变频技术在现代煤矿机电中的应用

曹宏伟

摘要：变频技术在现代化煤矿机电设备中的广泛应用，对于机电设备的节能化改造起到了重要的作用。文章就变频技术的发展以及在现代煤矿机电设备中的应用进行了分析。

关键词：变频技术；现代煤矿；煤矿机电设备；节能改造；电动机 文献标识码：A

中图分类号：TD63 文章编号：1009-2374（2015）10-0067-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0887

变频技术的核心内容是将电动机的输入电流频率进行改变，从而达到改变电动机输出功率的目的，以此来适应电动机外部负载变化的需求，避免过力输出或者输出不足带来的不稳定工况，提高电动机运行效率。

1 变频技术的发展

随着工业智能化的进一步发展，工业生产中对电动机的控制向着高频化和控制精确化的方向发展，而目前市场上已有最高变频3000kHz的变频器，对同样的二极异步电动机进行调速，最高可达18000r/min，在不增加机械增速装置的前提下，提高了设备运行的可靠性。

2 变频技术在煤矿机电设备中的应用

变频技术的主要应用对象是电动机驱动的各种设备，在煤矿机电设备中主要包括风机系统、提升系统、压缩机系统、采煤机系统、煤炭输送系统、各类泵等。

2.1 风机系统的改进

图1 Harvest-A06-120型变频器外部接口系统

以某矿井主通风机的变频改造为例，在改造之前，风机设计裕量过大，即使通过调节叶片或者改变管网特性依然远远超过所需风量。利用变频器Harvest-A06/120进行改造，主要参数为：输入频率为45～55Hz，额定输入电压6000V±10%，输出频率范围0.5～120Hz，其外部控制系统及接口如图1。在利用电压源型串联多电平脉宽调制高压变频器进行改造后，风机效率由45%提高到78%以上，年均用电量减少920000kWh，同时该矿井风机系统可实现软启动，大大降低了对电网的冲击以及对设备的损坏，降低了人工成本。

2.2 空压机系统的改进

变频技术对于空压机启动方式的变革具有重要的意义。传统的直接启动方式在启动瞬间会产生较大电流，不利于设备的正常使用寿命的保持。采用变频技术可以降低瞬时大电流对于设备的危害，延长使用寿命。

空压机中压风系统的调节一般采用的是压力闭环控制的变频系统，主要利用系统压力检测来对空压机负荷进行调整，当系统内部压力发生变化时，变频系统会根据反馈的压力数值进行补偿调整，最终保持系统内部压力的恒定。采用此种方式进行压风系统的调节，与传统方式相比，响应速度更快，同时能够更加精确地控制风力，保持压风系统较高的可靠性。以唐山矿业某井空压机变频改造为例，对泵房进行变频改造，采用三套ACS800变频控制柜，利用一台PLC集控柜进行控制。其主要参数为：三相输入电压U3in=（380～415）V±10%，U5in=（380～500）V±10%，输出频率0～±300Hz，DTC（直接转矩控制）控制。控制系统原理图如图2所示：

图2 空压机变频控制系统

通过该控制系统，可以实现空压机的一拖三变频调速运转，能够保持系统内的恒定压力控制，实现设备安全可靠运行。与改造前相比，年均可节省电费50余万元；可实现设备自0Hz起的软启动，设备检修周期延长，降低了检修成本。同时还实现了对设备保护功能的进一步完善，完善了设备超压保护、防自启动保护等多种功能，改善了设备的工作环境。

2.3 采煤机的改进

提高采煤机对工作环境的适应性，是采煤机改进的主要方向。工作环境愈加复杂，使传统采煤机的不适应性更加突出。电牵引采煤机在适应性方面有很好的表现，已在许多矿山中得到应用。采煤机的变频调速能力是其工作性能的一大指标。与传统滑差调速相比，变频调速将采煤机的变速性能实现了质的飞跃。

能量回馈型四象限变频器在采煤机中的应用是煤矿机电设备改造的向前迈进一大步的标志，它标志着井下采煤机由“一拖二”向“一拖一”的进步，提高了煤矿开采效率，同时降低了采煤机的故障率以及维修成本。由PLC控制的MG700-WD交流变频调速采煤机，能够将采煤机事故率控制在较低的范围内，同时由于PLC程序的开放性，可以更好地进行人机对话，能够在故障发生时较为准确地定位故障位置。对于采煤机变频调速系统，除去目前市面上已有的成熟产品外，还有很多学者对不同类型的变频调速控制方式进行了研究，目前已有一定的理论基础，有待于在实际生产中进行试验以及普及。

以ALPHA6900系列变频器在采煤机中的应用为例，可实现主从控制功能，同时还可以实现四象限运行，通过PLC控制电路，对变频器的输入输出端口进行实时监控，采集包括转速、转矩等在内的多种信息，确保系统运行的稳定性。其中，采用ALPHA6900系列变频器的电气控制系统可以分为一拖一单/双电机控制方式，通过采煤机工作环境的变化，对其牵引电机的转速进行调整，实现对采煤机设备的有效保护。图3为ALPHA6900变频器控制系统原理图：

图3 ALPHA6900变频器在采煤机控制系统中的应用

3 结语

本文对变频技术应用于煤矿机电设备的改造进行了详细的分析，通过分析不难发现，变频技术不仅能够实现煤矿机电设备的节能化改造，同时还能够提高设备使用的可靠性，延长设备使用寿命。目前应用于煤矿机电设备的变频系统多为通用系统，在调节精确度上有待进一步提高，未来煤矿机电设备变频系统的发展也将向着高频化和精确化进一步发展，以提高设备使用率和煤矿开采效率。

参考文献

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（责任编辑：黄银芳）