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煤炭機電調速技術的運用論文
與此同時能夠實現(xiàn)將電動機的工作頻率在短時間內增加至煤炭開采所需要的轉速。在此之后變頻調速器則進入控制模式，可以根據(jù)電動機的負載變化值以及工作參數(shù)的變化適當?shù)恼{整電動機的轉速，從而達到機電設備穩(wěn)定運行的效果。與軟啟動等設備相比不僅僅控制了節(jié)流以及回流所產生的消耗，并且可以實現(xiàn)機電設備的自動補償，減少了機電設備以及整個電力網(wǎng)絡的無功消耗，極大程度上提高了電能的利用效率；③測控相對便利，安全性較高。變頻調速器可以實現(xiàn)開環(huán)與閉環(huán)等自動控制，從而極大程度減少了人工操作以及測控的環(huán)節(jié)，為煤炭開采的智能化、自動化提供技術支持；④低耗節(jié)能。由于變頻調速器的調速性能較高，所以在向礦井中輸送物料或提升等機電設備的應用中能夠達到最優(yōu)參數(shù)，避免電能的浪費。與此同時，變頻調速的過程中能耗低、噪音小。
（1）風機設備變頻調速技術改造研究。
在風機選型以及設計過程中是以最大用風量為標準。通常情況下礦井的用風量要遠遠小于額定流量，多余的風量只能夠采用自然防風或者人工阻力等方式進行限流措施，從而為礦井的生產提供更好的條件。但是這種方式會導致電能浪費，調節(jié)控制的精度很難把握。所以需要變頻調節(jié)技術以高效合理的對風量進行控制。圖1是文中主要研究的礦用隔爆的變頻調速技術對旋式軸流局扇進行改進的主回路原理圖[2]。由圖可見，在虛框中的設備為礦用隔爆變頻調速裝置，K1，K2為QBZ-80礦用隔爆型真空電磁起動器，M1，M2為2BKJ-II2.2系列對旋隔爆型軸流式局部通風機的Ⅰ，Ⅱ級電動機。對旋隔爆型軸流式局部通風機的控制方式分為手動及自動兩種。在自動控制的情況下，Q1,Q2閉合，此時對旋隔爆型軸流式局部通風機主要通過外部的控制信號完成對風機參數(shù)的設定以及上位風機的開關信號控制。然后控制K3閉合，使得變頻調速器F1輸出信號，電動機M1從已經(jīng)設定完成的最小轉速啟動，并且能夠根據(jù)煤礦作業(yè)面的瓦斯含量對電動機M1的轉速進行閉環(huán)調節(jié)，從而使風機的工作處于最佳的狀態(tài)。一旦電動機的轉速達到工作頻率情況下，則由變頻調速器控制將K3斷開，使k1處于閉合狀態(tài)，從而實現(xiàn)電動機M1在額定的轉速下工作。如果開采過程中需要增大風量，可以根據(jù)作業(yè)面對風量的需求利用變頻調速器控制K4閉合，則將Ⅱ級電動機M2啟動，M2轉向與M1相反，并且也是從最小的轉速下啟動，根據(jù)作業(yè)面的風量需要對M2的轉速進行閉環(huán)調節(jié)，進而實現(xiàn)2BKJ-II2.2系列對旋隔爆型軸流式局部通風機的供風隨著作業(yè)面的瓦斯含量以及風量需求的大小而變化，達到了安全生產的目的[3]。
（2）煤礦礦井提升設備的變頻調速技術改造研究。
由于礦井提升設備主要載荷對象是礦石、煤矸石、人員以及井下設備等，所以承載的重量相對較高。煤礦中的礦用提升裝置對電氣傳動的要求相對較高，電氣設備的傳動能力以及可靠性直接影響到煤礦生產的效率以及安全。對于煤礦礦井提升裝置的電氣系統(tǒng)的具體要求是：調速能力強，精度高并且能夠實現(xiàn)快速的正反向運轉，具有精確的制動以及啟動的能力。但現(xiàn)階段我國主要采用直流傳動裝置，基于ABBDCS400晶閘管變流器的直流傳動系統(tǒng)的改進型都存在著直流電動機的固有缺陷，如不能夠實現(xiàn)精確制動以及調速、維修量較大等。而中小型的煤礦又常常采用交流電氣傳動系統(tǒng)，基本原理是利用電動機的轉子對電阻進行切換，從而實現(xiàn)調速。但是這種調速的方式、調速的性能較差，電動機轉子的電阻消耗了許多電能，從而造成了不必要的浪費。由此可見變頻調速技術對煤礦礦井提升設備的改造工作勢在必行。針對煤炭礦井的情況，通常通過以下2種方案進行變頻調速的改造工作：①兩象限變頻器調速制動方案；②四象限能量回饋型高壓變頻器調速方案。
雖然以上2種方案效果都明顯，但是其實用性有所圖2煤礦礦井提升設備主要配置圖區(qū)別。現(xiàn)階段主要根據(jù)礦用的提升裝置的不同進行實用性的劃分。兩象限變頻器調速制動方案常用于市場的處于正力提升的平行軸雙絞筒提升機，而對于時常出現(xiàn)負力的單絞筒提升機則適用于四象限能量回饋型高壓變頻器調速方案。變頻調節(jié)優(yōu)化下的煤礦礦井提升設備的配制對于調速效果有很大的影響�，F(xiàn)階段煤礦礦井的提升系統(tǒng)中，大多數(shù)的斜井應用單繩單鉤提升方式。所以在提升裝置下放罐籠減速的過程中，由于罐籠承受荷載的傾斜分力的作用，使得電動機處于發(fā)電的狀態(tài)，發(fā)電狀態(tài)下產生的交流電通過提升設備中的逆變裝置續(xù)流二極管整流，最終將交流電疊加到變頻調速器的直流母線上，提升設備從高速到低速（零速），這時提升設備的頻率變化很快，但電動機的轉子帶著負載有較大的機械慣性，不可能很快的停止，這樣就產生反電勢（端電壓），電動機處于發(fā)電狀態(tài)，其產生反向電壓轉矩與原電動狀態(tài)轉矩相反，而使電動機具有較強的制動力矩，迫使轉子較快停下來，但由于通常變頻器是交－直－交主電力AC/DC整流電路是不可逆的，因此無法回饋到電網(wǎng)上去，導致母線產生泵升電壓，最終可能對提升設備的其他電氣原件造成損壞。所以目前通常采用四象限能量回饋型高壓變頻器，直接對鼠籠電動機進行驅動，形成完整的電控系統(tǒng)，鼠籠式電動機是由鋁條或銅條與短路環(huán)焊接而成或鑄造而成的三相異步電動機。這種電動機相比于其他的電動機具有結構簡單、維修期短、價格低廉等優(yōu)勢，所以提升設備的變頻調速裝置直接驅動鼠籠式電動機，能夠提升能量轉換效率，避免上述現(xiàn)象發(fā)生。圖2所示的是煤礦礦井提升設備的變頻調速技術改造后的主要配置圖[3]。
由以上研究可以看出，煤炭機電領域變頻調速技術的應用越來越多，但是仍然存在技術以及經(jīng)濟等方面的問題，還有非常大的發(fā)展空間。所以我國煤炭企業(yè)要全面推動變頻調速技術在機電領域的發(fā)展，根據(jù)礦井的特殊環(huán)境以及井下作業(yè)的特點，研究出更多的具有特殊功能的變頻調速機電設備，為我國煤炭數(shù)字化發(fā)展做貢獻。
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