变频技术在现代煤矿机电设备的运用

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摘要：在介绍变频技术主要优点的基础上，以煤矿风机为例，对变频技术在现代煤矿机电设备中的应用进行深入分析，为变频技术在煤矿工业实现全面普及提供可靠参考依据。

关键词：变频技术；现代煤矿；煤矿机电设备

煤炭是中国的主要能源。中国煤炭行业有着很大的节能潜力。目前，节能已成为中国重要国策，但在实际生产中依然存在能源浪费情况。对此，为推动国民经济快速发展，促进能源的节约与综合利用，依据现阶段基本政策，并结合产业实际发展情况，需要对煤矿机电设备实施全面的节能改造，这对进一步提高装备自动化与现代化，并增加经济效益都有重要作用和现实意义。变频技术就是能实现以上目标的重要手段。

1变频技术主要优点

1.1减小电压波动。在电机工频启动过程中，不仅电流快速增加，而且电压也会以很大的幅度发生波动，其下降幅度主要受电机功率及配网容量2个因素的影响。如果电压下降，将使电压敏感设备因为故障而发生跳闸。针对这一问题，应用变频技术后，因其可实现在零频零压条件下的正常逐步启动，所以能在很大程度上减小电压波动[1]。1.2减少对电网造成的冲击。电机的功率和电流、电压两者乘积成正比，经工频直接启动之后，电机实际消耗的功率会远远超过变频启动过程中需要的功率。通常情况下，在直接工频启动后都会产生一定的电涌，对其他用户正常供电造成影响，导致峰谷差值增大。此时，若采用变频技术控制电机的启动和停止，将能从本质上消除以上问题。1.3实现对加速功能的控制。在工频启动过程中，电机和电机相连的部件都会产生振动，使机械部分的磨损加剧，缩短了部件及电机使用寿命。若能采用变频技术，则可以进行零速启动，同时根据用户要求实现平滑加速，选择适宜的加速曲线，如自动加速、直线型加速或S型加速，进而解决以上问题。1.4实现对运行速度的控制。利用变频技术能实现对整个工艺过程的优化，使运行速度切实满足生产工艺提出的要求。通过内置PID（比例、积分、微分控制），能达到无级调节的目标，此外利用PLC（可编程逻辑控制器）技术还能对运行速度进行远程调节。1.5实现对转矩极限的调节。采用变频技术实现调速后，还能通过对转矩极限的调节来进一步保证生产工艺的连续性及产品质量可靠性。现在的变频技术除了能对转矩极限进行调节，还能将控制的精度提高3%～5%。然而，如果在工频状态下，电机仅可通过对电流的检测来控制，根本无法像变频控制那样实现对转矩的精确控制[2]。1.6实现对停止方式的控制。与对加速功能的控制相同，采用变频技术后，也能使停止方式得到控制，同时还能选择多种停止方式，能有效减少对设备机械部分造成的冲击，进而提高整个系统的安全水平，起到延长设备使用寿命的作用。1.7实现对启动电流的控制。电机在工频启动过程中，会产生比额定电流大数倍的启动电流，该电流会带来很大的热量，使电机使用寿命缩短。采用变频技术后，能做到零速零压启动，从根本上减小启动电流，从而减少维护费用，延长电机使用寿命。1.8实现可逆运行控制。采用变频技术后，无需加设可逆控制装置即可实现可逆运行控制，仅需要对输出电压相序进行适当改变。这样能大幅减少维护费用，并节省设备安装空间。1.9减少机械传动产生的磨损。采用变频技术能直接进行高效转矩输出，减少机械传动类的部件，形成以变频技术为核心的新传动系统，在减少磨损和降低成本的同时，保证了系统运行的稳定性[3]。

