變頻調(diào)速器在礦山中的應(yīng)用論文范文

1、 論文題目:變頻調(diào)速器在礦井中的應(yīng)用變頻器在礦井中的應(yīng)用摘要:能源是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和戰(zhàn)略資源，能源問題已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的剛性約束問題。加強(qiáng)節(jié)能降耗是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的必然途徑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年中國煤炭開采分別消耗5086.81104t標(biāo)準(zhǔn)煤和376.04108 kwh，占全國能源消費(fèi)總量的3.86%和3.49%。因此，煤炭行業(yè)可以稱之為中國的第一能源行業(yè)，不僅產(chǎn)能大，而且耗能大，節(jié)能潛力也大。因此，變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用對(duì)提高煤礦生產(chǎn)設(shè)備的效率和節(jié)約能源非常重要。本文主要介紹變頻器在煤礦中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:煤礦變頻器能量調(diào)速應(yīng)用變頻調(diào)

2、速能量守恒第一章導(dǎo)言1.1地雷的分類根據(jù)產(chǎn)品類型，礦山可分為煤礦、金屬礦和非金屬礦。按生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模，可分為大礦、中礦、小礦三類；按開采方式可分為露天開采和地下開采兩大類。1.2露天礦設(shè)備概述露天礦山的特點(diǎn)是設(shè)備大型化，這就需要優(yōu)良的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)來保證這些大型設(shè)備的高效運(yùn)行。露天礦中的這些大型設(shè)備包括用于鉆孔的牙輪鉆機(jī)、用于裝載礦物和巖石的挖掘機(jī)以及用于運(yùn)輸?shù)V物和巖石的大型卡車。它們都要求電傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能。目前，這些大型設(shè)備大多采用DC調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。1.3地下礦山設(shè)備概述地下礦山的生產(chǎn)比露天礦山復(fù)雜。由于井下生產(chǎn)空間狹小，生產(chǎn)設(shè)備環(huán)境潮濕黑暗，粉塵大，噪音大，振動(dòng)大，有坍塌的危險(xiǎn)，工

3、作條件十分惡劣。因此，地下生產(chǎn)設(shè)備的體積是有限的。這些設(shè)備主要是小型化，體積小，重量輕，對(duì)電氣傳輸要求低。但提升、排水、通風(fēng)、壓風(fēng)等固定設(shè)備是地下礦山的重點(diǎn)部門，也是用電大戶。因此，這些設(shè)備的安全運(yùn)行和節(jié)能非常重要。第二章變頻器在露天礦設(shè)備中的應(yīng)用2.1變頻器在挖掘機(jī)上的應(yīng)用挖掘機(jī)用于裝載礦石和巖石，其工作條件非常惡劣，尤其是在爆破效果不佳的情況下挖掘基礎(chǔ)底部時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致沖擊載荷過大，甚至失速。因此，挖掘機(jī)對(duì)電傳動(dòng)系統(tǒng)的要求更高:要求電傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線有較大的包絡(luò)面積和足夠的有用功率；調(diào)速性能好，四象限運(yùn)行，加減速反轉(zhuǎn)快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；要求系統(tǒng)具有良好的制動(dòng)性能，并能回收能量；要求系統(tǒng)運(yùn)

4、行可靠，維護(hù)方便。由于挖掘機(jī)對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的這些特殊要求，目前我國挖掘機(jī)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是DC驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。如WK-4M、WK10、WD-1200、195-B挖掘機(jī)均采用DC發(fā)電機(jī)-DC電機(jī)系統(tǒng)；從美國Harnischfeger公司引進(jìn)制造的P&H-2300XP和P&H-2800XP挖掘機(jī)采用晶閘管變流-DC電機(jī)系統(tǒng)。盡管后者在技術(shù)和效率上比前者更先進(jìn)，但這兩種系統(tǒng)仍然存在DC汽車固有的缺點(diǎn)，如維護(hù)工作量大、效率低。上世紀(jì)90年代末，我國部分礦山從美國B-E公司引進(jìn)了變頻器-鼠籠電機(jī)系統(tǒng)，這是一種全交流挖掘機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。變頻調(diào)速是德國西門子公司開發(fā)提供的電壓型變頻器。以395-B挖掘機(jī)為例做一個(gè)簡單

