變頻技術(shù)在現(xiàn)代煤礦機(jī)電中的應(yīng)用

曹宏偉

摘要：變頻技術(shù)在現(xiàn)代化煤礦機(jī)電設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，對(duì)于機(jī)電設(shè)備的節(jié)能化改造起到了重要的作用。文章就變頻技術(shù)的發(fā)展以及在現(xiàn)代煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；現(xiàn)代煤礦；煤礦機(jī)電設(shè)備；節(jié)能改造；電動(dòng)機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD63 文章編號(hào)：1009-2374（2015）10-0067-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0887

變頻技術(shù)的核心內(nèi)容是將電動(dòng)機(jī)的輸入電流頻率進(jìn)行改變，從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)輸出功率的目的，以此來適應(yīng)電動(dòng)機(jī)外部負(fù)載變化的需求，避免過力輸出或者輸出不足帶來的不穩(wěn)定工況，提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率。

1 變頻技術(shù)的發(fā)展

隨著工業(yè)智能化的進(jìn)一步發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制向著高頻化和控制精確化的方向發(fā)展，而目前市場(chǎng)上已有最高變頻3000kHz的變頻器，對(duì)同樣的二極異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，最高可達(dá)18000r/min，在不增加機(jī)械增速裝置的前提下，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

變頻技術(shù)的主要應(yīng)用對(duì)象是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的各種設(shè)備，在煤礦機(jī)電設(shè)備中主要包括風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、壓縮機(jī)系統(tǒng)、采煤機(jī)系統(tǒng)、煤炭輸送系統(tǒng)、各類泵等。

2.1 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)

圖1 Harvest-A06-120型變頻器外部接口系統(tǒng)

以某礦井主通風(fēng)機(jī)的變頻改造為例，在改造之前，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)裕量過大，即使通過調(diào)節(jié)葉片或者改變管網(wǎng)特性依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所需風(fēng)量。利用變頻器Harvest-A06/120進(jìn)行改造，主要參數(shù)為：輸入頻率為45～55Hz，額定輸入電壓6000V±10%，輸出頻率范圍0.5～120Hz，其外部控制系統(tǒng)及接口如圖1。在利用電壓源型串聯(lián)多電平脈寬調(diào)制高壓變頻器進(jìn)行改造后，風(fēng)機(jī)效率由45%提高到78%以上，年均用電量減少920000kWh，同時(shí)該礦井風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，大大降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及對(duì)設(shè)備的損壞，降低了人工成本。

2.2 空壓機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)

變頻技術(shù)對(duì)于空壓機(jī)啟動(dòng)方式的變革具有重要的意義。傳統(tǒng)的直接啟動(dòng)方式在啟動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生較大電流，不利于設(shè)備的正常使用壽命的保持。采用變頻技術(shù)可以降低瞬時(shí)大電流對(duì)于設(shè)備的危害，延長(zhǎng)使用壽命。

空壓機(jī)中壓風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)一般采用的是壓力閉環(huán)控制的變頻系統(tǒng)，主要利用系統(tǒng)壓力檢測(cè)來對(duì)空壓機(jī)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部壓力發(fā)生變化時(shí)，變頻系統(tǒng)會(huì)根據(jù)反饋的壓力數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，最終保持系統(tǒng)內(nèi)部壓力的恒定。采用此種方式進(jìn)行壓風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，與傳統(tǒng)方式相比，響應(yīng)速度更快，同時(shí)能夠更加精確地控制風(fēng)力，保持壓風(fēng)系統(tǒng)較高的可靠性。以唐山礦業(yè)某井空壓機(jī)變頻改造為例，對(duì)泵房進(jìn)行變頻改造，采用三套ACS800變頻控制柜，利用一臺(tái)PLC集控柜進(jìn)行控制。其主要參數(shù)為：三相輸入電壓U3in=（380～415）V±10%，U5in=（380～500）V±10%，輸出頻率0～±300Hz，DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）控制。控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示：

圖2 空壓機(jī)變頻控制系統(tǒng)

