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變頻器礦山行業(yè)應(yīng)用
變頻器礦山行業(yè)應(yīng)用
變頻器的技術(shù),，如果要從教科書上去找理論基礎(chǔ),，可以歸結(jié)到電力電子技術(shù)這一學(xué)科,。電力電子技術(shù)是借助于半導(dǎo)體功率器件（IGBT一類的）對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和優(yōu)化利用的技術(shù),。對(duì)銷售或者對(duì)公司來(lái)說(shuō),，可以稱為機(jī)電一體化的產(chǎn)品。
變頻器的普及,，可以理解成一種電源,。什么電源呢？我們知道變壓器的作用是起到電壓轉(zhuǎn)換的過(guò)程,。比如升壓變壓器,，降壓變壓器，自耦變壓器等等,，甚至電抗器等,，輸入電壓和輸出電壓或升高或降低，或不變,，實(shí)現(xiàn)的都是能量的傳遞,。普傳變頻器是通過(guò)改變電網(wǎng)的電壓和頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞的一個(gè)裝置，所以可以理解成一個(gè)電源,。工業(yè)中大多的用電要求是三相380伏,、50赫茲的，普傳變頻器就是把這個(gè)電源調(diào)制成0-380伏,，0-50赫茲,。
從拖動(dòng)系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō),，一個(gè)工藝流程包括控制、驅(qū)動(dòng),、執(zhí)行,、負(fù)載這四個(gè)環(huán)節(jié)?？刂浦傅檬遣僮鞑糠?，比如上位機(jī)，普通操作箱,，控制柜,、可編程序邏輯控制器等；驅(qū)動(dòng)就是我們的產(chǎn)品,，包括普傳變頻器,、伺服電源等；執(zhí)行部分就是電機(jī)或者伺服電機(jī),；負(fù)載就是我們說(shuō)的什么風(fēng)機(jī)了,、水泵了、空壓機(jī)了等等,。
在礦上的推廣可以如下理解：
應(yīng)用*改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè),。
電力技術(shù)最早用于礦山上，是在礦井提升機(jī)上,。發(fā)達(dá)國(guó)家也用于皮帶輸送機(jī),、風(fēng)機(jī)、水泵等,。
帶式輸送機(jī)：
普傳變頻器在國(guó)內(nèi)煤礦的應(yīng)用主要集中在帶式輸送機(jī)上,。皮帶是一個(gè)彈性體，在靜止或運(yùn)行時(shí)皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量,，在皮帶機(jī)起動(dòng)過(guò)程中,，如果不加設(shè)軟起動(dòng)裝置，皮帶內(nèi)貯藏的能量將很快釋放出去,，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去,。過(guò)大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此,，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,，帶式輸送機(jī)必須加設(shè)軟起動(dòng)裝置。目前煤礦采用的軟起動(dòng)裝置絕大部分是液力偶合器,。液力偶合器雖然能部分解決皮帶機(jī)的軟起動(dòng)問(wèn)題,，但與普傳變頻器驅(qū)動(dòng)相比，仍具有明顯的劣勢(shì)：首先,，采用液力偶合器時(shí),，電機(jī)必須先空載起動(dòng)。工頻起動(dòng)時(shí),，最初的電流很大,，為電機(jī)額定電流的4--7倍。大的起動(dòng)瞬間電流會(huì)在起動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生沖擊,，引起電機(jī)內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力發(fā)生變化,，對(duì)機(jī)械部分造成嚴(yán)重磨損甚至損壞。同時(shí)還將引起電網(wǎng)電壓下降,，影響到電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行,，因此，大容量的皮帶機(jī)還必須附加電機(jī)軟起動(dòng)設(shè)備,。其次,，液力偶合器長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)，引起液體溫度升高,，熔化合金塞,， 引起漏液， 增大維護(hù)工作量,，污染環(huán)境,。第三，采用液力偶合器時(shí),，皮帶機(jī)的加載時(shí)間較短,，容易引起皮帶張力變化，因此對(duì)皮帶帶強(qiáng)要求較高,。第四,，一般的皮帶機(jī)都是長(zhǎng)距離大運(yùn)量，通常都是多電機(jī)驅(qū)動(dòng),，采用液力偶合器驅(qū)動(dòng),，很難解決多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,。變頻技術(shù)在最近二十年飛速發(fā)展,，在部分煤礦企業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用，例如晉城煤業(yè)集團(tuán),、潞安礦務(wù)局,、淮北礦務(wù)局等。
運(yùn)用普傳變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改造,，將給用戶帶來(lái)很大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益：第一,，真正實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟起動(dòng)。運(yùn)用普傳變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),，運(yùn)用普傳變頻器的軟起動(dòng)功能,，將電機(jī)的軟起動(dòng)和皮帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一,，通過(guò)電機(jī)的慢速起動(dòng)，帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng),，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放,，使皮帶機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中形成的張力波極小，幾乎對(duì)皮帶不造成損害,。