變頻調速技術在煤炭機電領域的運用研究

謝振華

(婁底市煤炭局，湖南 婁底 417000)

引言

目前，從煤炭機電的整個行情來看，電能無疑是這個行業能持續發展下去的最基本的保障，幾乎每年該行業都會消耗掉很多的電能，因此，用電支出成為了該行業的一項最大的開支。為了節省這部分的重大支出，煤炭機電行業就不得不求改變，這個時候變頻調速技術應運而生，將該項技術運用到各種機電設備中，各種設備的耗電量比以往下降很多。所以，該項技術在煤炭機電行業越來越受到重視。

1.變頻調速在煤炭機電行業中應用的原理與優勢

1.1 變頻調速技術的原理。當今世界，煤炭機電行業電動機是非常重要的一件工具。電動機在工作運行中時常會遇到對電動機頻率的調整控制。為了是電動機頻率可以達到完全的自動化的目的，將電動機與變頻調速相結合是個不錯的方法。這使得電動機調速的實際銷量得到高效的提升。與此同時，整個煤炭機電行業的工作效率也得到了非常巨大的提高。變頻調速的根本原理可以用數學公式來進行表達。變頻調速的是公式:N=120F/C (1-H)［1］。公式中的C 表示的是轉速級數，字母H 表示的是轉速差率，字母F 表示的是交流電頻率，字母N 表示的是轉子轉速。從公式中可以分析出一個交流電頻率與轉子轉速是呈正比的，交流電頻率變得越高，轉子轉速也就跟著變得越高，反之，交流電頻率變得越低，轉子轉速也就變得越低。事實也表明，每當交流電的實際頻率在0 到50 赫茲的時候，電動機才能做最大功率的轉速調整。簡單來講，就是變頻調速的核心原理是將實際頻率進行變換，從而使得頻率也跟著變換。

1.2 變頻調速在煤炭行業中應用的優勢

(1)設備制動比原來穩定。如今的煤炭機電行業，機電設備在日常運行時，一般都是運用軟啟動的方法進行啟動。可是軟啟動在一定程度上存在很多的缺點。比如:①軟啟動所需要的電流比較大。②煤炭機電行業的供電情況非常的復雜，難以梳理，如果是出現了供電距離特別長的情況，軟啟動所需要的實際功率會更大。③煤炭機電行業在日常工作中，經常要反復多次啟動電動機，可是電動機的電流又不是很平穩，這將造成發電機因啟動過于頻繁而燒毀。一旦將變頻調速的機電設備與之相結合使用，就可以有效地避免上述問題的發生，將使得電動機的運行更加的平穩。

(2)調速的性能越來越好。發動機在啟動的時候，變頻調速器可以對所需要的電流進行調控，使得實際運用的電流不或越過事先就定好的電流。與此同時，變頻調速器還可以與電動機自身的負荷相結合，這就使得電動機可以在很短的時間內就能發動。電動機在工作時，還能根據運行的實際情況對它的轉速進行直接的調制，讓電動機可以時刻處在安全穩定的工作氛圍中。這和軟啟動對比，變頻調速器的優勢有兩點，第一是調速器在回流的時候耗電量絕對要比軟啟動小。第二是調速器有了自動補償的能力，這種能力在很多時候都減少了無用供的消耗，相反的電能的實際利用率就會得到更大的提升。

(3)測試控制的性能更加得優越。測試控制時煤炭行業的重中之重，傳統的測控是通過人為的手工去實現的。手工測控這種方式非常的落后，而且很難保證質量。目前，變頻調速器已經全面代替了手工測控，這使得很多問題都得到了解決。其原因是因為它可以做到閉環，開環，從而能有效的對其進行控制，并且是完全自動化的。所以可以看出，變頻測控調速器更具優越性。

(4)維修成本大大得到減少。從目前情況來看，軟啟動的方式在煤炭機電行業中，其耗費非常大。其主要原因有兩點第一是軟啟動很容易讓電動機燒毀，所以后期產生的維修費用就會增加。第二是軟啟動很容易損毀電動機，即使電動機沒有被完全燒壞，為了提高其效率還是要進行維修保養，長期下來這部分的費用也會很大。但是變頻調速器在，維修上的花費將遠遠低于軟啟動方式。因此，變頻調速器的使用將大大減少維修成本［2］。

2.煤炭機電行業變頻調速技術的研究

2.1 風機設備變頻調速技術的改造研究。在設計時風機的選型一般是以最大風量作為參考的，日常工作中礦井的用風量往往要比額定流量小很多，多出的風量只能通過自然防風或者是人為阻擋等方法進行限制，以便于為礦井的正常生產創造有力的條件。可是，這樣的方式會耗費大量的電能，而且調節控制的精度沒辦法掌控。因此就需要變頻調節技術來兌風量進行調控。具體可參見圖一。

圖1 旋式軸流局扇變頻調速主回路原理圖

2.2 煤礦礦井提升設備的變頻調速技術改造研究。由于礦井提升設備的針對者主要是礦石、礦井相關人員和井下設備等，因此，其所承受的重量就很高。而煤礦中的提升設備對電氣傳動的要求還是比較高的，因為電氣設備的傳動功能現快速的正反向運轉，制動與啟動能力一定要精確。但是目前我國所使用的直流傳動系統裝置都存在著或大或小的缺陷，要是無法實現精確的制動或調速，維修的工作量會非常巨大。可是中小型的煤礦企業又經常使用交流電電氣傳動系統，其基本的運行原理是利用電動機的轉子對電阻進行轉換，以此來達到調速的目的。但這種方式調速時，其性能很差，電動機轉子在工作中會消耗大量的電能，從而出現無法忍受的浪費現象。因此，通過變頻調速技術對煤炭礦井的設備進行改造升級已經到來刻不容緩的地步。針對煤炭礦井的特點，一般會用到一下兩種方案進行改，第一兩象限變頻器調速制動方案;第二四象限能量回饋型高壓變頻器調速方案。雖然這兩種方案都有效果，但在功能上還是有所不同的。目前主要是以礦用的提升裝置的不同來歸類。兩象限變頻器調速制動方案一般用于提高平行軸雙絞筒提升機的作用，而對于經常發生負力的單絞筒提升機，一般會選擇四象限能量回饋型高壓變頻器調速的方法［3］。

3.結語

綜上所述，變頻調速技術在煤炭機電領域的應用越來越廣泛，可是目前還是有很多的技術與經濟方面的問題有待去解決，所以，未來的發展空間也將是空前巨大的。因此，我國的煤炭企業要加快變頻調速技術的研究，根據礦井的特點，制定出有針對性的變頻調速機電設備，從而為我國的煤炭機電事業做出應有的貢獻。

［1］李鵬.變頻調速技術在煤礦機電領域的節能作用探索［J］.高新技術產業發展.2013，(141):9

［2］王曉鵬.變頻調速技術在煤炭機電領域的運用研究［J］.技術研發.2015，(170):73

［3］孫曉章.淺析煤炭機電領域變頻調速技術的應用［J］.煤炭技術.2013，(2):33