5、的說明:高壓交流電通過滑環(huán)由電纜引入挖掘機(jī)，6kV經(jīng)1600kVA的主變壓器變成575V，交流電經(jīng)1950A的整流器變成DC，再經(jīng)濾波送至公共DC母線。DC母線上有四臺(tái)容量為750kVA的逆變器，其中兩臺(tái)并聯(lián)，為容量為1066kW的起升電機(jī)供電；第三臺(tái)逆變器為兩臺(tái)容量分別為243kW的旋轉(zhuǎn)電機(jī)供電；第四個(gè)逆變器向容量為294kW推進(jìn)電機(jī)供電。當(dāng)一個(gè)工作機(jī)構(gòu)處于再生制動(dòng)時(shí)，逆變器將再生制動(dòng)能量反饋到公共DC總線，供其他工作機(jī)構(gòu)使用，以充分利用能量。無窮無盡的制動(dòng)能量會(huì)被制動(dòng)電阻消耗掉。實(shí)踐證明，與前兩種DC調(diào)速挖掘機(jī)相比，交流變頻調(diào)速挖掘機(jī)具有節(jié)約電能、調(diào)速性能好、可靠性高、維護(hù)量小、生產(chǎn)效率高

6、、功率因數(shù)高(0.95以上)等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為挖掘機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。2.2變頻器在牙輪鉆機(jī)中的應(yīng)用牙輪鉆機(jī)是露天煤礦，尤其是大型露天煤礦的主要鉆孔設(shè)備。為了使旋挖鉆機(jī)在不同的巖層中保持較好的鉆進(jìn)狀態(tài)，要求鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能根據(jù)巖層的性質(zhì)無級(jí)調(diào)節(jié)速度。鉆機(jī)的升降行走機(jī)構(gòu)也需要無級(jí)調(diào)速。目前，牙輪鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)一般采用DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)。調(diào)速裝置主要有三種:(1)晶閘管DC調(diào)速裝置的牙輪鉆機(jī)有YZ-55、YZ-35、YZ-12；(2)采用美國進(jìn)口的KY-250牙輪鉆機(jī)和45R牙輪鉆機(jī)，配有大功率磁放大器調(diào)速裝置；(3)美國進(jìn)口的60R牙輪鉆機(jī)采用DC發(fā)電機(jī)調(diào)速裝置。變頻調(diào)速技術(shù)在牙

7、輪鉆機(jī)上的應(yīng)用不僅是為了節(jié)能，更重要的是提高鉆機(jī)的生產(chǎn)效率，減少維護(hù)工作量。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電機(jī)安裝在鉆桿頂部，工作條件極其惡劣。過去使用的DC電機(jī)經(jīng)常損壞，維修工作量大，影響了牙輪鉆機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和效率提高。因此，用耐用的交流鼠籠電機(jī)代替DC電機(jī)，用變頻調(diào)速裝置代替DC調(diào)速裝置，已成為公認(rèn)的牙輪鉆機(jī)電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。變頻調(diào)速技術(shù)在牙輪鉆機(jī)中應(yīng)用的難點(diǎn)在于:鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)調(diào)速裝置的性能要求很高，因?yàn)殂@進(jìn)過程中由于巖層的地質(zhì)條件不同，可能會(huì)卡鉆，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)卡死，這就要求調(diào)速裝置的機(jī)械特性曲線具有挖掘機(jī)的特性，具有立即換向、立即重啟和鉆進(jìn)的功能；鉆錐振動(dòng)大，對(duì)調(diào)速設(shè)備的抗振性要求高。2.3電動(dòng)輪汽車的

8、電力驅(qū)動(dòng)目前大型露天煤礦的運(yùn)輸主要采用無軌運(yùn)輸，主要運(yùn)輸設(shè)備是大型汽車，特別是電動(dòng)輪汽車已經(jīng)成為大型露天煤礦的主要運(yùn)輸設(shè)備。這是因?yàn)殡妭鲃?dòng)比的機(jī)械傳動(dòng)更有優(yōu)勢。如調(diào)速性能好，響應(yīng)速度快，調(diào)速平穩(wěn)無沖擊；可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)，充分利用柴油機(jī)的功率，油耗少；安全制動(dòng)、良好的牽引特性等。目前，世界各地的大型露天礦山，包括我國的大型露天礦山，都廣泛使用電動(dòng)輪汽車。電動(dòng)輪汽車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的DC發(fā)電機(jī)-DC電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)-交流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，通過控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，人們也在探討將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)輪汽車電驅(qū)動(dòng)的可能性。但目前還沒有

