變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦提升機(jī)中的應(yīng)用分析

樊建峰

摘 要：在煤礦企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，礦井提升機(jī)作為重要的機(jī)電設(shè)備，承擔(dān)著礦山礦物、物料及設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)，在礦井系統(tǒng)中具有非常重要的作用。隨著當(dāng)前礦井提升機(jī)在礦井中的廣泛應(yīng)用，其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越受到更多的關(guān)注，而且與礦井的經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)。因此在當(dāng)前礦井提升機(jī)使用過(guò)程中，技術(shù)人員更重視提升機(jī)耗電量的降低，這也使變頻調(diào)速技術(shù)得以在煤礦提升機(jī)中進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)礦井經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的提升起到了十分積極的作用。文章從變頻調(diào)速技術(shù)及發(fā)展入手，對(duì)礦井提升機(jī)的分類(lèi)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)；煤礦；提升機(jī)；分類(lèi)；應(yīng)用

前言

近年來(lái)在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，對(duì)資源的需求不斷增加，在當(dāng)前資源消耗中最主要的資源即是煤炭，因此對(duì)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率提出了更高的要求。在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，提升機(jī)作為必不可少的運(yùn)輸工具，承擔(dān)著重要的運(yùn)輸任務(wù)。在提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，其耗電量較大，為了能夠?qū)崿F(xiàn)電能的節(jié)約，將變頻技術(shù)引入到煤礦提升機(jī)中來(lái)，不僅有效的提高了提升機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，而且有效的確保了礦井運(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

1 變頻調(diào)速技術(shù)及發(fā)展

1.1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

變頻調(diào)速技術(shù)是利用變頻器的工作原理來(lái)完成變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)動(dòng)傳動(dòng)任務(wù)，在變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，為了能夠確保傳動(dòng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的要求，確保靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能上的穩(wěn)定性，則還需要應(yīng)用各種控制技術(shù)。在對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的研究過(guò)程中，還需要對(duì)變頻器對(duì)外干擾進(jìn)行消除，同時(shí)還需要對(duì)變頻器實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行研究。變頻調(diào)速技術(shù)屬于一門(mén)集中多門(mén)學(xué)科的綜合技術(shù)，具有較多的優(yōu)點(diǎn)，而且適用面也較廣，可以說(shuō)在當(dāng)前的調(diào)速領(lǐng)域中，變頻調(diào)速技術(shù)作為一項(xiàng)主要技術(shù)，是調(diào)速領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的主要方向。

1.2 變頻調(diào)速的發(fā)展過(guò)程

1.2.1 變頻器采用的電力電子器件。變頻器應(yīng)用過(guò)程中性能的好壞需要由電力電子器件來(lái)決定，由于早期變頻器是晶閘管，其主要是半控器件，后來(lái)被全控器件所取代。利用全控型器件的變頻器不僅能夠自行開(kāi)關(guān)，而且功率也得到了較大的提升，并進(jìn)一步對(duì)變頻器各種功能進(jìn)行了完善。

1.2.2 線路結(jié)構(gòu)。由無(wú)器件和線路共同連接而形成變頻裝置，目前其主要采用的是大規(guī)模的集成數(shù)字電路，電路全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，而且整流器、逆變器、SPWM波形形成及矢量控制也都集成為一體形式，相對(duì)于最早的模擬電路，當(dāng)前的集成電路體積不斷縮小，電路的可靠性能得以大幅度的提升。

1.2.3 計(jì)算機(jī)的使用。在變頻器領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛地引入進(jìn)來(lái)，其功能更加多樣化。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅可以取代一部分模塊的功能，而且各種保護(hù)得以實(shí)現(xiàn)，其智能化水平也進(jìn)一步提升，能夠進(jìn)行運(yùn)行控制。而且在變頻器結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過(guò)程中，計(jì)算機(jī)配合模塊及其他電氣設(shè)備能夠有效的實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)、控制、通信及調(diào)速等功能，從而成為變頻器技術(shù)的中樞，其網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展速度不斷加快。

1.2.4 變頻器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)前部分礦井提升機(jī)用的變頻器都應(yīng)用了數(shù)字化控制，一些國(guó)外先進(jìn)的提升機(jī)上采用雙交-交變頻器供電系統(tǒng)，其數(shù)字控制主要由高速可編程控制器來(lái)進(jìn)行執(zhí)行，而且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)前也全部由IGBT變頻器供電所取代。

2 礦井提升機(jī)的分類(lèi)

2.1 按用途分

2.1.1 主井提升機(jī)。主提升機(jī)主要是對(duì)井下生產(chǎn)的煤炭進(jìn)行提升，其提升機(jī)容器根據(jù)礦井年產(chǎn)量的不同而采用箕斗或是罐籠、串車(chē)等形式。

2.1.2 副井提升機(jī)。而井下生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，矸石、廢料、下方材料、人員及設(shè)備由主要是副井提升機(jī)來(lái)完成，容器多以普遍罐籠及串車(chē)為主。

