隨著電力電子技術的不斷發展和世界能源緊缺客觀因素的影響,變頻節能技術得到了各國的高度重視,在我國,構建節約型社會的號角極大推動了變頻節能技術在礦山、機械、電力等眾多行業的推廣。就煤炭企業而言,礦井各個生產系統的用電占到礦井(露天礦)企業用電量的70%-90%,具體來說,在未采用變頻節能措施前,水泵、風機等流體負載,平均運轉效率只有20%—50%,對礦井提升機、空壓機、采掘運等動力負荷變化較大的機電設備在啟動、加減速、制動和設備維護等方面的浪費也是非常巨大。明顯的節能效果和優越的調節性能使變頻節能技術在我國礦山中的應用越來越廣泛,技術也越來越成熟。
一、變頻技術的發展情況及原理
隨著電力電子技術和控制理論的進步,變頻技術在理論和應用方面取得了較快的發展。在功率器件方面,經過廠GTR、IGBT的更替,并進一步發展為智能功率模塊(IPM),在控制理淪方面,壓頻比(U/o控制方式得到很大改進,矢量控制和轉矩直接控制方式在實際變頻器中廣泛麻用,模糊自優化控制、人工神經網絡等控制方法成為新技術的研發方向;調速系統的集成度越來越高。從單片機開始,先后產牛了數字信號處理器(DPs),精簡指令集計算機(RISC),出現的高級專用集成電路(ASIC),在功能方面,變頻器的綜合化越來越高,除了能完成基本的調速功能外,具有內置的可編程序、參數辨識及通信等功能。利用電力半導體器件的通斷作用把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的電能控制裝置稱作“變頻器”。變頻調速就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的。
二、變頻技術在我國煤礦機電設備中應用分析
(一)在采煤機中的應用
目前,采煤機變頻調速系統已從“一拖二”發展到“一拖一”,我國能量回饋型四象限運行的交流變頸調速采煤技術處于世界領先水平,國產電牽引采煤機行走功率最大2 x 110KW,變頻器電壓380V,能夠實現額定轉速下恒定轉矩調速,額定轉速以上恒定功率調速及兩臺變頻器之間的主從控制和轉矩平衡。太原礦山機器集團生產的MG丁Y300/730,!,1D電牽引采煤機使用了回饋制動的四象限變頻器,從現場運行情況來看,四象限變頻器調速電牽引采煤機對大傾角工作面能較大范圍內調節制動力矩,維持牽引速度基本不變,機器沒有發生下滑跑車的現象,結構簡單、控制靈活。操作方便、速度調節可靠。
(二)在提升機中的應用
在提升機的應用上,例如,新柏煤礦公司選用交流四象限變頻調速系統。這是西北礦區首家選用交流四象限變頻調速技術的企業,系統采用無速度傳感器矢量控制方式,四象限運行,設有過壓、欠壓、過流、電機缺相等保護。風光提升機變頻器作為提升機專用變頻器已有數百臺應用于各大礦山,系統實現全數字化控制,設計有專門的控制軟件。同時具有很高的兼容性,提供了完善的輸入輸出接口電路,能夠實現遠程控制。
(三)在膠帶輸送機和電鏟中的應用
興隆莊煤礦西上山膠帶輸送機采用四象限變頻調速技術后。解決了采用液力耦合器裝置時下行運輸皮帶機在啟動、運行、制動中形成的電機失控。變頻器隨時將電機產生的負力回饋到電網中。減少發熱損耗。解決了機械系統及電氣系統的沖擊問題,延長了設備的使用壽命。電鏟(挖掘機)是露天礦山用于裝載礦、巖石的大型設備,其工作條件非常惡劣,特另U是在爆破不好的情況下挖根底作業,經常出現過大的沖擊載荷。甚至堵轉。上世紀90年代后期。我國有個別礦山從美國B--E公司引進了變頻器一鼠籠型電動機系統,系統的機械特性曲線的包絡面積大,四象限運行,能快速地進行加、減速、反轉和制動。
(四)變頻技術在流體負荷設備中的應用
1、風機中變頻調速的應用
變頻器在我國煤礦風機節能改造和新上項目中得到越來越多的應用,同時出現了為煤礦特殊環境專門設計的變頻調速裝置。據文獻介紹“楊村礦南風井在風機改造中,將原來JRQ,1510,]0型高壓繞阻式電機換為JSl57,!o型低壓鼠籠式電動機。用一臺變頻器控制兩臺電機。改造后,實際轉速較改進前最低轉速下降了7r/rain。電機實際輸出功率為改進前前導器半關閉時的]/3風量和風壓更加適合礦井特性,每年可節約電費約56萬元。實現了載波頻率調-整(2 50m)功能、風電和瓦斯閉鎖功能、過流短路保護功能、超溫斷電功能及遠程和實地控制功能。其性能達到防爆標準,為我國礦山巷道掘進的節能提供了有效手段。
2、泵中采用變頻調速的應用
變頻調速在礦區給水、給液用泵中應用靈活,明顯降低了設備的機械沖擊。增加了工藝系統控制的靈活性,提高了產品質量。中國礦業大學利用變頻器和PLC控制器,設計了一套煤礦井下排水泵站的監控系統,該系統中變頻器靈活的控制抽水泵的平滑起停、適時加減速,保證了井下液位的恒定,降低了泵空轉時間和頻繁起停帶來的大量能耗,機械設備的損耗也相應降低,PLC控制器的加入。對變頻器的自動控制更加智能與靈活,保證了生產的安全高效運行。
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