变频调速技术原理及其在矿产系统中的应用思考|交流变频调速技术原理

时间：2019-04-12 03:32:10　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要在对变频调速技术原理及其优点进行论述的基础上，分析了变频调速技术在煤矿带式运输机以及提升机中的应用。　　关键词变频调速；煤矿系统；煤矿提升机　　中图分类号 TP274.2 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0174-02
　　当前，在我国煤矿提升系统及运输设备的调速系统中，主要采用的依然是交流绕线电阻的调速方式，相关的调速设备包括继电器、触点型接触器等，其结果负责，且电气的接触点容易受电弧烧伤，且长时间置放于空气中也容易被氧化，且功耗相对较大。随着矿井的现代化建设，必须对矿井的调速设备进行改造。而变频调速技术成为了该技术实现的一个有效途径和方式。
　　1 变频调速技术原理及其优点
　　1.1 变频调速技术的原理
　　传统的煤矿调速系统采用的是交流电阻调速方式，在运行的过程中存在着使用效率较低，功耗大等方面的问题。而变频调速技术，就是通过对改变调速电机的输入电源的频率的方式，使得电机的转速得到改变。其使用的根本原理就是根据电机的负载情况及其变化要求对电机的电流频率进行改变，并结合电压的变化与调节，在电机不同转速的情况下，确保其具有最高的运行效率，进而实现降低电机功耗，改善电机启动性能，降低电机及其附属设备免于遭受瞬时冲击，延长电机工作寿命，同时还能提高煤矿设备工作精确程度的目的。根据相关资料的调查，采用变频调速技术的煤矿系统可以使得其功耗降低40％左右。
　　1.2 煤矿调速设备采用变频调速技术的优点
　　随着电子技术以及网络控制技术的不断发展，新型的大型功率器件得到了不断的开发和应用，采用变频调速技术的调速设备在各种机械及电器设备中得到了广泛的应用。在煤矿系统中主要以对既有的提升机电控设备的改造及应用为主。传统的交流调压调速设备主要的优势是系统简单，价格低廉，而变频调速技术的优点在于具有较大的调速范围，速度的平滑性能极好，能达到很大的控制精度，电机的响应速度很快，且具有较硬的机械特性，同时可以实现四象限可逆运行等。在调速性能方面基本上可以与直流调速方式相媲美。更重要的一点是变频调速系统在节能方面具有明显的优势。例如，在对交流电机进行驱动时，由于电机一般不会在最大符合下运行，在采用变频调速技术后可以使得系统具有更高的能量转换效率，尤其是对电机在加速及爬行运行过程中进行控制，能够有效的提高其运行效率，达到降低能耗的目的。同时，还可以最大限度的降低系统的运行与维护成本，促进煤矿系统朝着节能、安全、高效的方向发展和提高。
　　2 变频调速技术在煤矿系统中的应用
　　2.1 变频调速技术在带式运输机中的应用
　　这里采用VACON公司与上海申地公司生产的BPJl-250/660型矿用安全变频设备及对应的控制系统。其中，其采用的变频器是由32位CPU进行控制，并使用具有当前先进水平的绝缘栅双极晶体管作为功率输出器件。其使用的脉冲宽度调制开关具有较高的频率，采用的磁通电流控制功能可以有效的改善电机的动态响应及机械特性。多个变频器的连接方式为主从联动，主机与变频器的数据交换采用的是RS485接口是吸纳。该系统的变频调速拖动系统原理如图1所示。
　　2.1.1 变频设备的主电路