第二,，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡。應(yīng)用普傳變頻器對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí),，一般采用一拖一控制,，當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，采用主從控制,，實(shí)現(xiàn)功率平衡,。在晉城煤業(yè)集團(tuán)王臺(tái)二號(hào)井順槽皮帶為2×200KW/660V電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采有主從控制后,，輕載時(shí)主從電機(jī)電流相差5A左右,，滿載時(shí)相差2A左右。第三,，降低皮帶帶強(qiáng),。采用普傳變頻器驅(qū)動(dòng)之后，由于普傳變頻器的起動(dòng)時(shí)間可在1S～3600S可調(diào),，通常皮帶機(jī)起動(dòng)時(shí)間在60S～200S內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定,，皮帶機(jī)的起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，大大降低對(duì)皮帶帶強(qiáng)的要求,，降低設(shè)備初期投資,。第四，降低設(shè)備的維護(hù)量,。普傳變頻器是一種電子器件的集成,，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長(zhǎng),，大大降低設(shè)備維護(hù)量,。同時(shí)，利用普傳變頻器的軟起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng),，起動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)械基本無(wú)沖擊,，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部份的檢修量。如晉城煤業(yè)集團(tuán)王臺(tái)二號(hào)井順槽皮帶采用普傳變頻器驅(qū)動(dòng)后,，僅皮帶扣一項(xiàng)年節(jié)約費(fèi)用就達(dá)一萬(wàn)多元,。第五，節(jié)能,。在皮帶機(jī)上采用變頻驅(qū)動(dòng)后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個(gè)方面,。 1,、 提高系統(tǒng)功率因數(shù) 通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中放的裕量比較大,，工作時(shí)絕大部分不能滿載運(yùn)行,，電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小,，也有部分時(shí)間空載運(yùn)行。由電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行特性知道,，電機(jī)只有在接近滿載時(shí)才是高,、功率因數(shù)最佳，輕載時(shí)降低,，造成不必要的電能損失,。這是因?yàn)楫?dāng)輕載時(shí)，定子電流有功分量很小,，主要是勵(lì)磁的無(wú)功分量,，因此功率因數(shù)很低。采用普傳變頻器驅(qū)動(dòng)后,，在整個(gè)過(guò)程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上,，大大節(jié)省了無(wú)功功率。 2,、 提高系統(tǒng)效率采用普傳變頻器驅(qū)動(dòng)之后,，電機(jī)與減速器之間是直接硬聯(lián)接，中間減少了液力偶合器這個(gè)環(huán)節(jié),。而液力偶合器本身的傳遞效率是不高的,，并且液力偶合器主要是通過(guò)液體來(lái)傳動(dòng)，而液體的傳動(dòng)效率比直接硬聯(lián)接的傳動(dòng)效率要低許多,，因而采用普傳變頻器驅(qū)動(dòng)后,，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力偶合器驅(qū)動(dòng)的效率要高5%～10%。另外,，礦井通常離變電站距離較遠(yuǎn),，不同時(shí)段電壓波動(dòng)較大，利用普傳變頻器的自動(dòng)穩(wěn)壓功能,，也有部份節(jié)能作用,。綜上所述，采用普傳變頻器這種技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),，不僅在技術(shù)的*性還是帶來(lái)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益方面都是巨大的,，隨著社會(huì)的發(fā)展，最終在帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)上普傳變頻器將取代液力偶合器的主導(dǎo)地位,，在晉城煤業(yè)集團(tuán),、潞安,、淮北礦業(yè)集團(tuán)的大量應(yīng)用案例已證明了這一點(diǎn)。目前,，在煤礦皮帶機(jī)尤其在主井皮帶機(jī)提升上有過(guò)成功案例應(yīng)用的廠家就成都佳靈和德國(guó)西門子兩家公司,。二、礦井提升礦井提升設(shè)備是沿井筒提升煤炭,、礦石,、升降人員和設(shè)備、下放材料的大型機(jī)械設(shè)備,。它是礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場(chǎng)相聯(lián)接的樞紐,，是礦山運(yùn)輸?shù)难屎恚虼?，礦井提升設(shè)備在礦井生產(chǎn)的全過(guò)程中占著極其重要的地位,，其安全可靠尤為突出。在礦井生產(chǎn)過(guò)程中,，如果提升設(shè)備出了故障,，必然造成停產(chǎn)。輕者,，影響煤炭產(chǎn)量,，重者，則會(huì)危及人身安全,。此外,，礦井提升設(shè)備是一大型的綜合機(jī)械——電氣設(shè)備，其成本和耗電量比較高,，所以,，在新礦井的設(shè)計(jì)和老礦井的改建設(shè)計(jì)中，確定合理的提升系統(tǒng)時(shí),，必須經(jīng)過(guò)多方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,，結(jié)合礦井的具體條件，保證提升設(shè)備在選型和運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)方面都是合理的,，即要求礦井提升設(shè)備具有經(jīng)濟(jì)性,。