浅析煤矿运输系统中变频调速技术的应用

[摘 要]目前，变频调速技术已经在煤矿运输系统中得到广泛的推广和应用，同时也已取得了良好成效，使煤矿企业获得更大的经济效益与社会效益。变频调速技术的引入不仅会对煤矿安全生产产生积极的影响，也会对我国社会以及经济的发展产生积极影响。

[关键词]变频技术；煤矿；运输系统；效益

中图分类号：TM921.51 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）18-0365-01

变频器是把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置。该设备工作原理是把三相或单相交流电变换为直流电（DC），然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC）的电气设备，通过改变输出频率与电压，同时改变了电机运行曲线，使电机运行曲线平行下移，因此变频调速技术可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，从而有效提升工作效率。下面我们将就变频技术在煤矿运输系统中的应用问题展开分析与论述。

一、变频调速技术相关概念简述

1、变频调速技术的发展

现阶段，国内煤矿提升机设备主要采用的是电气传动系统，即直流传动系统和直流电动机系统。然而，上述两种系统或多或少的都具备一些劣势，例如；效率偏低、维修量大等。但是，对中、小型提升机而言，主要应用的是交流电气传动系统，例如：利用交流绕线式电动机或者是通过切换电机转子形式达到改变电阻调速的目的。从表面上看，此种电器传动系统相对要简单一些，但是，这种系统为有级调速，且调速性相对较差，效率也偏低，其中大部分电能主要消耗到电机转子电阻上，这样一来，必然会对系统运行的可靠性产生影响。

变频调速技术的应用已成为当今和未来机电传动系统发展的主要趋势和方向。从我国目前的发展现状分析，只有一小部分矿井提升机应用的是交-交变频调速系统，并且已经取得较好的成效。然而，它的缺点即为功率因素偏低、谐波过大。因而，还需安装功率因素补偿装置与谐波装置。近几年，由于变频调速技术的迅猛发展，交-直-交型变频调速系统也应用到了煤矿运输系统当中。

2、变频调速技术的原理

借助大功率变频装置对参数予以设定，从而实现逆变，这样输出端即为所设定频率的交流电。但是，由于变频器所输出的频率发生了改变，会使电机输出转速也会发生一定的改变，而且这两者关系为近似线性。这样一来，便达到了调速的目的。然而，在电路系统当中，为确保电路安全、稳定的运行，应该把设备进行接地处理，所以，要求变频器接地段也要进行接地处理。另外，在主回路当中，对于连接制动单元与制动电阻的端子，主要目的是为避免提升机在垂直方向上予以运行时，出现由工件带动电动机转动的情况，进而有可能会出现再生电动势。换言之，当泵升电压过高时，会造成变频器损坏。所以，结合变频调速的基本原理，要在变频器输入回路当中连接频定电路，再由PLC输出模拟量信号。也就是说，通过电压或者是电流信号对变频器输出频率进行有效的控制。在此情况下，变频器的输出频率和所设定的电压与电流成正比例关系。除此之外，为更好的监测变频器运营状态和找出出现异常的情况，要把变频器异常信号输送到PLC输入模块当中，以此来当作变频器发生事故的报警信号。

3、变频调速的优势

众所周知，变频调速的优势有很多，以下是对变频调速的优势进行的总结，主要包含以下几点内容：第一，具有无级平稳加、减速的功能，从而确保运输系统安全、稳定的运行下去；第二，节省电能损耗；第三，启动电流偏低，而且并不会对运输系统产生任何冲击，因而获得显著的节点效果。另外，在启动之后，并不需要再串接一个电阻，从而大大减少启动能耗的消耗；第四，运输系统具有多种保护功能，而且操作的安全性与稳定性相对较高。

二、变频调速干扰因素及抗干扰对策

1、干扰因素

（1）外部电网干扰

在电网当中，其所产生的谐波干扰折叠式由变频器供电电源对变频器的干扰。并且，在电网中，产生谐波源的设备偏多，例如：电流设备、照明设备等。上述负荷都有可能导致电网电压或者是电流发生波形畸变，同时也会对电网中其他电气设备带来干扰危害。如果未及时对此情况进行处理，那么电网噪声就会借助电网电源对变频器进行干扰。

（2）变频器对外部的干扰

变频器产生的整流桥对电网而言呈非线性负载，由此而产生的谐波将对电网中其他设备产生谐波干扰。除此之外，因变频器逆变装置多数是应用PWM技术，但处在开关状态并且进行高速切换时，会发出耦合性噪声。所以，变频器相对运输系统中的设备而言即是一种电磁干扰源。

2、抗干扰对策

（1）屏蔽干扰源

屏蔽干扰源是一种极其有效的抗干扰措施。一般来说，变频器自身通过铁壳来屏蔽其他电磁的干扰影响；输出线尽可能使用钢管进行屏蔽，尤其是当由外部信号对变频器进行控制的情况下，尽量使信号线的长度要短一些，同时最好使用双芯屏蔽，再和主电路线等相互分离，而不能将其放在同一线槽当中。然而，为进一步提升屏蔽效果，施工时要将屏蔽罩与大地相接。

（2）应用电抗器

通常情况下，变频器输入电流中，低频率谐波分量占的比例较高。而对于低频率谐波分量来说，除会影响到电网中其他设备的运营外，还会增大无功功率消耗量，因而导致线路功率因数大幅度降低。因而，通过分析我们可知，在电网中串接一个电抗器能够更好地抑制谐波电流产生。

（3）接地方式选择要正确

正确接地不仅能够确保电网抑制外界的干扰，而且又能降低设备自身对外界的干扰。但是，在实际当中，因系统中的零线、地线等分不清楚，再加上控制系统屏蔽地线和主电路线的混乱搭接，大幅度降低了系统运行的安全性与稳定性。针对变频器而言，确保主回路段子能够正确接地是降低变频器干扰的有效手段。所以，在实践当中要对此项应用引起足够重视。

三、变频调速在煤矿运输系统中的应用效果探究

在传统机电控制系统当中，常用PLC和变频结合的方法，但是经过不断的改革和创新，省去了继电器、调速电阻等设备的接入，从而大大降低故障发生概率，最终可以达到节省电能的目的。除此之外，利用PLC软件编程可最终实现提升系统的s形速度给定与操作台辅助速度给定，具备了手动与自动调速的功能，因而，煤矿运输系统的灵活性被大幅度提高了，而且更便于操作；除此之外，也可在运输系统当中增设同步开关，进而提升对系统的控制准确度。最后，由MATLAB仿真实验可知：运输系统的动静态响应特性、抗干扰能力等较好，所以，可更好地满足煤矿生产的各种需求。因此可得出，变频调速控制技术的应用，可使煤矿运输系统获得较好的运营效果，同时为人们创造更多的经济效益与社会效益。

四、结束语

总的来说，当前科学技术水平的快速提升，推动这交流电动机变频调速技术的日渐完善，在煤矿企业生产活动中得到了越来越广泛的应用，为企业创造了显著的经济利益。因此，必须积极推广先进的交流变频调速技术在煤矿运输系统中的应用，用先进的设备武装、改造煤矿等传统产业，促进工业自动化的进一步发展。

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