。矿用提升 机、采煤机的技术改造要求迫在眉睫。但是,不可能把风机、水泵用的变频器直 接应用到提升机上, 因为提升类负载和采煤机类的负荷对变频器有着不少特殊的 要求。 鉴于提升绞车和采煤机的特殊性, 我矿引进唐山开诚电器有限责任公司生产 的 QJR 系列防爆变频器(矿山提升机变频调速系统)对矿用提升机和采煤机的安 全运行及节能改造确实起到了决定的作用,在我矿 22 度斜坡应用效果较好。 4.1.1 提升机工作过程 提升机经过变频调速改造后,系统的工作过程阿盛大的变化。操纵杆控制电 机正三挡速度,反转三段速度。不管电机正转还是反转,都是从矿井中将煤拖到 地面上来,电机工作在正转和反转电动状态,只有在满载拖车快接近井口时,需 要减速并制动。 4.1.2 QJR 系列防爆变频器使用该系统的优点 ⑴ 实现了软启动、软停车,减少了机械冲击,使运行更加平稳可靠。

⑵ 起动 及加速换挡时冲击电流很小,减轻了对电网的冲击,简化了操作、 降低了工人的劳动强度。 ⑶ 运行速度曲线成 S 形,使加减速平滑、无撞击感。 ⑷ 安全保护功能齐全,除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外, 还设有连锁保护、自动限速保护功能等。 ⑸设有直流制动、能耗制动、及回馈制动等多种制动方式,使安全性更加可 靠。 ⑹该系统四象限运行,回馈能量直接回电网,且不受回馈能量大小的限制, 适应范围广,节能效果更加明显。 4.1.3 现场应用情况及运行效果 绕线式电机转子串电阻调速,电阻上消耗大量的转差功率,速度越低,消耗 的转差功率越大。使用变频调速,是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大 部分时间都处在电动状态,节能十分显著,经测算节能 30%以上、取得了很好的 经济效益。另外,提升机变频调速后,系统运行的稳定性和安全性得到大大的提 高,减少了运行故障和停工工时,节省了人力和物力,提高了运煤能力,间接的 经济效益也很可观。 从 2007 年 12 月至今,我矿提升机使用变频器和 2008 年 2 月采煤机使用变 频器后节能效果明显,节电率都在 30%以上。同时绞车、采煤机运行的稳定性 和安全性都大大增加,运行速度比没有使用的变频器的提升机快 1/3。因此,大 大减少了因采煤机、提升机速度慢影响生产和运行故障以及维修时间,从而产量 也得到了提高。 5 变频技术在我矿机电设备的应用展望 变频技术在我矿机电设备中应用越来越多,但应用还不普及,变频技术在 我矿机电设备中还有很大的发展空间。 (1)推广面较广,矿山中大小机电设备种类繁多,能解决好变频器与这些设 备的匹配问题,就能得到更广泛的推广。 (2)变频调速装置是有效的节能新型产品,目前,世界诸多国家也均已指定 流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式。 采用变频调速装置具有很多 节能空间,我矿地面主扇通风机的供风量较为恒定,当需要改变风量时,是通过

调整风机叶片角度来实现的,但电机仍在工频下高速运转,造成能源严重浪费。 对于目前我矿主扇通风机的实际工况,经过认真分析,制定和设计了对风机电控 系统进行变频节能改造的方案。届时,根据矿井的实际需要即时调整风量,方便 快捷,操作方便,变频器本身就可以实现反风工作,提高和缩短矿井反风时所需 的时间,风机容易起动,起动时对电网的冲击小保护电网。预计在我矿瓦斯示范 矿井建设中作为重点改造项目实施。 (3)需求量很大,在机电设备的改造中必然需要大量的变频器,会极大推动 变频技术在我矿的应用。如在采煤机的操作控制、电磁阔控制及运输机控制均可 通过变频技术来控制。 (4)多功能、网络化的更新。电子技术日新月异,机电设备改造过程中对变 频器的使用和控制也会呈现多功能的趋势, 对变频器的控制也会成为我矿网络化 管理中的一个重要环节。

参考文献 【11 李良仁.变频调速技术与应用【M1.电子工业出版社,2004. 【2】韩安容.通用变频器及其应用【M1.北京:机械工业出版社,2000.


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