　　变频设备的主电路包括：输入、整流、滤波、逆变四个主要部分。输入的三相交流电经过整流与滤波设备之后成为直流，然后经过逆变设备逆变成为电压、频率可以任意调整的三相交流点。在直流中间环节并联有大电容，在其作用下使得主电路的直流电压处于一个平稳变化的状态，其内阻变化较小，具备电压电源的特性。在调速系统当中，由于电机属于感性负载，其中并联的电容同时也起到了缓冲无功功率的储能作用。逆变电路中采用的是绝缘栅双极晶体管，其每个桥臂都包括一个绝缘栅双极晶体管和一个反向并联的二续流二极管。其中的续流二极管主要是给负载的滞后电流提供一个和直流电源形成反馈的通道。同时，为了达到减少电流谐波的影响，提高电机的运行性能，这里采用的是对称的三相正弦波电源，而逆变器的控制方式为正弦波脉宽调制（SPWM），使得电网的侧功率因数以及波形等得到了明显的改善，其主电路原理如图2所示。
　　2.1.2 变频器主从机的控制
　　四个变频器之间通过RS485+的转换模块实现数据的相互交换。在使用的过程中可以将其中任意一个设为主机，并作为变频器群控当中的首机，在实际的控制过程中只对主机进行控制就能够实现对其他从机的运行控制，形成了一个良好的主、从关系控制运行范式。在设置的过程中，将主机与从机的相关事件参数设置为一致，诸如加减速时间等。在机群全部停机或者是从机单独和电机连接时，可以采用单独点动运行的方式。在对主、从机的功率平衡进行调整是，通过显示屏对功率平衡系数进行调整，实现0％～200％之间可调。一旦主从机不平衡度超过设定值，两者将自动对运行参数进行调整，确保主从机的功率平衡。
　　2.2 变频调速技术在提升机中的应用
　　如上面所述，传统煤矿系统提升设备的调速系统采用的是交流电阻式调速，存在着若干的缺点。为了克服这些缺点，应该采用变频调速技术和相关的设备对之加以改造，最终实现在全频率范围之内对电机的恒转矩控制目的。就煤矿系统中用到的提升机而言，一般可以通过这样两种改造方案实现变频调速设备的改造：两象限变频器带能耗制动以及四象限能量回馈变频器。根据煤矿中所采用的提升设备及使用要求，可以采用不同的改造方案。对于双筒提升机，由于经常处于工作状态，一般采用两象限变频器带能耗制动的方式，其节能率在15％～20％之间。而对于单绞筒提升机，或者是经常处于负力提升状态的提升设备，一般以采用四象限能量回馈变频器的改造放啊，其节电率可以达到30％～35％。煤矿提升设备的变频调速改造方案如图3所示。
　　采用变频调速方案的煤矿提升设备具有五个方面的优点：①控制精度较高，一般的变频器都采用磁通矢量控制的方式，这样就使得交流电机的调速控制效果几乎可以和直流电机的调速性能相媲美，达到极高的控制精度，同时能够适应矿井的自动化改造；②具有极高的工作可靠性。由于变频器都采用了寿命较长的电子器件，其保护功能较为完善，在用于绞车等提升设备中可以提高工作的可靠程度；③降低了对设备的维护时间，提高了设备的额运行效率；④具有较宽的调速范围。由于变频调速属于无级调速，在电机低速工作时也具有良好的稳定性，在调速过程中可以较小对缆绳的冲击，提供缆绳的使用寿命；⑤采用变频器之后，传统的电控调速设备空间大大的减小，电控设备控制室的占地面积大大减小。
　　3 结束语
　　变频调速技术在对交流设备运行速度的控制方面具有先天的优势，在采用了变频器调速技术对煤矿系统的带式运输机及提升设备改造之后，使得煤矿系统在技术先进性和社会、经济效益等方面具有极大的优势。同时，使用变频调速设备之后，有效的降低了煤矿系统设备的日常维护工作量，减少了井下操作人员的工作强度，改善了工作人员的工作环境。
　　参考文献
　　[1]张可程,郭福伟,刘涛.变频调速在煤矿运输系统中的应用[J].电机与控制应用,2008,35(12):36-39.
　　[2]仝庆居,步召轩.变频调速技术原理及其在煤矿系统中的应用[J].科技创新导报,2010,17:64.
　　[3]陈旭,马少华,徐瑞洁.矿井提升机变频调速方案的研究[J].黑龙江科技信息,2009,6:179-180.
　　[4]刘士栋,徐清波.变频调速技术分析及在煤矿带式输送机中的应用[J].中国煤炭,2006,32(3):44-46.

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