9、成功的先例。但作為大型露天礦山的主要運(yùn)輸設(shè)備，人們將繼續(xù)努力研究變頻調(diào)速技術(shù)在電動(dòng)輪汽車上的應(yīng)用，以進(jìn)一步提高其調(diào)速性能和運(yùn)輸能力。第三章變頻器在井下設(shè)備中的應(yīng)用3.1變頻器在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用礦井提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。它的作用是提升煤和礦石，提升人員和設(shè)備等。它在整個(gè)煤礦生產(chǎn)中占有非常重要的地位。礦井提升是一種在繁重復(fù)雜條件下工作的設(shè)備。因此，要求提升機(jī)的拖動(dòng)裝置能適應(yīng)頻繁的啟動(dòng)、停止、調(diào)速和換相，并能實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)，在保證提升設(shè)備安全可靠的同時(shí)，按提升設(shè)計(jì)的要求工作。礦井提升設(shè)備按井筒傾角可分為立井提升設(shè)備和斜井提升設(shè)備；按提升容器，可分為罐籠提升機(jī)和箕斗提升機(jī)；根據(jù)提升的目的，

10、可分為主提升機(jī)(專門或主要提升礦石，一般稱為主井提升機(jī))，輔助提升機(jī)(一般稱為輔助提升機(jī)，用于提升矸石，提升人員，運(yùn)送材料和設(shè)備等。)和輔助提升機(jī)(如天井電梯、維修提升機(jī)等。).礦井提升是地下礦山生產(chǎn)的咽喉。因此，無論哪種提升機(jī)，對(duì)電傳動(dòng)的要求都很高，因?yàn)殡妭鲃?dòng)系統(tǒng)的性能和可靠性直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)的效率和正常進(jìn)度。礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求是:調(diào)速性能好、調(diào)速精度高、四象限運(yùn)行、快速正反轉(zhuǎn)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、制動(dòng)和定位功能準(zhǔn)確、可靠性要求高等。目前，在礦井提升機(jī)中，能適用于大功率、大轉(zhuǎn)矩負(fù)載、大調(diào)速范圍等場合的交流傳動(dòng)調(diào)速方式主要是繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。這種串聯(lián)電阻調(diào)速方法是利用控制器或

11、磁站將串聯(lián)轉(zhuǎn)子回路中不同阻值的電阻組合起來，達(dá)到調(diào)速的目的。但缺陷是明顯的，主要體現(xiàn)在效率很低。它增加了滑差功率的消耗，換取了速度的降低。轉(zhuǎn)速越慢，效率越低，大部分功率轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉了。目前，我國地下礦山礦井提升機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有:對(duì)于大型礦井提升機(jī)，主要采用DC傳動(dòng)系統(tǒng)，包括DC電機(jī)-DC發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和晶閘管變流器-DC電機(jī)系統(tǒng)；這兩種系統(tǒng)都有DC汽車固有的缺點(diǎn)，如效率低和維護(hù)工作量大。對(duì)于中小型提升機(jī)，大多采用交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)。比如采用交流繞線電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速。這種電傳動(dòng)系統(tǒng)雖然設(shè)備簡單，但有級(jí)調(diào)速，調(diào)速性能差，效率低，電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻上消耗大量電能，可靠性差。采用交流感應(yīng)電機(jī)和

12、變頻調(diào)速方案可以很好地解決這個(gè)問題。變頻調(diào)速是通過改變定子的供電頻率來達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的。無論速度高低，其力學(xué)特性基本與自然力學(xué)特性平行，消耗的滑差功率基本不變。所以效率很高，節(jié)電效果明顯，調(diào)速的穩(wěn)定性大大提高。在節(jié)約能源、減少維修和提高產(chǎn)品產(chǎn)量方面取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)是礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。國內(nèi)幾臺(tái)大型礦井提升機(jī)都采用了交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)，取得了良好的效果，但其缺點(diǎn)是功率因數(shù)低，諧波高，因此需要諧波和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交流-DC-交流電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)開始在礦井提升機(jī)中應(yīng)用。比如國外一些礦山已經(jīng)將有源前端三電平變頻器應(yīng)用

