随着电力电子技术的不断发展和世界能源紧缺客观因素的影响,变频节能技术得到了各国的高度重视,在我国,构建节约型社会的号角极大推动了变频节能技术在矿山、机械、电力等众多行业的推广。就煤炭企业而言,矿井各个生产系统的用电占到矿井(露天矿)企业用电量的70%-90%,具体来说,在未采用变频节能措施前,水泵、风机等流体负载,平均运转效率只有20%—50%,对矿井提升机、空压机、采掘运等动力负荷变化较大的机电设备在启动、加减速、制动和设备维护等方面的浪费也是非常巨大。明显的节能效果和优越的调节性能使变频节能技术在我国矿山中的应用越来越广泛,技术也越来越成熟。
一、变频技术的发展情况及原理
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(U/o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。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节的。
二、变频技术在我国煤矿机电设备中应用分析
(一)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 x 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MG丁Y300/730,!,1D电牵引采煤机使用了回馈制动的四象限变频器,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。
(二)在提升机中的应用
在提升机的应用上,例如,新柏煤矿公司选用交流四象限变频调速系统。这是西北矿区首家选用交流四象限变频调速技术的企业,系统采用无速度传感器矢量控制方式,四象限运行,设有过压、欠压、过流、电机缺相等保护。风光提升机变频器作为提升机专用变频器已有数百台应用于各大矿山,系统实现全数字化控制,设计有专门的控制软件。同时具有很高的兼容性,提供了完善的输入输出接口电路,能够实现远程控制。
(三)在胶带输送机和电铲中的应用
兴隆庄煤矿西上山胶带输送机采用四象限变频调速技术后。解决了采用液力耦合器装置时下行运输皮带机在启动、运行、制动中形成的电机失控。变频器随时将电机产生的负力回馈到电网中。减少发热损耗。解决了机械系统及电气系统的冲击问题,延长了设备的使用寿命。电铲(挖掘机)是露天矿山用于装载矿、岩石的大型设备,其工作条件非常恶劣,特另U是在爆破不好的情况下挖根底作业,经常出现过大的冲击载荷。甚至堵转。上世纪90年代后期。我国有个别矿山从美国B--E公司引进了变频器一鼠笼型电动机系统,系统的机械特性曲线的包络面积大,四象限运行,能快速地进行加、减速、反转和制动。
(四)变频技术在流体负荷设备中的应用
1、风机中变频调速的应用
变频器在我国煤矿风机节能改造和新上项目中得到越来越多的应用,同时出现了为煤矿特殊环境专门设计的变频调速装置。据文献介绍“杨村矿南风井在风机改造中,将原来JRQ,1510,]0型高压绕阻式电机换为JSl57,!o型低压鼠笼式电动机。用一台变频器控制两台电机。改造后,实际转速较改进前最低转速下降了7r/rain。电机实际输出功率为改进前前导器半关闭时的]/3风量和风压更加适合矿井特性,每年可节约电费约56万元。实现了载波频率调-整(2 50m)功能、风电和瓦斯闭锁功能、过流短路保护功能、超温断电功能及远程和实地控制功能。其性能达到防爆标准,为我国矿山巷道掘进的节能提供了有效手段。
2、泵中采用变频调速的应用
变频调速在矿区给水、给液用泵中应用灵活,明显降低了设备的机械冲击。增加了工艺系统控制的灵活性,提高了产品质量。中国矿业大学利用变频器和PLC控制器,设计了一套煤矿井下排水泵站的监控系统,该系统中变频器灵活的控制抽水泵的平滑起停、适时加减速,保证了井下液位的恒定,降低了泵空转时间和频繁起停带来的大量能耗,机械设备的损耗也相应降低,PLC控制器的加入。对变频器的自动控制更加智能与灵活,保证了生产的安全高效运行。
