變頻技術在煤礦提升機中的應用

摘 要：煤礦提升機是在復雜而又繁重的環境下工作的設備，也是礦井中主力設備，它的穩定可靠安全運行關系重大，傳統的提升機中使用的調速系統，存在安全性差、不穩定性和效率低等問題。隨著電力電子和微電子技術的發展，變頻技術作為一種越來越成熟的調速技術，加上其自身啟動電壓穩定、功率因素高等強大優勢，對煤礦提升機運行狀態的改善作用十分明顯。

關鍵詞：變頻技術；安全性；提高效率

1 傳統提升機的局限

通過改變轉子串電阻來改變回路電流，從而改變電機轉速是傳統提升機的調速方法。這種提升機在過去生產實踐中有著它的優勢，比如重量輕、維修方便、造價低。但是隨著變頻技術的發展，這些優勢已顯得微不足道[1]。提升機外圍設備的不斷升級改造，傳統提升機對于生產的滯后作用就越發明顯。具體體現在以下幾點：第一，傳統提升機在運行過程中，爬行階段、加減速階段的調速不夠到位，致使故障頻發；第二，提升機在頻繁的啟動、制動過程中，轉子串電阻上產生很大的無用功耗，既損傷了電子器件，又嚴重浪費能源；第三，提升機在低速狀態下工作時，由于機械性能不足，會產生很大的靜差率；第四，相對于現在更加先進的礦井操作設備，大體積的傳統控制系統已經不能適應新的環境。這些大體積的老設備長期在深井下工作，存在著散熱不良的問題，安全性堪憂。

2 變頻調速技術簡介及其工作特點

2.1 變頻調速技術簡介

通過改變工作頻率間接調速的技術，我們稱之為變頻調速技術。為了符合傳動轉速轉矩的硬性要求，保證系統在動靜態都能穩定工作，還需要許多外圍控制電路。降低變頻器對其他設備的影響和拓展變頻器多領域的應用是如今變頻器的研究的方向之一?？偟膩碚f，變頻調速技術綜合電力電子、電氣控制理論、傳動自動化和微機控制等多項前沿技術。根據目前市場發展趨勢判斷，變頻調速技術已經成為調速領域的主體，并有逐步擴大市場的趨勢。[2]

2.2 變頻調速優于其他技術的表現

2.2.1 啟動平穩。實際礦井設備都是工作在極端惡劣的環境下，這就需要電氣設備有著更加強大的性能。絕大多數的煤礦電力系統由于使用時間長，電路老化，系統性能降低。當傳統大功率設備啟動時，瞬時的電流激增會導致這些本不堪負重的線路危機重重，在影響其他設備工作的同時有可能由于電流過大而燒毀部分線路，給礦井帶來災難性的后果。而使用變頻技術的設備啟動時，不影響其他外圍設備的工作，不會產生電壓電流的劇烈變化，也減輕了線路的負荷。

2.2.2 調速性能佳。變頻器是根據被控電機負荷的變化和實際工作環境的改變來調整電機的轉速，這種工作模式能夠保證電機工作的連貫性和穩定性。變頻器既減少了電機的損耗又穩定了調速系統。通過相關參數的設定，可以做到無論是啟動加速、勻速運行還是減速停止階段都能實現精準的控制；變頻器在可靠工作的同時很少出現故障，無需頻繁維護。變頻器是真正意義上實現了對電機速度恒加速度或恒減速的調整。

2.2.3 功耗降低。使用變頻技術，能夠使單次提升時間得到有效控制，縮短提升機在低速爬行階段的時間，從而增加循環次數。變頻器通過調整合適的頻率參數能夠使電機的物料流量和承受壓力達到最佳，這樣不僅減少了浪費，也降低了調速本身的功耗。

2.2.4 直流制動。深度的礦井，由于提升機慣性滑行的阻力小，減速時間過長，拉低了生產效率，然而直流制動就能克服這一缺陷。在提升機減速將要放下重物的時候，變頻器能夠連貫地從高速降到低速，并且利用機械抱閘的作用精確地控制重物的停止位置。出現異常情況時也可以及時地通過改變頻率閘住提升機，防止意外發生。