13、于礦井提升機(jī)。據(jù)介紹，采用這種變頻調(diào)速的交流提升機(jī)可以克服DC調(diào)速系統(tǒng)和交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，是提升機(jī)電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。對(duì)于小型交流提升機(jī)，已經(jīng)有了變頻器成功應(yīng)用的例子，如寧陽縣華寧煤礦的380 V、180 kW提升機(jī)，就采用了變頻調(diào)速技術(shù)。與原控制系統(tǒng)相比，變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢:(1)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)和軟停止，減少了機(jī)械沖擊，運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。(2)起步和加速換擋時(shí)沖擊電流很小，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡化了操作，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。(3)安全保護(hù)功能齊全。除了過壓、欠壓、過載、短路、溫升等一般保護(hù)之外。，它還具有聯(lián)鎖保護(hù)和自動(dòng)限速保護(hù)。(4)配備能耗制動(dòng)、回

14、饋制動(dòng)等多種制動(dòng)方式，安全性更可靠。(5)系統(tǒng)運(yùn)行在四象限，回饋能量直接送回電網(wǎng)，不受回饋能量的限制，應(yīng)用范圍廣，節(jié)能效果更明顯。3.2變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機(jī)上的應(yīng)用空氣壓縮機(jī)是煤礦井下生產(chǎn)的重要設(shè)備之一。它產(chǎn)生壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)鑿巖機(jī)、氣動(dòng)巖石裝載機(jī)和其他設(shè)備以及其他氣動(dòng)工具。空氣壓縮機(jī)站可設(shè)在井上或地下；井上空壓站可選用通用電氣控制設(shè)備；井下空氣壓縮機(jī)站一般設(shè)置在井底，新鮮空氣從中流過。根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，這種場合可以選用“礦用通用”電氣設(shè)備。煤礦常用的空氣壓縮機(jī)有往復(fù)式(活塞式)和螺桿式；常用壓縮機(jī)型號(hào)及主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表所示:煤礦常用壓縮機(jī)的類型和規(guī)格模型3L8月10日4L20/8英

15、寸5L40/8EP200類型乒乓球運(yùn)動(dòng)乒乓球運(yùn)動(dòng)乒乓球運(yùn)動(dòng)螺旋式排氣量(立方米/分鐘)10204020排氣壓力(兆帕)0.80.80.80.86電機(jī)功率(千瓦)75130250138運(yùn)動(dòng)型纏繞類型纏繞類型同步機(jī)籠型空氣壓縮機(jī)的工作原理是當(dāng)儲(chǔ)氣罐的氣壓超過設(shè)定壓力(0.815Mpa)時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)氣管上的碟閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，壓縮機(jī)進(jìn)入怠速卸載狀態(tài)。當(dāng)儲(chǔ)氣罐氣壓低于設(shè)定壓力(0.77MPa)時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)氣管的碟閥會(huì)自動(dòng)打開，壓縮機(jī)再次進(jìn)入滿負(fù)荷工作狀態(tài)。空氣壓縮機(jī)的排量和壓力在運(yùn)行中并不是恒定的，往往隨著所使用的氣動(dòng)機(jī)具的數(shù)量而變化，所以空氣壓縮機(jī)在工作時(shí)總是重復(fù)滿載和卸載的模式。滿載時(shí)的工作電流接近電

16、機(jī)的額定電流；空載時(shí)的空載電流約為電機(jī)額定電流的30-50%；這部分電流不是有用功，而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。這種機(jī)械調(diào)節(jié)裝置雖然也能起到調(diào)壓的作用，但調(diào)壓精度低，壓力波動(dòng)大。壓縮機(jī)總是在額定轉(zhuǎn)速下工作，導(dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)械磨損和高功耗。如果空壓機(jī)的氣缸容積不能改變，只有調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速才能改變排量?？諝鈮嚎s機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，壓縮機(jī)的軸功率與轉(zhuǎn)速成正比變化。當(dāng)壓縮機(jī)的總排量大于氣動(dòng)工具的耗氣量時(shí)，降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)供氣壓力，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是一種有效的方法。在可選擇的調(diào)速方式中，如改變壓縮機(jī)變極電機(jī)、改變皮帶輪傳動(dòng)比、串級(jí)調(diào)速等。與其他調(diào)速方式相比，變頻調(diào)速具有無級(jí)調(diào)速、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制

