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奧卓科技 節能專(zhuān)家
變頻器在煤炭行業(yè)使用：煤炭企業(yè)是耗電大戶(hù)，對于煤礦生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，電耗所占比例相當大，根據調查，風(fēng)機、水泵、壓縮機、提升絞車(chē)、瓦斯抽放設備的用電量占整個(gè)煤礦生產(chǎn)用電量的40%以上。變頻調速技術(shù)的發(fā)展能有效解決控制工藝單一，同時(shí)實(shí)時(shí)性較差，自動(dòng)化程度低等問(wèn)題。
一、變頻調速技術(shù)的原理與節能作用
1、變頻調速技術(shù)的原理
交流變頻調速是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，以其卓越的調速性能、顯著(zhù)的節電效果以及在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域的廣泛適用性，而被公認是一種最有前途的調速方式。交流變頻調速技術(shù)是微機技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機傳動(dòng)技術(shù)的綜合應用，基本原理是在電力半導體器件的通斷作用下，通過(guò)整流橋將工頻交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?，再由逆變器轉換為頻率、電壓可調的交流電壓作為交流電機的驅動(dòng)電源，使電動(dòng)機獲得無(wú)級調速所需的電壓和電流，是一種無(wú)附加轉差損耗的高效調速方式之一。
綜合強弱電混合、機電一體的基礎上，對于電力電子技術(shù)、微技術(shù)和電機傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)行綜合應用，這就是交流變頻調速技術(shù)。這樣就能作為無(wú)附加轉差損耗的高效調速方式，同時(shí)，使得電動(dòng)機獲得無(wú)級調速所需的電壓和電流。在能源危機中發(fā)展的變頻調速技術(shù)，可以有效大幅度提高工作效率，是因為它能按照電機負載而進(jìn)行自動(dòng)的平滑的增速、減速工作。這樣，通過(guò)電動(dòng)機的供電電源頻率的改變，作為一種高效率、高性能的調速手段變頻調速技術(shù)能夠實(shí)現有效調節。
2、變頻調速技術(shù)的節能作用
隨著(zhù)電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、大功率輸出技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機變頻調速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)步，成為當今節電和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段，已成為一種必然的發(fā)展趨勢。明顯的節能效果和優(yōu)越的調節性能，使變頻節能技術(shù)在我國煤礦中的應用越來(lái)越廣泛，技術(shù)也越來(lái)越成熟。大容量、多功能、高可靠性的變頻器在煤礦生產(chǎn)中得到廣泛的推廣和應用，為煤礦節省大量電能，特別是在流體類(lèi)負載中，其節能率在20%～60%。變頻控制原理是：采用變頻調速電動(dòng)機實(shí)現真正的軟啟動(dòng)和平滑調速，利用變頻器控制提高輸入電源的功率因數，在基頻以下為恒轉矩輸出，輸出功率隨轉速變化。
二、變頻調速技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的具體應用以帶式輸送機為例
1、帶式輸送機在煤礦生產(chǎn)中的節能問(wèn)題
帶式輸送機作為煤礦運輸的主要設備被大量采用，隨著(zhù)煤礦高產(chǎn)高效工作面的發(fā)展，長(cháng)距離、大運量、高速帶式輸送機越來(lái)越多的被設計、制造并投入運行。這些大型機種的使用，使輸送機存在的沖擊載荷大、驅動(dòng)電機出力不均而導致電機過(guò)載等問(wèn)題更加尖銳地暴露出來(lái)。皮帶機的啟動(dòng)和運行方式為繞線(xiàn)電機經(jīng)轉子繞組降壓?jiǎn)?dòng)后工頻運行，經(jīng)液力耦合器切換至皮帶機。皮帶機的工作原理是皮帶機通過(guò)驅動(dòng)輪轂，靠摩擦力牽引皮帶運動(dòng)，皮帶通過(guò)張力變形和摩擦力帶動(dòng)物體在支撐輥輪上運動(dòng)。皮帶是彈性?xún)δ懿牧?，在皮帶機停止和運行時(shí)都儲存有大量勢能，這就決定了皮帶機啟動(dòng)時(shí)應該采用軟啟動(dòng)的方式。
