变频技术在煤矿的应用

在煤矿的正常生产过程中, 几乎所有的设备都需要用异步电机进行拖动, 如电机拖动皮带对煤炭进行运输, 电机拖动风机进行井下的换气并维持气压的相对稳定, 电机拖动水泵进行排水, 避免因井下水过多而发生塌方等。在这些生产过程中, 电机消耗了大量的电能, 因此, 研究探索煤矿设备以合适的运行方式以节约宝贵的电能是一项长期的任务。随着电力电子技术的不断发展, 变频技术不断成熟, 将变频技术应用于煤矿设备的控制, 就可实现其以最优的方式运行, 从而达到节能之目的。

1 变频调速的原理

变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种调速方法, 在极对数np一定的情况下, 同步转速n1随频率变化:

而实际转速n= (1-s) n, 1当转差率s不变时, 转速n与频率f成正比, 这时改变电源的频率就可对电机的转速进行控制。而调速所用的变频器实际就是一个可以改变频率的交流电源。

变频器按变频方式分为交交变频器和交-直-交变频器两种。综合考虑改造成本, 空调容量, 通用性, 联合运行等实际因素决定选用交-直-交变频器因为只是进行变频控制, 所以电压不变, 故交-直-交变频器先将恒压恒频的交流电以二极管为整流元件, 采用三相全桥不可控整流电路整成直流, 为了减小整流直流电的脉动, 采用大电容滤波 (电压型) , 再用全控型器件 (IGBT) 与续流二极管将直流电逆变成频率可调节的交流电, 这种变频方式被称作间接变频。在逆变中驱动全控器件的驱动信号采用SPWM控制技术, 设定启动的最低频率为35Hz, 上限为工频50Hz。

2 在空压机上的应用

为了避免电机启动对电网的冲击, 并减少能耗, 设定一个启动的最低频率 (35Hz) , 并让电机以这个最低频率启动, 拖动空压机运行。将产生的压缩空气送入风包, 以风包为中枢, 将压缩空气送入井下。因此, 可以设定一个初始压力, 并通过通过的压力的闭环控制来实现空压机的变频控制。以两台空压机 (分别1#、2#) 的变频控制为例, 在风包设置一个压力传感器, 将压力信号转换为电信号, 再将电信号传递给PLC, 通过PLC发出指令给变频器, 不断根据负载需要改变电源的频率, 即首先启动1#空压机, 当反馈压力小于给定压力时, PLC发出升频指令, 变频器提升频率, 空压加速运行, 当1#空压机的频率达到工频时, PLC发出启动指令, 2#空压机以最低频率启动并逐步提升变频器的频率至所需频率, 但不得超过工频运行频率;反馈压力大于给定压力时, PLC发出指令降低频率, 2#风机首先降速运行, 当2#空压机频率降低至最低运行频率时, PLC发出指令, 2#空压机退出运行, 1#空压机也逐步降低频率运行至所需运行频率, 但不得降低到最低运行频率。这样就实现空压机的经济运行, 从而减少了不必要能源浪费。风机的控制原理图如图1所示, 其控制流程图如图2所示。

3 在胶带运输机上的应用

作为煤矿煤炭输送过程中应用最多的运输设备, 胶带运输机一般情况都采用交流电动机作为动力装置以工频进行拖动, 用液力耦合器进行传动, 这样就存在传动效率低、启动冲击电流大、机械冲击力大等缺陷, 这样导致了胶带和液力耦合器的严重磨损, 大大提高了维修及维护成本, 造成了设备不能经济的运行, 降低了经济效益。在对胶带运输机采用变频技术进行调速后, 就可利用变频器实现动力电机的软起动功能, 进而拖动整个胶带运输机系统实现软起动, 这就大大减少了胶带在启动过程中的张力, 从而减轻了启动过程中对胶带造成的损害, 延长了其寿命。在正常运行过程中可根据运输量的大小及时调整电源频率, 以实时调整胶带运输机的运输的速度, 从而实现节能的目的。变频器的使用使胶带运输机具有了低速运行的功能, 这就可以胶带检修时方便的对胶带进行验带, 而变频器所具有的如:过压、过流、欠压、短路、过载、过热、缺相等完善的保护功能, 可通过与胶带运输机综合保护装置如烟雾、打滑、跑偏、煤位、瓦斯、纵向撕裂、急停等的合理对接, 就可实现各项安全保护性能。特别是在使用下运式胶带运输机过程中, 还可进行发电制动并将产生的制动能量回馈电网, 具有明显的节能效果。

4 结语

市场经济也是效益的经济, 谁能在生产同样的产品中消耗更少的能量, 谁就能在竞争中处于更大的优势。而在煤矿的生产过程中, 风机、水泵等机械消耗着大量的电能, 而利用变频技术, 就可以根据实际生产中的需要实现电能的最经济利用, 从而节约了电能和生产成本, 这对提高煤矿的效益与市场竞争力会产生巨大的作用。

摘要：据统计, 煤矿矿井各个生产系统的用电占到矿井企业用电量的70%～90%。对矿井提升机、空压机、水泵、采掘机、胶带运输机等动力负荷变化较大的机电设备在启动、加减速、制动等方面的浪费也是非常巨大的。而变频技术以其明显的节能效果和优越的调节性能, 使其在煤矿的应用也越来越广泛。本文从节能的角度出发, 以空压机、胶带运输机的变频控制为例, 阐述变频技术在煤矿的应用。

关键词：煤矿,变频控制,节能

参考文献

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