17、、不需要改變?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝量小等特點(diǎn)。變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是可以方便的給定壓力，并可以根據(jù)用氣量的變化隨時(shí)調(diào)整設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)壓力的閉環(huán)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的恒壓供應(yīng)。以某礦為例來說明:某礦地面空壓機(jī)站配置三臺(tái)EP200螺桿噴油空壓機(jī)，額定排氣量20m3/min，排氣壓力0.8MPa，電機(jī)功率138KW 380V，Y-啟動(dòng)箱。設(shè)計(jì)用于兩個(gè)工作和一個(gè)備用。實(shí)際中，最大用氣量期間，需要兩臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行，排氣壓力為0.68MPa，最小用氣量期間，運(yùn)行一臺(tái)壓縮機(jī)。該礦選用通用恒轉(zhuǎn)矩變頻器，利用變頻器的可編程繼電器，組成一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)壓縮機(jī)的恒壓自動(dòng)供氣系統(tǒng)。變頻器控制1#空氣壓縮機(jī)；壓力變送器安裝在主排氣管

18、上，反饋輸出420mA信號(hào)接至功率分配器，通過功率分配器輸出兩路420mA信號(hào)，一路至數(shù)字壓力表，另一路作為反饋信號(hào)接至變頻器的電流輸入端口。變頻器的輸出繼電器Y1和Y2通過轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到2#和3#壓縮機(jī)控制箱的運(yùn)行和停止電路；變頻設(shè)計(jì)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式，可以通過一個(gè)選擇開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)選擇手動(dòng)控制模式時(shí)，供氣壓力由電位器給定的頻率手動(dòng)調(diào)節(jié)；選擇自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，通過鍵盤設(shè)定供氣壓力，變頻器的調(diào)節(jié)器可隨時(shí)檢測反饋壓力與設(shè)定壓力進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)壓力調(diào)節(jié)；當(dāng)反饋壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)減速，使供氣壓力趨于設(shè)定壓力；當(dāng)反饋壓力小于設(shè)定壓力時(shí)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)增速，使供氣壓力趨于設(shè)定值；當(dāng)變頻器輸出

19、頻率達(dá)到50HZ，供氣壓力仍小于設(shè)定壓力時(shí)，繼電器Y1啟動(dòng)2#(或3#)壓縮機(jī)，保持系統(tǒng)壓力恒定。風(fēng)量減少時(shí)，變頻器降低輸出頻率；當(dāng)頻率低于下限頻率時(shí)，繼電器Y2停止2#(或3#)壓縮機(jī)；系統(tǒng)的恒壓控制通過閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)。根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，充分利用了變頻器的可編程控制功能，省去了一個(gè)可編程控制器和調(diào)節(jié)器；用最少的控制元件達(dá)到恒壓供氣的目的。設(shè)備改造后，實(shí)現(xiàn)了送風(fēng)壓力的閉環(huán)控制，減少了壓縮機(jī)的啟停次數(shù)，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。降低功耗和機(jī)械磨損，延長機(jī)械使用壽命。3.3變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用礦井通風(fēng)機(jī)是煤礦井下生產(chǎn)的主要電氣設(shè)備之一，其節(jié)能運(yùn)行對(duì)煤礦節(jié)電具有重要作用

20、。礦井通風(fēng)機(jī)一般由異步電機(jī)或同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，恒速運(yùn)行，一般容量大，電機(jī)供電電壓高(6kV或10kV)。煤礦建設(shè)的特點(diǎn)是:巷道逐年加深，產(chǎn)量逐年增加，所需通風(fēng)量逐年增加。但在設(shè)計(jì)和選擇礦井通風(fēng)機(jī)時(shí)，往往是以最大采掘能力所需的風(fēng)量為依據(jù)，通常留有余量。因此，礦井投產(chǎn)后，礦井通風(fēng)機(jī)幾年甚至十幾年都在低負(fù)荷運(yùn)行。另外，礦山井下工作通常不均衡，夜班工人少，所需風(fēng)量也小。節(jié)假日期間，只有泵房等固定地下場所的值班人員可以工作。雖然井下工作人員少，但照常向井下供氣是必須的。礦井通風(fēng)機(jī)一般不調(diào)節(jié)風(fēng)量。如果要調(diào)節(jié)風(fēng)量，傳統(tǒng)的方法是調(diào)節(jié)擋板。這種方法雖然簡單，但從節(jié)能的角度來看是不經(jīng)濟(jì)的。下圖是幾種調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法在節(jié)