通過該控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的一拖三變頻調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠保持系統(tǒng)內(nèi)的恒定壓力控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全可靠運(yùn)行。與改造前相比，年均可節(jié)省電費(fèi)50余萬元；可實(shí)現(xiàn)設(shè)備自0Hz起的軟啟動(dòng)，設(shè)備檢修周期延長(zhǎng)，降低了檢修成本。同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備保護(hù)功能的進(jìn)一步完善，完善了設(shè)備超壓保護(hù)、防自啟動(dòng)保護(hù)等多種功能，改善了設(shè)備的工作環(huán)境。

2.3 采煤機(jī)的改進(jìn)

提高采煤機(jī)對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性，是采煤機(jī)改進(jìn)的主要方向。工作環(huán)境愈加復(fù)雜，使傳統(tǒng)采煤機(jī)的不適應(yīng)性更加突出。電牽引采煤機(jī)在適應(yīng)性方面有很好的表現(xiàn)，已在許多礦山中得到應(yīng)用。采煤機(jī)的變頻調(diào)速能力是其工作性能的一大指標(biāo)。與傳統(tǒng)滑差調(diào)速相比，變頻調(diào)速將采煤機(jī)的變速性能實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

能量回饋型四象限變頻器在采煤機(jī)中的應(yīng)用是煤礦機(jī)電設(shè)備改造的向前邁進(jìn)一大步的標(biāo)志，它標(biāo)志著井下采煤機(jī)由“一拖二”向“一拖一”的進(jìn)步，提高了煤礦開采效率，同時(shí)降低了采煤機(jī)的故障率以及維修成本。由PLC控制的MG700-WD交流變頻調(diào)速采煤機(jī)，能夠?qū)⒉擅簷C(jī)事故率控制在較低的范圍內(nèi)，同時(shí)由于PLC程序的開放性，可以更好地進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，能夠在故障發(fā)生時(shí)較為準(zhǔn)確地定位故障位置。對(duì)于采煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，除去目前市面上已有的成熟產(chǎn)品外，還有很多學(xué)者對(duì)不同類型的變頻調(diào)速控制方式進(jìn)行了研究，目前已有一定的理論基礎(chǔ)，有待于在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行試驗(yàn)以及普及。

以ALPHA6900系列變頻器在采煤機(jī)中的應(yīng)用為例，可實(shí)現(xiàn)主從控制功能，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，通過PLC控制電路，對(duì)變頻器的輸入輸出端口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采集包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等在內(nèi)的多種信息，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。其中，采用ALPHA6900系列變頻器的電氣控制系統(tǒng)可以分為一拖一單/雙電機(jī)控制方式，通過采煤機(jī)工作環(huán)境的變化，對(duì)其牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)設(shè)備的有效保護(hù)。圖3為ALPHA6900變頻器控制系統(tǒng)原理圖：

圖3 ALPHA6900變頻器在采煤機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3 結(jié)語

本文對(duì)變頻技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備的改造進(jìn)行了詳細(xì)的分析，通過分析不難發(fā)現(xiàn)，變頻技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦機(jī)電設(shè)備的節(jié)能化改造，同時(shí)還能夠提高設(shè)備使用的可靠性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。目前應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備的變頻系統(tǒng)多為通用系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)精確度上有待進(jìn)一步提高，未來煤礦機(jī)電設(shè)備變頻系統(tǒng)的發(fā)展也將向著高頻化和精確化進(jìn)一步發(fā)展，以提高設(shè)備使用率和煤礦開采效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鵬飛.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2013，（9）.

[2] 王大雷.變頻技術(shù)在現(xiàn)代煤礦機(jī)電工程中的應(yīng)用實(shí)踐[J].硅谷，2014，（1）.

[3] 谷志超，溫營(yíng)軍，賈建鑫.變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電中的應(yīng)用初探[J].科技風(fēng)，2014，（7）.

[4] 何新建.變頻控制技術(shù)在煤礦機(jī)電中的應(yīng)用研究[J].河南科技，2013，（14）.

[5] 高月清.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備更新改造中的應(yīng)用分析[J].科技與企業(yè)，2014，（12）.

（責(zé)任編輯：黃銀芳）