傳統(tǒng)的提升系統(tǒng)中，電機(jī)的調(diào)速方式為電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)調(diào)速,。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,，電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)調(diào)速的方式其弊端越來(lái)越明顯：第一、 控制精度差,。采用電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,，屬于有級(jí)調(diào)速，在不同速度段的切換中存在速度跳躍，其控制比較粗糙,，定位不準(zhǔn)確,。第二、 工作可靠性不高,。由于在電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)串接的電阻很多,，而在分段調(diào)速過(guò)程中通常采用接觸器短接上一級(jí)電阻，接觸器的壽命主要體現(xiàn)在它的機(jī)械部份的壽命,，機(jī)械部分的壽命比電子式的壽命要短許多,，有時(shí)因電流過(guò)大，致使接觸器的觸點(diǎn)粘在一起,，無(wú)法實(shí)現(xiàn)切換,，從而造成超速等事故發(fā)生，嚴(yán)重影響系統(tǒng)工作的可靠性,。第三,、 維護(hù)工作量大,。由于采用接觸器對(duì)電阻進(jìn)行分段切換,，因此必須經(jīng)常對(duì)接觸器進(jìn)行維護(hù)，大大增加了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度,。第四,、 耗能。電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是一種轉(zhuǎn)差功率消耗型的調(diào)速方式,，在整個(gè)調(diào)速過(guò)程中,，大量的電能被消耗在電阻上，非常不經(jīng)濟(jì),。第五,、 穩(wěn)定性較差。電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,，當(dāng)在低速段運(yùn)行時(shí),，穩(wěn)定性差。因?yàn)檗D(zhuǎn)速越低,，特性越軟,，負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí)，引起的轉(zhuǎn)速變化越大,，使運(yùn)行穩(wěn)定性差,。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和變頻技術(shù)的成熟，國(guó)家明文規(guī)定,，在提升較車系統(tǒng)中,，推薦使用交流變頻調(diào)速器。采用交流變頻大調(diào)速器對(duì)提升絞車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)具有如下優(yōu)勢(shì)：第一， 控制精度高,。通常普傳變頻器都采用磁通矢量控制,，使得交流電機(jī)的調(diào)速性能與直流電機(jī)幾乎相等，控制精度非常高,。第二,， 工作可靠性高。普傳變頻器采用的是電子器件,，壽命長(zhǎng),，且具有完善的保護(hù)功能，用于提升絞車控制時(shí),，其可靠性很高,。第三， 基本無(wú)維護(hù)工作量,，減低了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度,。第四， 調(diào)速范圍寬廣,，屬于無(wú)級(jí)調(diào)速,，低速時(shí)穩(wěn)定性好。第五,， 節(jié)能,。普傳變頻器屬于轉(zhuǎn)差功率不變型的調(diào)速方式，在整個(gè)調(diào)速過(guò)程中其節(jié)能方式表現(xiàn)為兩個(gè)方面： 1,、 提升狀態(tài)的節(jié)能當(dāng)提升絞車處于向上提升狀態(tài)時(shí),，電機(jī)工作于電動(dòng)狀態(tài)，由于提升絞車屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,，其轉(zhuǎn)速降低多大比例節(jié)能就為多大比例,。 2、 下放狀態(tài)當(dāng)提升絞車處于下放狀態(tài)時(shí),，此時(shí)電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài),，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。如果普傳變頻器采用的是能量回饋型普傳變頻器,，普傳變頻器將會(huì)把這種電能回饋回電網(wǎng),。西山焦煤集團(tuán)西銘礦一臺(tái)無(wú)極繩絞車采用變頻改造后，其節(jié)能效果達(dá)30%左右,。此普傳變頻器為能耗制動(dòng)型,，如果采用能量回饋型，其節(jié)能效果將更好,。煤礦企業(yè)中有許多提升絞車,，采用變頻改造后，其節(jié)能效果將十分明顯，現(xiàn)在,，許多新上的絞車系統(tǒng)均已采用變頻驅(qū)動(dòng),。三、 乳化液泵站乳化液泵站主要為液壓支架提供恒定的液體壓力,。平時(shí)液壓支架基本不動(dòng),，但乳化液泵仍長(zhǎng)時(shí)工作，耗能巨大,。如果采用變頻驅(qū)動(dòng),，采用壓力傳感器形成閉環(huán)恒壓控制，當(dāng)移動(dòng)液壓支架時(shí),，乳化液泵提高液體流量,，維持變力不變；當(dāng)不移動(dòng)液壓支架時(shí),，乳化液泵提供小流量液體維持壓力不變,，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。采用普傳變頻器驅(qū)動(dòng)乳化液泵,，節(jié)能效果明顯,。山東淄博礦務(wù)局埠村煤礦井下一臺(tái)55KW/660V普傳變頻器用于乳化液泵，經(jīng)測(cè)算,，其節(jié)能效果達(dá)50%左右,。另外,，采用普傳變頻器之后,，降低了電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)速，對(duì)機(jī)械部份的磨損將減小許多,，延長(zhǎng)了設(shè)備檢修期,。另外，在部分煤礦,，主扇也已采用了變頻技術(shù),，例如寧夏煤業(yè)集團(tuán)等，但目前普傳變頻器在煤礦的應(yīng)用主要還是集中在皮帶機(jī)和絞車上,。