2变频技术在现代煤矿机电设备中的运用

以煤矿风机为例对变频技术在现代煤矿机电设备中的应用进行探讨。煤矿风机作为煤矿重要的机电设备之一，目前大多以满负荷工作过程中的风需用量为依据进行选型。而在实际应用过程中，满负荷状态持续时间并不长。在这种情况下，就可采用变频技术对风机进行控制。借助在变频器中内置的PID软件，对电动机实际转速予以调节，使其风量始终保持恒定，在满足工况实际要求的同时，进行闭环恒压或恒流控制，最终使节能效率得到大幅提高[4]。因变频技术的应用能使大功率电机进行软停与软启，所以能防止在启动过程中产生电压冲击，降低电动机故障发生的概率，延长其使用寿命，同时对电网容量也不会提出太高的要求。当风机的实际转速从n1变成n2时，风机风量、风机风压和风机功率有如下关系：Q2=Q1n2n1nn，(1)H2=H1n2n1nn2，(2)P2=P1n2n1nn3，(3)式(1)～(3)中，Q1、Q2为风机风量，m3/min；H1、H2为风机风压，Pa；P1、P2为风机功率，kW；n1、n2为风机实际转速，r/s。从式(1)～(3)可看出，风机风量和风机转速为正比关系，风机风压和风机转速平方为正比关系，风机功率和风机转速立方为正比关系。基于此，在理想条件下，风机功率和风机转速具有如表1所示的关系。从表1数据可知，如果风机风量需求降低，则对风机转速进行调节能起到节能效果。比如，实际风机风量需求减少一半时，只需要12.5%的风机功率即可满足需求，进而节省了87.5%的电能。若采用传统方法对风机风量进行调节，尽管也可以实现对风量的控制，但毫无节能效果。在风机中采用变频技术后，能达到以下效果：a)利用变频器对电机实际转速进行控制，直接取消挡板，既能降低装备故障发生率，又能保证节能效果；b)利用变频器对电机进行控制，能使电机实现软启动，避免了不必要的磨损，有效延长设备及整个系统的使用寿命，并减小对电网对其他部分造成的冲击；c)电机运行于比额定转速低的情况下，能有效降低噪声，从而改善煤矿施工环境；d)实现过载自动保护、过压自动保护、过流自动保护和电源缺相自动保护[5]；e)使电机实际运转状态更加灵活和多样，既能手动控制，也能自动控制，而且支持两者间随时切换，同时还具备和其他控制装置实现电气联锁的条件，为后续的自动化改造创造良好条件；f)变频器的安装不会对现有配电设施及环境造成破坏，也不会对实际生产造成任何影响；g)风机风量的调节仅需通过操作电位器的旋钮即可完成，操作十分方便。

3结语

a)变频技术具有能减小电压波动、减少对电网造成的冲击、实现对加速功能的控制、实现对运行速度的控制、实现对转矩极限的调节、实现对停止方式的控制、实现对启动电流的控制、实现可逆运行控制、减少机械传动产生的磨损等优点，是煤矿生产机电工程的研究重点；b)通过对变频器的安装设置及PID软件的使用，能实现对煤矿风机的变频控制，真正使风机运行在符合实际要求的负荷条件下，改变过去依赖挡板进行风量调节的方式，在保证风机运行稳定性的同时，极大地减少了电能消耗，并具备多种自动保护功能，为其他控制装置后续接入创造良好条件，改善煤矿生产环境。

参考文献：

［1］冯刚，李建国.变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践［J］.电子技术与软件工程，2014(20)：126-127.

［2］吕晓伟.现代煤矿机电工程中变频技术的应用研究［J］.科技创新与应用，2015(18)：20-21.

［3］张洪革.变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践［J］.建材与装饰，2017(15)：266-267.

［4］梁慧敏.变频技术在现代煤矿机电工程的应用实践［J］.内蒙古煤炭经济，2016(10)：102.

［5］许超超.分析变频技术在现代煤矿机电工程中的应用实践［J］.山东工业技术，2018(11)：201-202.

作者:武腾飞 单位:西山煤电股份有限公司马兰矿