杜 威

山西西山晉興能源有限責(zé)任公司，山西 太原 030053

0 引言

隨著國內(nèi)計算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)、自動化控制技術(shù)、大功率輸出技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電設(shè)備變頻技術(shù)同樣也得到了突破性的進(jìn)展，而當(dāng)今推崇的節(jié)約型、環(huán)保型社會，正是需要這樣的技術(shù)支持。眾所周知，對于采礦業(yè)而言，采礦時機(jī)電設(shè)備耗能比例相當(dāng)大，這無疑給人類、環(huán)境都帶來了巨大的壓力，其中通風(fēng)、提升、壓氣等設(shè)備損耗的電能，有很大一部分都是白白浪費掉的。變頻控制技術(shù)的出現(xiàn)，在很大程度上解決了節(jié)能的問題，隨著礦山礦業(yè)持續(xù)發(fā)展，此項技術(shù)的應(yīng)用也越為廣泛起來。

1 變頻控制技術(shù)原理及其發(fā)展

交流變頻調(diào)速技術(shù)是包含了電力電子技術(shù)、點擊傳動技術(shù)、微機(jī)技術(shù)的綜合型應(yīng)用，是結(jié)合機(jī)電與強(qiáng)弱電混合的綜合型技術(shù)。其實質(zhì)是采用電力半導(dǎo)體器件通斷作用將工頻電源變換成為其他頻率的電能控制裝置，而基本原理是通過整理將工頻交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，再通過逆變器改變?yōu)轭l率、電壓可調(diào)的交流電壓作為交流電機(jī)的驅(qū)動能源，使得電動機(jī)得到無級調(diào)速的電壓與電流，是一種無附加損耗的有效調(diào)速方式之一。變頻調(diào)速技術(shù)能根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化來實現(xiàn)自動、平滑的增減速，使得工作效率大幅度提高，因此此項技術(shù)在能源危機(jī)中產(chǎn)生并不斷發(fā)展。隨后在功率器件上更換了GTR、IGBT，同時經(jīng)一部發(fā)展成為智能功率模塊。在控制技術(shù)上，壓頻比控制方式取得了很大的改進(jìn)，在實際變頻器中矢量控制和轉(zhuǎn)矩直接控制方式的到了廣泛的應(yīng)用，并同時開發(fā)出了模糊自動化控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的研究方向。調(diào)速系統(tǒng)集成化程度越來越高，產(chǎn)生了精簡指令集計算機(jī)、數(shù)字信號處理器、高級專用集成電路等單片機(jī)。特別是隨著變頻器不斷綜合化，在功能上不僅完成了基本調(diào)速功能，而且還通過內(nèi)置設(shè)備而具有了參數(shù)辨識、可通信、可編程序等功能。

2 礦山機(jī)電設(shè)備變頻控制技術(shù)應(yīng)用

2.1 變頻控制技術(shù)在提升機(jī)設(shè)備中應(yīng)用

在礦井當(dāng)中，提升機(jī)的主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)安全輸送物料以及人員，在礦井生產(chǎn)上具有舉足輕重的地位。其一般傳統(tǒng)型的方式就是首先將金屬電阻接入當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)部，然后采用鼓型控制器或者接觸器切除電阻來進(jìn)行調(diào)速。而其中不免伴隨有電阻能消耗過大、散熱性能差等問題。由于電阻調(diào)速調(diào)速范圍過小，也導(dǎo)致了精確度低的問題。在減速段和下放時需要動力制動直流電源或者是低頻電源，容易造成設(shè)備的損壞，并帶來了很大電能的浪費，而此時安全性能也受到了質(zhì)疑。這樣在一定程度上就抑制了礦山安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效率。

將變頻控制技術(shù)引入到礦井提升機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)中，便從根本上避免了上述的許多弊病，不僅實現(xiàn)了無級平穩(wěn)的加速、減速。還提高了系統(tǒng)的各方面性能，增強(qiáng)了各方面的保護(hù)，其中具體優(yōu)點如下：1）可通過編程器指令進(jìn)行程序編寫，完成電控系統(tǒng)中的繼電器邏輯關(guān)系，同時控制電路圖和梯形圖相互轉(zhuǎn)換也十分方便；2）由于外部線路控制執(zhí)行繼電器數(shù)量少，占用實際空間隨著減少，故障自然減少，基本上免除了維護(hù)；3）系統(tǒng)故障能夠通過觸摸顯示屏和編程器直接查出，處理簡單，同時檢測機(jī)械、電汽方面故障；4）控制精度較高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，通過修改內(nèi)部程序即可完成對系統(tǒng)功能參數(shù)的改變，無須更改硬件接線，真正實現(xiàn)柔性控制；5）回饋制動，提升機(jī)負(fù)力狀態(tài)時，電機(jī)產(chǎn)生再生能量反饋至電網(wǎng)，明顯節(jié)約了電能，與此同時，制動力矩增大，提高了絞車下方安全性；6）速度和制動不是通過機(jī)械來完成，而是通過電氣來控制得，減少了系統(tǒng)沖擊，減少了機(jī)械磨損，延長了設(shè)備使用壽命。

