礦山機電設(shè)備變頻控制技術(shù)的運用

徐 亮

（山西汾西正令煤業(yè)有限公司， 山西 孝義 032300）

1 變頻控制技術(shù)運用原理與發(fā)展

交流變頻調(diào)速技術(shù)是電子技術(shù)和電力技術(shù)的結(jié)合，是點擊傳動技術(shù)以及微機技術(shù)的全面性的使用集合。它是一種綜合技術(shù)，將機電與強電和弱電集合在一起。其核心是將利用電力半導(dǎo)體器件的開關(guān)功能將工頻電源轉(zhuǎn)換成其他工頻電源的控制器件，其基本工作方法是協(xié)調(diào)利用將工頻交流電壓和直流電壓之間相互轉(zhuǎn)換，然后通過逆變器轉(zhuǎn)換成頻率。交流電壓用作交流電動機的驅(qū)動能量，使電動機獲得無級調(diào)速的電壓和電流，是一種無額外損失的高效的調(diào)速方法。變頻調(diào)速技術(shù)通過了解電機負(fù)向運行的轉(zhuǎn)變實現(xiàn)自動，平穩(wěn)的加減速，大大提高了工作效率。因此，該技術(shù)在能源危機中產(chǎn)生并不斷發(fā)展。隨后，在功率設(shè)備上更換了GTR 和IGBT，同時開發(fā)了智能功率模塊。在控制技術(shù)上，壓頻比的控制方法得到了很大的提升。在實際的變頻器中，矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制方法已近得到推廣，同時，還開發(fā)了新的模糊自動控制，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)新的研究方向。速度控制系統(tǒng)變得越來越集成，從而形成了簡化的指令集計算機，數(shù)字信號處理器，先進(jìn)的專用集成電路等形式的單片機。特別是隨著變頻器的不斷集成，不僅在功能上完成了基本的速度控制功能，通過內(nèi)置設(shè)備提供了諸如參數(shù)識別，通訊和可編程等功能。

2 礦上機電設(shè)施變頻控制技術(shù)運用

2.1 提升機設(shè)備中的應(yīng)用

在礦山中，提升機的存在的意義是負(fù)責(zé)物料和人員的安全運輸，并在礦山生產(chǎn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。一般方法是先通過金屬電阻器與電動機的轉(zhuǎn)子電路相連接，然后使用鼓型控制器或接觸器關(guān)閉電阻對速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且，存在諸如電阻消耗過多等情況。當(dāng)需要減速段和處于下降時，動力制動直流電源以及低頻電源都是必須的，這較易造成設(shè)備損壞，大量的電能浪費也會產(chǎn)生，并且安全性也存在諸多問題。此時，這將對礦山安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行的效率產(chǎn)生影響。將變頻控制技術(shù)添加到礦山提升驅(qū)動系統(tǒng)中，也對于出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測，實現(xiàn)了無級，平穩(wěn)的加減速和系統(tǒng)各個方面的性能的提升，各個方面的保護也提升了?？偟膬?yōu)點如下：

1）可以通過編程器命令進(jìn)行編程，電子控制系統(tǒng)中的繼電器關(guān)系得以邏輯的方式實現(xiàn)，并且將實現(xiàn)調(diào)控電路圖轉(zhuǎn)換到梯形圖。

2）當(dāng)減少了外部線路控制的繼電器使用數(shù)量，實際空間和故障都減少了，基本不需要進(jìn)行維護。

3）可以通過顯示屏操作和編程器來直接簡易的檢測系統(tǒng)的內(nèi)部故障。檢測機械和電氣故障也可一同進(jìn)行。

4）控制精度和擴展性增加，系統(tǒng)功能參數(shù)的更改可以通過修改內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)，硬件接線解除能夠真正的靈活控制。

5）提升機處于負(fù)力情況下，電動機產(chǎn)生的再生能量被反饋到電網(wǎng)，從而大大節(jié)省了能量。同時，制動扭矩增加，絞車下的安全性得到了提升。