因此對帶式輸送機的起動(dòng)和運行提出下列要求：如果電機直接重載起動(dòng)時(shí)，要求電源提供比正常運行時(shí)大6—7倍的電流，這樣電機就會(huì )因電流過(guò)大和起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(cháng)而過(guò)熱燒毀;電網(wǎng)會(huì )因大電流使電壓過(guò)分降低而影響其它設備運轉;所以要求新型驅動(dòng)系統能夠降低電機起動(dòng)時(shí)的電流。目前大型帶式輸送機都要求驅動(dòng)系統能提供可調、平滑的、無(wú)沖擊的起動(dòng)力矩，以減小沖擊，從而改善對整機的受力狀況，延長(cháng)整機的壽命，提高設備的可靠性，即希望實(shí)現軟起動(dòng)。長(cháng)距離帶式輸送機，如果起動(dòng)過(guò)快，拉緊裝置就來(lái)不及拉緊，使得傳動(dòng)滾筒打滑，導致發(fā)熱著(zhù)火;對于大傾角的上運帶式輸送機，如果起動(dòng)加速度過(guò)快，會(huì )引起物料下滑或滾料現象;這就要求起動(dòng)加速度可控，實(shí)現平穩起動(dòng)。為便于帶式輸送機的檢修，希望能實(shí)現低速驗帶運行。
綜上所述，要求驅動(dòng)系統能夠自適應起動(dòng)、運行、停車(chē)工況的要求，使帶式輸送機起停平穩、運行高效、驅動(dòng)平衡、工作安全可靠。然而，目前國內大多數煤礦采用液力耦合器來(lái)實(shí)現皮帶機的軟啟動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)調整液力耦合器的機械效率為零，使電機空載啟動(dòng)。雖然采用了轉子串接電阻改善啟動(dòng)轉矩和降壓空載啟動(dòng)等方法，但電機的啟動(dòng)電流仍然很大，不僅會(huì )引起電網(wǎng)電壓的劇烈波動(dòng)，還會(huì )造成電機內部機械沖擊和發(fā)熱等現象。同時(shí)由于液力耦合器長(cháng)時(shí)間工作會(huì )引起其內部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動(dòng)等情況發(fā)生，不僅會(huì )加大維護難度和成本、污染了環(huán)境，還會(huì )使多機驅動(dòng)同一皮帶時(shí)難以解決功率平均和同步問(wèn)題。
2、變頻調速技術(shù)在帶式輸送機中的應用
帶式輸送機中的變頻調速自動(dòng)控制系統由可編程序控制器PLC、變頻器、電流互感器、電流變送器、核子皮帶秤、帶速傳感器和電機轉速傳感器等組成，具體可歸納為檢測單元、控制單元和執行單元三部分。
檢測單元：電流互感器及變送器取得電機電流信號。帶速傳感器采集的帶速信號，經(jīng)過(guò)轉換為電壓信號。電機轉速傳感器采集的轉速信號，通過(guò)轉換為電壓信號。核子皮帶秤采集運量信號。各信號均送入核心模塊。
控制單元：當PLC接收到檢測信號，經(jīng)過(guò)判斷決策，完成帶式輸送機的起動(dòng)、功率平衡、節能調速功能。同時(shí)主控單元還具有斷帶、堆煤、撕帶、煙霧、打滑、溫度等故障保護功能。
執行單元：逆變器接收到PLC的頻率控制信號，按給定信號輸出相應頻率的電壓加至電動(dòng)機，實(shí)現電機的調速，完成帶式輸送機的各種功能。經(jīng)過(guò)變頻技術(shù)改造后皮帶機徹底實(shí)現了皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式，使皮帶機在工作中更加性能穩定。
系統的功率因數在整個(gè)過(guò)程中達0.9以上，大大節省了無(wú)功功率。采用變頻器驅動(dòng)后，使系統總的傳遞效率要比液力偶合器驅動(dòng)的效率高5%～10%系統效率。改造后系統可以根據負載變化情況自動(dòng)調整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機工頻恒速運行的模式，在很大程度上節約了電力能源消耗。而且四象限中高壓變頻器的使用實(shí)現了皮帶機能量回饋功能，進(jìn)一步使得皮帶機的能耗降低，液力耦合器的退出更大地節約了設備的維護和維修費用。在節能環(huán)保方面更加的完善。
三、結語(yǔ)
總之，變頻器在煤礦的應用已經(jīng)取得了良好的效果，隨著(zhù)新型電力電子器件的發(fā)展及性能的不斷提高，變頻調速技術(shù)在煤礦生產(chǎn)的應用會(huì )發(fā)揮更大作用，取得更加顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。
