浅谈煤矿机电设备变频控制技术的应用

摘要:变频技术广泛应用于我国的煤矿矿区,它改善了我国矿区的开采环境,使企业取得了良好的节能效果并使调节性能优越化。本文从煤矿机电设备的基本工作原理入手,重点分析并阐述了在煤矿机电设备中变频控制技术的应用。

关键词:控制技术 节能效果 技术应用

近年来,为了改善我国煤矿矿区环境、加强节能效果,煤炭工作人员将各项先进技术充分应用到机电设备的应用中,促进了我国煤炭企业变频调技术的快速发展。特别是变频节能技术很好的改善了煤矿耗电量大这一缺点。因此,该项技术在矿山中的应用逐渐广泛,其技术应用也日益成熟。

1、变频技术的应用原理和发展

我们充分将电子技术、微机技术与电机传动技术结合并应用到变频技术中,交流变频调技术属于一种综合性机电一体和强弱电混合技术。它主要是通过具有通断作用的电力半导体器件使工频电源发生频率变换的一种控制装置,它利用整流桥使工频电流发生交流电压与直流电压的转换、并使交流电机驱动电源在经过逆变器后电压和频率均可调的基本原理,它是一种不具有附加转差损耗的高效率调速方式。这是变频技术得以在能源危机中脱颖而出的主要因素,它实现了电机的自动与平滑的减速、增速,由此达到工作效率的大幅度提高,因而促进了变频技术的理论与技术应用的快速发展。

功率器件也历经了GTR、IGBT交替的历史过程,建立了智能功率模块;同时它也取得了理论控制上的巨大进步,转矩直接控制与矢量控制广泛应用于变频器的实际操作中,我们同时也将人工神经网络与模糊自动化控制等作为变频控制技术的研发方向等多方面的发展,促进了变频控制技术的迅速发展。

2、变频技术的主要应用

2.1 该技术在矿井提升机中的应用

人员与物料在矿井中的输送均要通过矿井的提升机,矿井提升机是四大矿井生产运转部件中较为重要机械设备之一。金属电阻的内部接入是传统控制调速的方法之一,它通过接触器或者鼓形控制器切除电阻来实现调速的目的。

但是,这些装置中存在电阻的散热性能不好、能源耗损较大;电阻是有级调速,利用开环控制,它的调速精度较低、调速范围不大且安全性较差;并且在需要下放时与减速段要设具有切动力来制动的低频电源或是直流电源,该方法的设备损坏机率过高,并且该控制方法也造成了电能的大量浪费。

为了使原有控制系统拥有齐全的保护和较高的安全可靠性,矿山的正常经济运行与生产安全受到了原有控制系统的限制,变频技术在矿井提升机中的应用从根源上解决了原有的控制系统所存在的弊病。它实现了矿井提升机无级别平稳加减速,增加了系统的安全性能,实现能源节约;PLC编程软件实现速度控制的提升,降低了设备的维修量。

2.2 皮带机中的变频控制技术应用

皮带机和提升机具有相同的用途,皮带机主要用于煤炭的井下运输。这两种设备的最大区别是皮带机所拥有的功率更高,它通过绕线电机的经转子绕组来进行启动并利用工频运行,皮带机依靠液力耦合器来实现皮带机的切换。驱动轮毂是皮带机的主要工作原理,它主要是依靠摩擦力来达到皮带的运动,摩擦力和张力变形来带动皮带上物体的运动。皮带是一种弹性较好并可以储能的材料,皮带机在运行于停止时均会储存众多的势能,该特点决定了皮带机较为适宜软启动的方式。而我国应用最广泛的软启动方式就是利用液力耦合器实现的,启动时应将液力耦合器机械效率调整为零,实施电机的空载启动。

降压空载启动等方法应用虽然实现了对电阻的改善,但是电机启动仍存在较大的电流,并有可能引发电网电压的强烈波动,引起机械内部发热与冲击等现象。

由于液力耦合器皮带软启动的时间较短,加载力过大等因素易造成皮带老化与断裂,因此对皮带具有较高的强度要求;并且长时间的机械作业均会形成内部油温上升、造成严重的部件磨损等现象,这种现象不但增加了维护成本与维护难度、形成环境污染,同时也会造成皮带多机启动时功率无法同步和平均。

为了改变液力耦合器造成的启动难题,我们实行了皮带机的变频技术的改造,从根本上实现了软起和软停的皮带运输机运行方式,使皮带机的拥有更为稳定的性能。皮带机进行系统改造后,在整个过程的功率因素可以超过0.9,在较大程度上降低了无用功的功率。变频器驱动在皮带机中的传送效率明显要高于液力耦合器的驱动效率,促进了传统的电机工频运行模式的变化,实现了电力能源的高度节约。液力耦合器替换不但降低了设备的维修与维护费用,同时也进一步实现了煤矿企业的环保节能。

2.3 变频控制技术在主通风机中的应用

煤矿的四大主要设备其中就包括主通风机,煤矿生产中主扇风机的地位无可取代,它必须24小时全天候运转,是一个矿井重要的通风系统,它肩负着全部地下煤矿工作人员的呼吸问题。矿道的逐渐深入,也要求风机功率逐渐提高。风机一般需按照矿井的不同开采阶段中的通风难易程度来进行选择。

2.4 变频控制技术在电控的绞车系统中的具体应用

变频调速技术在保护系统与电控系统中应用,一般应将电压的波动控制在－15%～＋10%之间,频率波动允许范围为±2.5%,其输入电源则定位660V、50Hz,它的输出功率为200kW、频率为0～50Hz并具有连续的可调性。变频控制技术在电控绞车系统中的应用,增加了其过载能力,使其额定负载在－120%～＋120%区间内可以充分满足运行要求;自动转矩的低频运转提升能力,使额定转矩得到了百分之百的保证;增加了对元件过热与欠压等的保护。

3、结语

变频控制技术在煤矿机械设备中的有效应用不但改善了我国煤炭行业的工作环境,促进了工作效率的提高,同时它也实现了企业降低生产成本的目的,增强企业的市场竞争力,是我国煤矿机电设备的一大重要进步。

参考文献

[1] 孙长春.煤矿机电一体化技术研究进展[J].现代矿业,2009,(04).