4 變頻技術的實際應用分析

煤礦豎井提升重物的屬性是摩擦性，因此克服重物做功作用力具有恒轉矩性，方向始終不變。在提升機向上爬行時，電機的電磁轉矩在克服重物的轉矩作用的同時，還要考慮對摩擦轉矩的額外作用力。一般來說，此時的電機工作在我們所認為的第一象限。當提升機在減速運行時，盡管此階段持續時間不是很長，提升機仍然在礦井面上會表現出再升的屬性，所以，在這階段，電機工作在我們認為的第二象限。當提升機在遇到另一重車相向運行時，電機工作模式會轉為反向，此時電機的工作狀態在第三到第四象限?；陔姍C不同運行階段的不同工作狀態，深入研究發現：可以嘗試利用能耗制動機制來對提升機在運行過程中的重力勢能進行消耗，并且通過反饋制動能夠達到降低能耗的效果。

想要保障變頻器的安全性、可靠性，就必須先將提升機原來的轉子電阻進行短路。在提升機正常工作狀態期間，還需設置礦機底部和出口等處的安全信號，提升機只有在確認安全指示信號后方可工作。在變頻控制的提升機內部還要對相應外圍設備進行設置，要同步保留提升機中原有的液壓機械制動和新引進的制動系統，保證系統之間的無縫對接。由于變頻器調速的連續性，在提升系統里面還要加入高精度的測量儀器。這樣才能確保提升機在工作時能夠精準定位于將要停止的位置，并且能夠對閉環反饋做出及時正確的相應。[3]

監測使用了變頻技術的煤礦后發現，變頻技術的確在提升系統穩定性，安全性，效益上起了關鍵作用。具體表現在以下四個方面：一，使用了變頻技術的提升機工作安全性大大增強。采用直流制動能夠克服減速時間長，并且其特有的抱閘機制能夠及時制動提升機。在觀察的一年內，提升系統沒有出現過超速或者過卷運行的事故，也沒有出現因人失誤而導致的系統問題。二，提升機工作時的功率因素顯著改善。對比發現，之前傳統提升機的功率因素是0.78，而使用了變頻技術后的提升機這一指標變為0.9以上。充分說明了變頻技術在系統中的關鍵作用——降低功耗，提高能源利用率。三，電機定子的溫度得到降低。在復雜，高危環境下工作的提升機，若不控制好自身溫度，碰到礦井中的某些易爆氣體濃度超標時，極易發生安全事故。如今，我們可以在原來基礎上將定子溫度下降21度以上，這樣也避免了機器在高溫下的熱磨損。四，變頻技術的引用使得煤礦提升系統可以同時利用電力牽引和電力制動作用。當提升機工作在正常狀態時，機械閘不作用；但是當提升機即將停車或者處于保護回路時機械閘則又會作用。這種機制規避了提升機鋼繩打滑的風險，降低了事故的發生率。

5 結束語

結合實際煤礦中變頻技術的利用，我們能夠清楚地看到，采用了變頻技術的煤礦提升機能夠解決傳統調速技術下系統線路隱患重重、制動不精準、運行能耗高的問題。隨著變頻技術的進一步成熟和國家對于煤礦安全性要求的不斷提升，變頻技術將會更加廣泛地應用到煤礦提升機中，這也將為煤礦企業帶來人力，物力上的節省和效益上的增加。變頻技術和提升機碰撞出來的火花將更有效地服務于煤礦產業。

參考文獻

[1]郝永勤.解析變頻技術在煤礦提升機中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2014，5：195、197.

[2]汪海洋.變頻技術在煤礦提升機中的應用[J].煤炭科學技術，2013，S1：107-109.

[3]石保國.淺談變頻技術在煤礦提升系統中的應用[J].科技創新與應用，2013，5：35.