2.2 按提升機(jī)類(lèi)型分

2.2.1 單繩纏繞式提升機(jī)。當(dāng)前有大部分單繩纏繞式提升機(jī)采用的都是等直徑圓柱型滾筒，而在一些使用年限較老的礦井中，還有采用變直徑滾筒提升機(jī)的情況。

2.2.2 多繩摩擦式提升機(jī)。這類(lèi)提升機(jī)多以塔式或是落地式為主。

2.3 按拖動(dòng)方式分

按提升機(jī)電力拖動(dòng)方式分為交流拖動(dòng)提升機(jī)和直流拖動(dòng)提升機(jī)。

2.4 按井筒的傾角分

按照井筒傾角的大小可以將提升機(jī)分為立井提升機(jī)及斜井提升機(jī)兩種形式。在立井提升時(shí)，主要是采用箕斗及罐籠等提升容器。而在斜角提升時(shí)，則多以礦車(chē)或是斜井箕斗作為提升容器。當(dāng)井筒傾斜角在25°以下時(shí)，多采用串車(chē)提升，而井筒傾角25°～35°之間時(shí)，則采用箕斗來(lái)進(jìn)行提升。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在當(dāng)前一些大型斜井提升中，多以膠帶輸送機(jī)為主。而且提升機(jī)科技含量不斷提升，無(wú)論是技術(shù)、工藝還是材質(zhì)都具備先進(jìn)性的特點(diǎn)，當(dāng)前提升設(shè)備體積不斷縮小，重量不斷減輕，但其效率及安全性不斷提升，運(yùn)行更為精準(zhǔn)，自動(dòng)化水平更高。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用分析

在礦井提升機(jī)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可以對(duì)井下不同的電網(wǎng)具有較好的適應(yīng)性。有利有提升機(jī)控制性能的提升，在電網(wǎng)波動(dòng)下不會(huì)對(duì)提升機(jī)負(fù)載提升帶來(lái)影響，對(duì)提升負(fù)載能力的提高具有極其重要的意義，而且能夠增大啟動(dòng)力矩，對(duì)電機(jī)軟啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.1 直流制動(dòng)作用

礦井由于具有較大的深度，這就使提升機(jī)慣性滑行的減速度會(huì)相當(dāng)小，從而導(dǎo)致減速時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)率帶來(lái)較大的影響，針對(duì)于這種情況，可以采用在減速時(shí)采用直流制動(dòng)方式。利用變頻調(diào)速技術(shù)可以在提升機(jī)停止工作時(shí)可靠地閘住提升機(jī)，確保其實(shí)現(xiàn)正常的停車(chē)。而且在減速階段下放重物時(shí)，變頻器會(huì)參與到提升機(jī)的控制中來(lái)，確保重物停止在中間位置。特別是在發(fā)生緊急事故時(shí)，能夠迅速閘住提升機(jī)，不會(huì)導(dǎo)致溜勾現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 S形速遞曲線

礦井提升機(jī)過(guò)程必須要求平穩(wěn)、安全、可靠，在副井提人時(shí)還應(yīng)保持礦井上下人員的舒適感。梯形速度圖是我國(guó)提升機(jī)運(yùn)行中廣泛采用的一種速度圖。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機(jī)中，能使提升機(jī)連續(xù)、平滑的運(yùn)行，形成S型速度給定曲線。并且通過(guò)修改有關(guān)提升控制參數(shù)，無(wú)論是加速啟動(dòng)段，還是減速制動(dòng)段，都能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的控制措施。采用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅使提升機(jī)控制系統(tǒng)可靠的工作，而且基本不用維護(hù)。

3.3 節(jié)約資源

一是輸出功率連續(xù)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速；二是提升機(jī)動(dòng)力制動(dòng)采用硅或可控硅整流電源裝置。采用該裝置的動(dòng)力制動(dòng)與采用機(jī)械或電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組制動(dòng)的方式相比，前者具有既能節(jié)電，又能使提升機(jī)制動(dòng)準(zhǔn)確可靠、跟隨性能好的優(yōu)點(diǎn)；三是提升機(jī)采用低頻發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)箕斗提升自動(dòng)化，縮短了提升周期，提高了提升能力，達(dá)到節(jié)約用電的目的；四是穩(wěn)壓性能好。提升機(jī)在額定功率下運(yùn)行，變頻器保證了電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，避免了因電壓高（低）對(duì)電機(jī)所造成的危害。

4 結(jié)束語(yǔ)

變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機(jī)中進(jìn)行應(yīng)用，確保了控制的準(zhǔn)確性和可靠性。而且在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機(jī)中進(jìn)行應(yīng)用具有普遍性，使礦井在生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)約了大量的人力和物力，有利于礦井生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高，對(duì)煤礦行業(yè)的健康發(fā)展具有極其重要的促進(jìn)作用。

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