劉立民

摘要：目前在國內(nèi)煤炭行業(yè)電力電子技術已在部份礦務局得到推廣。在現(xiàn)代化礦井中，由于設備大型化，自動化水平較高，噸煤人工費用所占比例不大，而電費所占比例增加，要降低成本，增強競爭力，應重視利用現(xiàn)代調(diào)速技術節(jié)約能量，例如在風機、水泵、帶式輸送機等設備上實現(xiàn)調(diào)速。下面分別談變頻器在煤礦帶式輸送機、礦井提升絞車、乳化。

關鍵詞：變頻器；帶式輸送機；礦井提升設備

前 言

隨著煤礦向大型化方向發(fā)展，新型電力電子器件和高性能微處理器的應用以及控制技術的應用越來越廣泛，設備也向大型化、大功率化方向發(fā)展，因而對電能提出了新的更高的要求。電力電子技術較早用于煤礦是礦井提升機，并且發(fā)展迅速。此外，電力電子技術在先進國家已普遍用于帶式輸送機的調(diào)速或帶式輸送機起動控制、風機調(diào)速（包括主通風機和局部通風機）和水泵的調(diào)速。上述設備多采用現(xiàn)代交流調(diào)速，除了可以提高調(diào)速的性能外，更主要可以節(jié)省能源。液泵站的應用。

一、帶式輸送機

變頻器在國內(nèi)煤礦的應用主要集中在帶式輸送機上。變頻技術在最近二十年飛速發(fā)展，在部分煤礦企業(yè)獲得了廣泛應用，例如雙鴨山礦業(yè)集團新安礦、七星礦等。運用變頻器對帶式輸送機的驅(qū)動進行改造，將給用戶帶來極大的社會和經(jīng)濟效益：第一，真正實現(xiàn)了帶式輸送機系統(tǒng)的軟起動。運用變頻器對帶式輸送機進行驅(qū)動，運用變頻器的軟起動功能，將電機的軟起動和皮帶機的軟起動合二為一，通過電機的慢速起動，帶動皮帶機緩慢起動，將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機在起動過程中形成的張力波極小，幾乎對皮帶不造成損害。第二，實現(xiàn)皮帶機多電機驅(qū)動時的功率平衡。應用變頻器對皮帶機進行驅(qū)動時，一般采用一拖一控制，當多電機驅(qū)動時，采用主從控制，實現(xiàn)功率平衡。在雙鴨山礦業(yè)集團新安礦順槽皮帶為2×200KW/660V電機驅(qū)動，采有主從控制后，輕載時主從電機電流相差5A左右，滿載時相差2A左右。第三，降低皮帶帶強。采用變頻器驅(qū)動之后，由于變頻器的起動時間可在1S～3600S可調(diào)，通常皮帶機起動時間在60S～200S內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場設定，皮帶機的起動時間延長，大大降低對皮帶帶強的要求，降低設備初期投資。

1.提高系統(tǒng)功率因數(shù)

通常情況下，煤礦用電機在設計過程中放的裕量比較大，工作時絕大部分不能滿載運行，電機工作于滿電壓、滿速度而負載經(jīng)常很小，也有部分時間空載運行。由電機設計和運行特性知道，電機只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數(shù)最佳，輕載時降低，造成不必要的電能損失。這是因為當輕載時，定子電流有功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻器驅(qū)動后，在整個過程中功率因數(shù)達0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。

2.提高系統(tǒng)效率

采用變頻器驅(qū)動之后，電機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液體來傳動，而液體的傳動效率比直接硬聯(lián)接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅(qū)動后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力偶合器驅(qū)動的效率要高5%～10%。另外，礦井通常離變電站距離較遠，不同時段電壓波動較大，利用變頻器的自動穩(wěn)壓功能，也有部份節(jié)能作用。 綜上所述，采用變頻器這種技術來改造傳統(tǒng)的帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)，不僅在技術的先進性還是帶來的社會及經(jīng)濟效益方面都是巨大的。

二、礦井提升

礦井提升設備是沿井筒提升煤炭、礦石、升降人員和設備、下放材料的大型機械設備。因此，礦井提升設備在礦井生產(chǎn)的全過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)過程中，如果提升設備出了故障，必然造成停產(chǎn)。此外，礦井提升設備是一大型的綜合機械——電氣設備，其成本和耗電量比較高，所以，在新礦井的設計和老礦井的改建設計中，確定合理的提升系統(tǒng)時，必須經(jīng)過多方面的技術經(jīng)濟比較，結(jié)合礦井的具體條件，保證提升設備在選型和運轉(zhuǎn)兩個方面都是合理的，即要求礦井提升設備具有經(jīng)濟性。傳統(tǒng)的提升系統(tǒng)中，電機的調(diào)速方式為電機轉(zhuǎn)子串電阻分級調(diào)速。隨著電力電子技術的發(fā)展，電機轉(zhuǎn)子串電阻分級調(diào)速的方式其弊端越來越明顯：第一，控制精度差。第二，工作可靠性不高。第三，維護工作量大。第四，耗能。電機轉(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，在整個調(diào)速過程中，大量的電能被消耗在電阻上，非常不經(jīng)濟。第五，穩(wěn)定性較差。電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，當在低速段運行時，穩(wěn)定性差。在整個調(diào)速過程中其節(jié)能方式表現(xiàn)為兩個方面：

1.提升狀態(tài)的節(jié)能

當提升絞車處于向上提升狀態(tài)時，電機工作于電動狀態(tài)，由于提升絞車屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，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)

當提升絞車處于下放狀態(tài)時，此時電機工作于發(fā)電狀態(tài)，將勢能轉(zhuǎn)化為電能。如果變頻器采用的是能量回饋型變頻器，變頻器將會把這種電能回饋回電網(wǎng)。一臺無極繩絞車采用變頻改造后，其節(jié)能效果達30%左右。此變頻器為能耗制動型，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。

3.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。平時液壓支架基本不動，但乳化液泵仍長時工作，耗能巨大。如果采用變頻驅(qū)動，采用壓力傳感器形成閉環(huán)恒壓控制，當移動液壓支架時，乳化液泵提高液體流量，維持變力不變；當不移動液壓支架時，乳化液泵提供小流量液體維持壓力不變，實現(xiàn)恒壓控制。采用變頻器驅(qū)動乳化液泵，節(jié)能效果明顯。例如煤礦井下一臺55KW/660V變頻器用于乳化液泵，經(jīng)測算，其節(jié)能效果達50%左右。另外，采用變頻器之后，降低了電機和泵的轉(zhuǎn)速，對機械部份的磨損將減小許多，延長了設備檢修期。在部分煤礦，主扇也已采用了變頻技術，但目前變頻器在煤礦的應用主要還是集中在皮帶機和絞車上。隨著技術的發(fā)展，相信變頻技術將象國外發(fā)達國家一樣在煤礦得到廣泛應用。

參考文獻：

[1]《變頻器原理及應用（第2版）》.機械工業(yè)出版社，編者：王廷才.

[2]《變頻器控制技術》.電子工業(yè)出版社，作者：李方園.

[3] 參考了現(xiàn)場調(diào)研有關技術資料等.