煤炭机电调速技术的运用

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与此同时能够实现将电动机的工作频率在短时间内增加至煤炭开采所需要的转速。在此之后变频调速器则进入控制模式，可以根据电动机的负载变化值以及工作参数的变化适当的调整电动机的转速，从而达到机电设备稳定运行的效果。与软启动等设备相比不仅仅控制了节流以及回流所产生的消耗，并且可以实现机电设备的自动补偿，减少了机电设备以及整个电力网络的无功消耗，极大程度上提高了电能的利用效率；③测控相对便利，安全性较高。变频调速器可以实现开环与闭环等自动控制，从而极大程度减少了人工操作以及测控的环节，为煤炭开采的智能化、自动化提供技术支持；④低耗节能。由于变频调速器的调速性能较高，所以在向矿井中输送物料或提升等机电设备的应用中能够达到最优参数，避免电能的浪费。与此同时，变频调速的过程中能耗低、噪音小。

（1）风机设备变频调速技术改造研究。在风机选型以及设计过程中是以最大用风量为标准。通常情况下矿井的用风量要远远小于额定流量，多余的风量只能够采用自然防风或者人工阻力等方式进行限流措施，从而为矿井的生产提供更好的条件。但是这种方式会导致电能浪费，调节控制的精度很难把握。所以需要变频调节技术以高效合理的对风量进行控制。图1是文中主要研究的矿用隔爆的变频调速技术对旋式轴流局扇进行改进的主回路原理图[2]。由图可见，在虚框中的设备为矿用隔爆变频调速装置，K1，K2为QBZ-80矿用隔爆型真空电磁起动器，M1，M2为2BKJ-II2.2系列对旋隔爆型轴流式局部通风机的Ⅰ，Ⅱ级电动机。对旋隔爆型轴流式局部通风机的控制方式分为手动及自动两种。在自动控制的情况下，Q1,Q2闭合，此时对旋隔爆型轴流式局部通风机主要通过外部的控制信号完成对风机参数的设定以及上位风机的开关信号控制。然后控制K3闭合，使得变频调速器F1输出信号，电动机M1从已经设定完成的最小转速启动，并且能够根据煤矿作业面的瓦斯含量对电动机M1的转速进行闭环调节，从而使风机的工作处于最佳的状态。一旦电动机的转速达到工作频率情况下，则由变频调速器控制将K3断开，使k1处于闭合状态，从而实现电动机M1在额定的转速下工作。如果开采过程中需要增大风量，可以根据作业面对风量的需求利用变频调速器控制K4闭合，则将Ⅱ级电动机M2启动，M2转向与M1相反，并且也是从最小的转速下启动，根据作业面的风量需要对M2的转速进行闭环调节，进而实现2BKJ-II2.2系列对旋隔爆型轴流式局部通风机的供风随着作业面的瓦斯含量以及风量需求的大小而变化，达到了安全生产的目的[3]。（2）煤矿矿井提升设备的变频调速技术改造研究。由于矿井提升设备主要载荷对象是矿石、煤矸石、人员以及井下设备等，所以承载的重量相对较高。煤矿中的矿用提升装置对电气传动的要求相对较高，电气设备的传动能力以及可靠性直接影响到煤矿生产的效率以及安全。对于煤矿矿井提升装置的电气系统的具体要求是：调速能力强，精度高并且能够实现快速的正反向运转，具有精确的制动以及启动的能力。但现阶段我国主要采用直流传动装置，基于ABBDCS400晶闸管变流器的直流传动系统的改进型都存在着直流电动机的固有缺陷，如不能够实现精确制动以及调速、维修量较大等。而中小型的煤矿又常常采用交流电气传动系统，基本原理是利用电动机的转子对电阻进行切换，从而实现调速。但是这种调速的方式、调速的性能较差，电动机转子的电阻消耗了许多电能，从而造成了不必要的浪费。由此可见变频调速技术对煤矿矿井提升设备的改造工作势在必行。针对煤炭矿井的情况，通常通过以下2种方案进行变频调速的改造工作：①两象限变频器调速制动方案；②四象限能量回馈型高压变频器调速方案。虽然以上2种方案效果都明显，但是其实用性有所图2煤矿矿井提升设备主要配置图区别。现阶段主要根据矿用的提升装置的不同进行实用性的划分。两象限变频器调速制动方案常用于市场的处于正力提升的平行轴双绞筒提升机，而对于时常出现负力的单绞筒提升机则适用于四象限能量回馈型高压变频器调速方案。变频调节优化下的煤矿矿井提升设备的配制对于调速效果有很大的影响。现阶段煤矿矿井的提升系统中，大多数的斜井应用单绳单钩提升方式。所以在提升装置下放罐笼减速的过程中，由于罐笼承受荷载的倾斜分力的作用，使得电动机处于发电的状态，发电状态下产生的交流电通过提升设备中的逆变装置续流二极管整流，最终将交流电叠加到变频调速器的直流母线上，提升设备从高速到低速（零速），这时提升设备的频率变化很快，但电动机的转子带着负载有较大的机械惯性，不可能很快的停止，这样就产生反电势（端电压），电动机处于发电状态，其产生反向电压转矩与原电动状态转矩相反，而使电动机具有较强的制动力矩，迫使转子较快停下来，但由于通常变频器是交－直－交主电力AC/DC整流电路是不可逆的，因此无法回馈到电网上去，导致母线产生泵升电压，最终可能对提升设备的其他电气原件造成损坏。所以目前通常采用四象限能量回馈型高压变频器，直接对鼠笼电动机进行驱动，形成完整的电控系统，鼠笼式电动机是由铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成的三相异步电动机。这种电动机相比于其他的电动机具有结构简单、维修期短、价格低廉等优势，所以提升设备的变频调速装置直接驱动鼠笼式电动机，能够提升能量转换效率，避免上述现象发生。图2所示的是煤矿矿井提升设备的变频调速技术改造后的主要配置图[3]。

由以上研究可以看出，煤炭机电领域变频调速技术的应用越来越多，但是仍然存在技术以及经济等方面的问题，还有非常大的发展空间。所以我国煤炭企业要全面推动变频调速技术在机电领域的发展，根据矿井的特殊环境以及井下作业的特点，研究出更多的具有特殊功能的变频调速机电设备，为我国煤炭数字化发展做贡献。

本文作者：孙晓章工作单位：平煤股份