摘要:改革開放以來，我國礦業(yè)事業(yè)取得了長足發(fā)展，為強(qiáng)國之夢奠定了重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但與此同時(shí)，也面臨著“資源約束趨緊、產(chǎn)能利用率低、投入產(chǎn)出率低”等問題。以上問題嚴(yán)重制約礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展，國家實(shí)施十三五期間，穩(wěn)步推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，對(duì)礦業(yè)提出了“加快傳統(tǒng)礦業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高礦產(chǎn)資源節(jié)約集約”的重要指示，礦業(yè)普遍問題是電力消耗大、用電效率低，如何有效解決此問題建立安全、綠色、高效、和諧的美麗礦井，成為我們煤礦人的首要目標(biāo)。本文通過分析變頻器在煤礦機(jī)電工程中的應(yīng)用進(jìn)行一定分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)進(jìn)行提出下文。
關(guān)鍵詞:變頻技術(shù);煤礦企業(yè);機(jī)電工程;應(yīng)用;分析
隨著生產(chǎn)煤礦開采面數(shù)量不斷增加與不斷地開拓井巷，“采掘機(jī)運(yùn)通”及排水系統(tǒng)的電力需求也不斷提高，為使電力系統(tǒng)在負(fù)荷急劇增加的情況下依舊保持安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行成為一個(gè)關(guān)鍵問題。通常情況下，傳統(tǒng)解決方式是擴(kuò)增電力系統(tǒng)容量，但此方式成本昂貴。因此平衡傳統(tǒng)方式單一擴(kuò)增電力容量與設(shè)備端增設(shè)變頻設(shè)備技術(shù)改造兩者相結(jié)合成為比較理想經(jīng)濟(jì)選擇。本文首先分析變頻設(shè)備工作原理和結(jié)構(gòu)，其次分析變頻器在煤礦中的應(yīng)用，最后對(duì)變頻器在當(dāng)今企業(yè)重要性進(jìn)行論述。
1關(guān)于變頻設(shè)備工作原理
變頻器的基本作用就是將工頻(我國50Hz)電源變?yōu)殡妷号c頻率可調(diào)的三相交流電。按變頻器的工作原理將其分為交—直—交變頻器和交—交變頻器兩種。交—交變頻器是將工頻交流直接變換成電壓和頻率均可控制的交流電。而交—直—交變頻器則是先將工頻交流電通過整流器變?yōu)橹绷麟�，然后通過逆變器變換成電壓和頻率均可控制的交流電。交—直—交變頻器的基本構(gòu)成如圖1，由主電路、整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器及控制電路組成。(1)整流器作用是將三相或單相交流電整流成直流電，其輸入為正弦波輸出為非正弦波且?guī)в胸S富的諧波。(2)中間直流環(huán)節(jié)又稱中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)用于緩沖與電機(jī)之間的無功能量的緩沖。(3)逆變器作用是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)電壓和頻率三相交流電輸出，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦。交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位:n=60f(1－s)/p式中n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，f異步電動(dòng)機(jī)的頻率，s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，通過改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，變頻調(diào)速的核心原理是保持電機(jī)磁通恒定進(jìn)而確保電機(jī)有效工作從而達(dá)到理想的調(diào)速功能和經(jīng)濟(jì)效果。變頻調(diào)速核心有兩種，一種是“V/F控制”，特點(diǎn)是簡單實(shí)用、使用廣泛、性能一般，其主要原理是通過保證輸出電壓及頻率恒定就能近似保持電機(jī)磁通恒定，但低頻時(shí)定子阻抗壓降會(huì)導(dǎo)致磁通下降，此時(shí)需將輸出電壓適當(dāng)提高保持磁通穩(wěn)態(tài)。二是“矢量控制”，其特點(diǎn)是性能優(yōu)良、可與直流調(diào)速相媲美。其原理是采用矢量坐標(biāo)變換來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)定子勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制從而保持電機(jī)磁通的恒定。
2變頻器在煤礦中的應(yīng)用分析