21、電方面的比較。圖:1-擋板法；2-前導(dǎo)碼方法；3-液壓耦合器；切換轉(zhuǎn)子電阻的繞線電機(jī)四速調(diào)節(jié)方法:5-變頻調(diào)速方式。從圖中可以看出，在各種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式中，變頻調(diào)速方式是最理想、最有效、最節(jié)能的調(diào)節(jié)方式。以某礦為例，說明了變頻調(diào)速技術(shù)在礦井通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。該礦的礦井通風(fēng)機(jī)全部由高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，包括高壓同步電機(jī)和高壓異步電機(jī)。由于礦井通風(fēng)機(jī)是礦井用電大戶，節(jié)電潛力很大，但由高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。為此，該礦以老南風(fēng)井6kV和800kW同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的礦井通風(fēng)機(jī)為對(duì)象，研制了同步電機(jī)直接高壓變頻器。這是我國第一臺(tái)同步電機(jī)直接高壓變頻器。變頻器投入運(yùn)行后，節(jié)電效果非常顯著。新南豐礦礦井通風(fēng)機(jī)采用6

22、kV、880KW高壓異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，高壓變頻器為SIMOVERT MV型三電平高壓變頻器。2002年9月投入運(yùn)行，節(jié)電效果也非常顯著。下面簡單介紹兩種高壓變頻器。(1)同步電機(jī)的直接高壓變頻器同步高壓變頻器主要有兩種類型，即分控變頻調(diào)速系統(tǒng)和自控變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控變頻調(diào)速系統(tǒng)中使用的變頻裝置是獨(dú)立的，其輸出頻率直接由給定的速度信號(hào)決定，屬于速度開環(huán)控制。自控變頻調(diào)速系統(tǒng)可以使同步電機(jī)不存在失步、振蕩等問題，所以一般采用自控運(yùn)行。這種同步電機(jī)直接高壓變頻調(diào)速裝置采用交流-DC-交流電流變頻調(diào)速系統(tǒng)，屬于自控變頻調(diào)速系統(tǒng)。它由變頻器、同步電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置檢測器和控制系統(tǒng)組成。變頻器的主電路采用由晶閘

23、管串聯(lián)組成的高壓閥串作為功率元件。它通過使用同步電機(jī)的反電動(dòng)勢來關(guān)閉逆變器的晶閘管。它沒有強(qiáng)制換向電路，所以主電路結(jié)構(gòu)簡單。根據(jù)生產(chǎn)需要，高壓變頻器應(yīng)定期固定頻率運(yùn)行，早班(8: 00 16: 00)變頻器運(yùn)行頻率為40Hz，中班(16: 00 20: 00)變頻器運(yùn)行頻率為35Hz，拍攝時(shí)間為20:00 21: 00，變頻器運(yùn)行頻率為40Hz和21:00。變頻器40Hz運(yùn)行，井下工人2點(diǎn)到5點(diǎn)很少28Hz運(yùn)行。拍攝時(shí)間為5:00-6:00，變頻器運(yùn)行頻率為40Hz，6:00-8:00為28Hz。通過節(jié)能測試和能量平衡測試，與該礦老南風(fēng)井實(shí)際記錄相比，正常生產(chǎn)時(shí)節(jié)能率達(dá)到42%。節(jié)假日變頻器以28Hz運(yùn)行時(shí)，節(jié)電率達(dá)到73%。年節(jié)能192.3萬千瓦時(shí)，節(jié)能效果非常顯著。(2)異步電動(dòng)機(jī)的三電平高壓變頻器在老南風(fēng)井同步電機(jī)直接高壓變頻器研制成功的基礎(chǔ)上，根據(jù)深部開采的需要，對(duì)新南風(fēng)井礦井通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造。經(jīng)過論證，我院最終決定采用進(jìn)口伍茲軸流風(fēng)機(jī)和SIMOVERT MV三電平高壓變頻器。變頻器的原理圖如下圖所示。從圖中可以看出，6kV高壓電源由