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煤礦提升運輸是煤炭生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節。但由于煤礦生產(chǎn)的特殊環(huán)境和安全上的特殊要求，變頻器在煤礦的應用起步比較晚。隨著(zhù)我國市場(chǎng)經(jīng)濟的深入發(fā)展，煤礦的增產(chǎn)、降耗、提效被提到了重要地位，設備節能改造勢在必行。變頻調速在煤礦固定機械、提升運輸及采煤機上也有了一定的應用并取得了較好的效果。本文就變頻調速在煤礦提升運輸系統的應用進(jìn)行探討。
1.變頻調速的發(fā)展及原理
1.1變頻調速的發(fā)展概述
礦井提升是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵，所以，無(wú)論哪種提升機，對電氣傳動(dòng)的要求都很高，因為電氣傳動(dòng)系統性能的優(yōu)劣，可靠性的高低，都直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的效率和礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
目前，我國礦井提升機的電氣傳動(dòng)系統主要有：對于大型礦井提升機，主要采用直流傳動(dòng)系統，有采用直流電動(dòng)機-直流發(fā)電機系統和晶閘管變流器-直流電動(dòng)機系統；這兩種系統都存在著(zhù)直流電動(dòng)機固有的缺點(diǎn)，如效率不高，維修工作量較大等。對于中、小型提升機，則多采用交流電氣傳動(dòng)系統，如采用交流繞線(xiàn)式電動(dòng)機，使用電機轉子切換電阻調速，這種電氣傳動(dòng)系統雖然設備簡(jiǎn)單，但它是有級調速，調速性能差，效率低，大量的電能消耗在電動(dòng)機轉子電阻上，而且可靠性也差。
將變頻調速技術(shù)應用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動(dòng)系統的發(fā)展方向。我國已有幾臺大型礦井提升機采用交-交變頻調速系統，取得了很好的效果，但其缺點(diǎn)是功率因數不高，諧波大，需加諧波和功率因數補償裝置。隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的發(fā)展，交-直-交電壓型變頻調速技術(shù)已開(kāi)始在礦井提升機中應用。
1.2原理
大功率變頻裝置可以將工頻三相交流器，利用設定的參數進(jìn)行了逆變，使得輸出為某一相應設定頻率的交流電。變頻器輸出頻率的變化，將導致電動(dòng)機的輸出轉速變化，二者之間的關(guān)系近似線(xiàn)性。這樣，就起到了調速的作用。在電路系統中，為了保證正常運行安全，必須將設備可靠的接地，因此，變頻器的接地端也應可靠接地。主回路中，用于連接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的端子，用于防止提升機在垂直方向上運行時(shí)，發(fā)生工件在帶動(dòng)電動(dòng)機運轉，而產(chǎn)生很大的再生電動(dòng)勢，即泵升電壓過(guò)高，損壞變頻器的現象出現。加入外接制動(dòng)電阻或外接制動(dòng)單元可消耗部分能量，提高變頻器的工作能力。根據變頻調速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻皸定電路，由PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來(lái)控制變頻器的輸出頻率。此時(shí)的變頻器輸出頻率與設定電壓或電流輸入成正比。為了便于監控變頻器的運行狀態(tài)并及時(shí)發(fā)現異常，取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號。
1.3變頻調速的優(yōu)點(diǎn)
?。?）實(shí)現無(wú)級平穩加減速 提高提升系統的安全水平。
?。?）節約電能。
?。?）用變頻器內置的編程軟件替代繼電器實(shí)現提升速度控制，減少設備維修工作量。
?。?）起動(dòng)電流低，對系統及電網(wǎng)無(wú)沖擊節電效果明顯，啟動(dòng)時(shí)無(wú)需串金屬電阻啟動(dòng)，降低了啟動(dòng)能耗。
?。?）系統各項保護功能齊全，操作安全性能高。
2.變頻調速控制系統抗干擾措施
2.1變頻器干擾的來(lái)源
首先是來(lái)自外部電網(wǎng)的干擾。電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過(guò)變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源如各種整流設備、交直流互換設備、電子電壓調整設備，非線(xiàn)性負載及照明設備等。這些負荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其它設備產(chǎn)生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來(lái)自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì )通過(guò)電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。
其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋對電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線(xiàn)性負載，它所產(chǎn)生的諧波對同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設備產(chǎn)生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)，當工作于開(kāi)關(guān)模式且作高速切換時(shí)，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此變頻器對系統內其它的電子、電氣設備來(lái)說(shuō)是一電磁干擾源。
變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分。除了能構成電源無(wú)功損耗的較低次諧波外，還有許多頻率很高的諧波成分。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對變頻器本身和其它設備的干擾信號。
2.2抗干擾措施
2.2.1屏蔽干擾源
屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏;輸出線(xiàn)最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時(shí)，要求信號線(xiàn)盡可能短（一般為20m以?xún)龋?，且信號線(xiàn)采用雙芯屏蔽，并與主電路線(xiàn)（AC380V）及控制線(xiàn)（AC220V）完全分離，決不能放于同一配管或線(xiàn)槽內，周?chē)娮用舾性O備線(xiàn)路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。
2.2.2采用電抗器
在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其他設備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無(wú)功功率，使線(xiàn)路的功率因數大為下降。在輸入電路內串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據接線(xiàn)位置的不同，主要有以下兩種：
?。?）電抗器串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側之間。其主要功能有：
a、通過(guò)抑制諧波電流，將功率因數提高至（0.75-0.85）。
b、削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊。
c、削弱電源電壓不平衡的影響。
?。?）直流電抗器 串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數方面比交流電抗器有效，可達0.95，并具有結構簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
2.2.3正確的接地
正確的接地既可以使系統有效地抑制外來(lái)干擾，又能降低設備本身對外界的干擾。在實(shí)際應用系統中，由于系統電源零線(xiàn)（中線(xiàn)）、地線(xiàn)（保護接地、系統接地）不分、控制系統屏蔽地（控制信號屏蔽地和主電路導線(xiàn)屏蔽地）的混亂連接，大大降低了系統的穩定性和可靠性。對于變頻器，主回路端子PE（E、G）的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實(shí)際應用中一定要非常重視。變頻器接地導線(xiàn)的截面積一般應不小于2.5mm2，長(cháng)度控制在20m以?xún)?。建議變頻器的接地與其它動(dòng)力設備接地點(diǎn)分開(kāi)，不能共地。
3.變頻調速在煤礦提升運輸系統的運行效果分析
傳統提升機電控系統采用PLC與變頻器相結合的方案進(jìn)行改選后，省去了大量的繼電器、接觸器及調速電阻，減少了故障發(fā)生率，同時(shí)還有利于節能。另外系統采用PLC軟件編程實(shí)現提升機主S形速度給定及操作臺輔助速度給定，能夠實(shí)現自動(dòng)及手動(dòng)調速，靈活性大，易于操作；系統加入同步開(kāi)關(guān)，也提高了控制精度。經(jīng)過(guò)MATLAB仿真實(shí)驗可以分析出，該系統具有良好的動(dòng)靜態(tài)響應特性、帶負載能力及抗干擾能力，因此能夠滿(mǎn)足礦山生產(chǎn)實(shí)際需要。