變頻器作為一種高效節(jié)能設(shè)備在通用設(shè)備范疇中廣泛應(yīng)用在含有電機(jī)的設(shè)備諸如水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備上，為節(jié)能降耗發(fā)揮了重要作用。在我國礦山企業(yè)，變頻器除在以上通用設(shè)備廣泛應(yīng)用外，還在礦業(yè)專用設(shè)備諸如提升設(shè)備、輸送設(shè)備發(fā)揮著節(jié)能作用。在我國礦山企業(yè)(露天礦除外)，礦井開拓方式多采用斜井形式。在雙提升井筒開拓方式中，主井(輸送機(jī))擔(dān)負(fù)輸煤，副井(提升機(jī))擔(dān)負(fù)設(shè)備、材料、矸石等輔助提升，副井提升機(jī)是溝通井上下的紐帶，其用電量占礦山耗電量10～15%，以5米直徑滾筒單繩纏繞式提升機(jī)為例，其最大靜拉力260kN最大靜拉力差180kN，最大提升速度14m/s。由于提升負(fù)載多變且提升機(jī)驅(qū)動(dòng)力范圍大，出于對(duì)提升安全的考慮針對(duì)不同性質(zhì)、重量、輸送要求的設(shè)備材料有相應(yīng)提升速度，這就對(duì)提升機(jī)電機(jī)的調(diào)速和功率輸出提出比較高的要求。而帶式輸送機(jī)廣泛用于煤礦地面、井下和選煤廠，帶式輸送機(jī)常以多臺(tái)銜接，構(gòu)成完整連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)。帶式輸送機(jī)工作原理是以輸送帶按預(yù)定方式纏繞在若干個(gè)滾筒件，并使之張緊，再由其中的傳動(dòng)滾筒摩擦驅(qū)動(dòng)，拖動(dòng)輸送帶沿著由托輥組成的滾道作連續(xù)循環(huán)運(yùn)行。物料在收料點(diǎn)送入輸送帶，隨帶位移，至卸料點(diǎn)卸下，實(shí)現(xiàn)物料的定距輸送。因帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)及輸送不規(guī)律重量料時(shí)需電機(jī)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)速和功率輸出。以上煤礦專用設(shè)備關(guān)鍵問題都集中在調(diào)速和功率輸出。煤礦用提升機(jī)、輸送機(jī)其構(gòu)成電機(jī)按性能不同可分為直流電機(jī)、同步電機(jī)、異步電機(jī)。采用直流電機(jī)的提升機(jī)、輸送機(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和良好的啟、制動(dòng)性能并且在較寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，但缺點(diǎn)也十分明顯其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴、維護(hù)成本高。采用同步電機(jī)的提升機(jī)、輸送機(jī)具有轉(zhuǎn)速恒定及功率因數(shù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)但其缺點(diǎn)也較多首先結(jié)構(gòu)復(fù)雜其次價(jià)格昂貴再次啟動(dòng)麻煩最后是維護(hù)成本高。采用異步電機(jī)的提升機(jī)、輸送機(jī)在各行業(yè)使用廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。但相比直流電動(dòng)機(jī)其啟動(dòng)性能和調(diào)速性能差，而與同步電機(jī)相比其功率因數(shù)不高。傳統(tǒng)礦井使用異步電機(jī)的提升機(jī)通常采用電阻調(diào)速，而這種調(diào)速方式有兩點(diǎn)明顯缺點(diǎn)一是在調(diào)速過程中電阻熱功率大電能損耗多，二是調(diào)速功能差有明顯的的遲滯感和階梯性。為了到達(dá)節(jié)電降耗傳與后期維護(hù)運(yùn)行兩者的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效果，采用異步電機(jī)提升機(jī)配用相適變頻器成為首選。
3頻器在現(xiàn)在企業(yè)的應(yīng)用
隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，為滿足了可調(diào)速、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等多項(xiàng)要求，變頻設(shè)備在當(dāng)今衍生出啟動(dòng)電流限制功能、轉(zhuǎn)矩提升功能、多段速運(yùn)行功能、柔啟動(dòng)柔停車功能、直流制動(dòng)功能、能量回饋功能、多點(diǎn)異地控制功能，缺相、過載、過流、過壓、過熱、欠壓等全方位保護(hù)功能，變頻技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用是現(xiàn)代化企業(yè)對(duì)原始啟動(dòng)、調(diào)速的一場革命。變頻技術(shù)在獲得了自動(dòng)化控制的同時(shí)給企業(yè)帶來了安全、環(huán)保、節(jié)能、減少故障率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面的益處。
參考文獻(xiàn):
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