2.2 變頻技術(shù)在皮帶機(jī)中的應(yīng)用

皮帶機(jī)的功率較提升機(jī)來說更大，它是通過然繞線電機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組降壓啟動后工頻巡行，經(jīng)液力耦合器切換到皮帶機(jī)。其工作原理是通過驅(qū)動輪轂，依靠摩擦力牽動皮帶運(yùn)動，皮帶通過其特殊的張力變形以及摩擦力帶動在滾軸上運(yùn)動。其中轉(zhuǎn)子串接電阻改善轉(zhuǎn)矩和減壓空載啟動等方法，但啟動電流還是過大，這樣容易產(chǎn)生電網(wǎng)電壓劇烈波動、電機(jī)內(nèi)部機(jī)械沖激、發(fā)熱等現(xiàn)象。由于啟動時間過短，加大了皮帶斷裂、老化，要求皮帶任性夠強(qiáng)。液力耦合器運(yùn)轉(zhuǎn)時引起內(nèi)部油溫上升，磨碎部件程度加大等，既加大了維護(hù)難度與成本，還污染社會環(huán)境，導(dǎo)致難以功率平均和同步問題。采用變頻技術(shù)實現(xiàn)皮帶傳輸機(jī)軟起、軟停等運(yùn)行方式，穩(wěn)定了皮帶機(jī)工作性能。改造之后，系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載變化情況，調(diào)整輸出頻率和力矩，改變了以往電機(jī)工頻恒速運(yùn)行模式，在一定程度上節(jié)約電力能源消耗。系統(tǒng)功率因數(shù)在過程當(dāng)中到達(dá)90%以上，大大提高了工作效率。高壓變頻器采用了皮帶機(jī)能量回饋功能，進(jìn)一步節(jié)約了能源消耗，同時也減少了其他設(shè)備的維護(hù)費用，節(jié)約資金，完善了環(huán)保方面。

2.3 變頻控制技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

礦山主要設(shè)備當(dāng)中，通風(fēng)機(jī)當(dāng)中主扇風(fēng)機(jī)在礦物生產(chǎn)中具有重要地位。作為礦井主要通風(fēng)設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)時間長，被稱為是礦井中的“呼叫系統(tǒng)”。隨著開采和挖掘不斷深入，井下的風(fēng)壓不斷增加，通風(fēng)機(jī)需要的功率也在不斷增大。但通風(fēng)機(jī)功率則成了礦井開采的重要問題。在礦山通風(fēng)機(jī)設(shè)備采用了變頻調(diào)速之后，可以根據(jù)巷道的風(fēng)量需求情況進(jìn)行調(diào)速，避免了電能消耗，應(yīng)用效果十分顯著。由于通風(fēng)機(jī)通過變頻器的改造之后實現(xiàn)了變頻軟啟動，防止了啟動電流沖擊，既對電網(wǎng)設(shè)備沒有沖擊，又能隨意啟停。在大部分時間里面，通風(fēng)機(jī)都是在較低的速度下面運(yùn)行，所以大大降低了通風(fēng)機(jī)工作強(qiáng)度，能使得通風(fēng)機(jī)的使用壽命得到延長，避免不必要的維修。同時為了保證電機(jī)轉(zhuǎn)速一致，一般情況下要求兩臺電機(jī)的運(yùn)行頻率盡量保持一致性，這樣才能避免形成風(fēng)阻，影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 變頻控制技術(shù)在井下絞車電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)，其中有一些具體細(xì)節(jié)，輸入電源660V，頻率大小為50Hz，輸出功率可在0～50之間調(diào)節(jié)，電壓變動范圍必須保持在負(fù)15%到正10%，頻率變動的范圍保持在負(fù)2.5%到正2.5%，過載能力要強(qiáng)，在負(fù)載變化負(fù)120%到正120%額定負(fù)載中符合四象限運(yùn)行要求。有自動轉(zhuǎn)矩提升功能，在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，能準(zhǔn)確保證全部額定轉(zhuǎn)矩，保護(hù)好各個元件過熱現(xiàn)象。快開門方式應(yīng)用于控制箱當(dāng)中，電氣控制應(yīng)用雙PLC全數(shù)字控制系統(tǒng)，硬件電路互相榮譽(yù)做好絞車提升控制與數(shù)字監(jiān)控，并且在PLC發(fā)生故障能技術(shù)完成零食提升。在控制系統(tǒng)中配置正常操作，設(shè)置各種保護(hù)設(shè)備，其中過卷裝置、限速裝置和加速功能保護(hù)成為相互獨立的雙線模式。同時還是需要有保護(hù)試驗的功能。沒有發(fā)出信號不能啟動車，發(fā)出信號時間次數(shù)記憶要大于30天，是的聲光信號與控制回路具有閉鎖功能。電流溫度等指標(biāo)能相對比較直觀。

3 結(jié)論

隨著國內(nèi)采礦業(yè)不斷發(fā)展，機(jī)電設(shè)備自然也面臨著許多挑戰(zhàn)，而變頻技術(shù)的出現(xiàn)，提升了設(shè)備安全可靠性，并具有速度可調(diào)、操作簡單、工作效率高、占地面積小、拆裝方便以及節(jié)能降耗等特點，有效帶動了采礦業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行效率。同時隨著變頻控制技術(shù)的不斷改進(jìn)，相信在不久的未來將在各業(yè)當(dāng)中都能得到廣泛的應(yīng)用。

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