6）不通過機械來實現(xiàn)速度和制動。卻可通過電氣控制來削弱系統(tǒng)影響，機械磨損得到降低，設(shè)備壽命得到延長。

2.2 皮帶機中的應(yīng)用

皮帶機的功率大于提升機功率，通過然繞線電機并且經(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。它的操作方法是通過驅(qū)動輪轂,通過摩擦力牽動皮帶，皮帶通過其獨特的張力變形以及摩擦力在滾軸上面轉(zhuǎn)動。其中，轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻提高了轉(zhuǎn)矩，提升了減壓和空載啟動的能力，然而啟動電流仍過大，易造成電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定，電機內(nèi)部機械沖擊，散熱情況較差。因為啟動時間不足，導(dǎo)致皮帶斷裂和老化嚴(yán)重，因此皮帶必須足夠堅固。當(dāng)液力偶合器工作時，內(nèi)部油溫升高，磨削部件的情況嚴(yán)重等，維護難度和成本提升，對環(huán)境產(chǎn)生污染，功率平均和同步變得困難。皮帶機使用變頻技術(shù)實現(xiàn)軟啟動和軟停止，皮帶機的工作性能得到穩(wěn)定。改造后，系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載的變動來調(diào)節(jié)輸出頻率和轉(zhuǎn)矩，改變電動機以前的工頻恒速運行方式，節(jié)省了功耗。在此過程中，系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)到90%以上，工作效率提升。高壓變頻器利用了皮帶機的能量的反饋機制，減少了能源消耗和其他設(shè)備的維護成本，節(jié)省了資金，提高了環(huán)保性。

2.3 通風(fēng)機中的運用

在礦井的主要設(shè)備中，在礦物生產(chǎn)中通風(fēng)機起著重要的作用。作為重要通風(fēng)設(shè)備，它運行時間久，在礦井中被稱為“呼叫系統(tǒng)”。隨著采礦和挖掘工作的進(jìn)展，風(fēng)壓持續(xù)增大，其所需的功率也在增加。所以，在礦井下作業(yè)是通風(fēng)機的功率也是重要問題。采用設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速后的礦井通風(fēng)機，通過巷道風(fēng)量需求的預(yù)測進(jìn)行調(diào)速，減少了能耗，實際效果也非常的好。由于在修改變頻器后的通風(fēng)機即可實現(xiàn)變頻軟啟動，因此，電流的沖擊減弱，減少了對電網(wǎng)設(shè)備的影響，并且可以隨時啟動和停止。多數(shù)情況下，通風(fēng)機的運行速度較低，這使通風(fēng)機工作強度降低，從而可以延長通風(fēng)機的使用年限，減少了維護的次數(shù)。同時，為了保證相同的電動機轉(zhuǎn)速，在正常情況下，要求2 臺電動機的工作頻率盡可能一致，以避免形成風(fēng)阻并影響風(fēng)扇的正常運行。

2.4 井下絞車電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電控系統(tǒng)與保護系統(tǒng)中運用變頻調(diào)速技術(shù)，有些需要注意下具體細(xì)節(jié)，輸入電源為660 V，頻率大小是50 Hz，輸出功率的調(diào)節(jié)需要在0~50 W 這個范圍內(nèi)，電壓變動也一定在負(fù)15%到正10%這個范圍內(nèi)，而頻率的調(diào)控在負(fù)2.5%到正2.5%這個范圍內(nèi)，過載能力需強，在負(fù)載變化中最低負(fù)120%，最高是正120%的額定負(fù)載，這就達(dá)到了四象限運轉(zhuǎn)的基本條件。有自動轉(zhuǎn)矩提高功能，當(dāng)?shù)皖l運轉(zhuǎn)時，可以確保整體額定轉(zhuǎn)矩, 也可以保護好每個元件過熱狀況。應(yīng)用在控制箱中的快開門方式，電氣控制使用雙PLC 全數(shù)字控制系統(tǒng)，硬件電路互相榮譽做好絞車提升以及數(shù)字這兩個部分的監(jiān)控，同時當(dāng)PLC 發(fā)生故障時可以做到技術(shù)完成臨時提升這一點。當(dāng)控制系統(tǒng)中配置正常且穩(wěn)健操作時，設(shè)定好每個保護設(shè)備，面對過卷裝與限速兩個裝置，以及加速功能保護時需作為獨立存在的雙線模式。而且這一樣需在有保護試驗功能寫的基礎(chǔ)上進(jìn)行。無發(fā)出信號便不可以啟動車,發(fā)出信號時間間隔要超過30 d，的確，聲光信號以及控制制回路這兩方面都具備具閉鎖這個功能。

3 結(jié)語

由于國內(nèi)采礦業(yè)逐漸快速發(fā)展，機電設(shè)備便面臨著許多難題。可是變頻技術(shù)的問世，便促使設(shè)備更安全,同時其擁有速度可調(diào)，以及節(jié)能降耗許多在內(nèi)的優(yōu)點，這便提高了采礦業(yè)的生產(chǎn)效率。