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煤炭機(jī)電調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用論文
與此同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)將電動(dòng)機(jī)的工作頻率在短時(shí)間內(nèi)增加至煤炭開采所需要的轉(zhuǎn)速。在此之后變頻調(diào)速器則進(jìn)入控制模式，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化值以及工作參數(shù)的變化適當(dāng)?shù)恼{(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到機(jī)電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的效果。與軟啟動(dòng)等設(shè)備相比不僅僅控制了節(jié)流以及回流所產(chǎn)生的消耗，并且可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)補(bǔ)償，減少了機(jī)電設(shè)備以及整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功消耗，極大程度上提高了電能的利用效率；③測(cè)控相對(duì)便利，安全性較高。變頻調(diào)速器可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)與閉環(huán)等自動(dòng)控制，從而極大程度減少了人工操作以及測(cè)控的環(huán)節(jié)，為煤炭開采的智能化、自動(dòng)化提供技術(shù)支持；④低耗節(jié)能。由于變頻調(diào)速器的調(diào)速性能較高，所以在向礦井中輸送物料或提升等機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用中能夠達(dá)到最優(yōu)參數(shù)，避免電能的浪費(fèi)。與此同時(shí)，變頻調(diào)速的過程中能耗低、噪音小。
（1）風(fēng)機(jī)設(shè)備變頻調(diào)速技術(shù)改造研究。
在風(fēng)機(jī)選型以及設(shè)計(jì)過程中是以最大用風(fēng)量為標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下礦井的用風(fēng)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定流量，多余的風(fēng)量只能夠采用自然防風(fēng)或者人工阻力等方式進(jìn)行限流措施，從而為礦井的生產(chǎn)提供更好的條件。但是這種方式會(huì)導(dǎo)致電能浪費(fèi)，調(diào)節(jié)控制的精度很難把握。所以需要變頻調(diào)節(jié)技術(shù)以高效合理的對(duì)風(fēng)量進(jìn)行控制。圖1是文中主要研究的礦用隔爆的變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)旋式軸流局扇進(jìn)行改進(jìn)的主回路原理圖[2]。由圖可見，在虛框中的設(shè)備為礦用隔爆變頻調(diào)速裝置，K1，K2為QBZ-80礦用隔爆型真空電磁起動(dòng)器，M1，M2為2BKJ-II2.2系列對(duì)旋隔爆型軸流式局部通風(fēng)機(jī)的Ⅰ，Ⅱ級(jí)電動(dòng)機(jī)。對(duì)旋隔爆型軸流式局部通風(fēng)機(jī)的控制方式分為手動(dòng)及自動(dòng)兩種。在自動(dòng)控制的情況下，Q1,Q2閉合，此時(shí)對(duì)旋隔爆型軸流式局部通風(fēng)機(jī)主要通過外部的控制信號(hào)完成對(duì)風(fēng)機(jī)參數(shù)的設(shè)定以及上位風(fēng)機(jī)的開關(guān)信號(hào)控制。然后控制K3閉合，使得變頻調(diào)速器F1輸出信號(hào)，電動(dòng)機(jī)M1從已經(jīng)設(shè)定完成的最小轉(zhuǎn)速啟動(dòng)，并且能夠根據(jù)煤礦作業(yè)面的瓦斯含量對(duì)電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而使風(fēng)機(jī)的工作處于最佳的狀態(tài)。一旦電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到工作頻率情況下，則由變頻調(diào)速器控制將K3斷開，使k1處于閉合狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)M1在額定的轉(zhuǎn)速下工作。如果開采過程中需要增大風(fēng)量，可以根據(jù)作業(yè)面對(duì)風(fēng)量的需求利用變頻調(diào)速器控制K4閉合，則將Ⅱ級(jí)電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)，M2轉(zhuǎn)向與M1相反，并且也是從最小的轉(zhuǎn)速下啟動(dòng)，根據(jù)作業(yè)面的風(fēng)量需要對(duì)M2的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)2BKJ-II2.2系列對(duì)旋隔爆型軸流式局部通風(fēng)機(jī)的供風(fēng)隨著作業(yè)面的瓦斯含量以及風(fēng)量需求的大小而變化，達(dá)到了安全生產(chǎn)的目的[3]。
（2）煤礦礦井提升設(shè)備的變頻調(diào)速技術(shù)改造研究。
由于礦井提升設(shè)備主要載荷對(duì)象是礦石、煤矸石、人員以及井下設(shè)備等，所以承載的重量相對(duì)較高。煤礦中的礦用提升裝置對(duì)電氣傳動(dòng)的要求相對(duì)較高，電氣設(shè)備的傳動(dòng)能力以及可靠性直接影響到煤礦生產(chǎn)的效率以及安全。對(duì)于煤礦礦井提升裝置的電氣系統(tǒng)的具體要求是：調(diào)速能力強(qiáng)，精度高并且能夠?qū)崿F(xiàn)快速的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)，具有精確的制動(dòng)以及啟動(dòng)的能力。但現(xiàn)階段我國(guó)主要采用直流傳動(dòng)裝置，基于ABBDCS400晶閘管變流器的直流傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)型都存在著直流電動(dòng)機(jī)的固有缺陷，如不能夠?qū)崿F(xiàn)精確制動(dòng)以及調(diào)速、維修量較大等。而中小型的煤礦又常常采用交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，基本原理是利用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子對(duì)電阻進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但是這種調(diào)速的方式、調(diào)速的性能較差，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻消耗了許多電能，從而造成了不必要的浪費(fèi)。由此可見變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)煤礦礦井提升設(shè)備的改造工作勢(shì)在必行。針對(duì)煤炭礦井的情況，通常通過以下2種方案進(jìn)行變頻調(diào)速的改造工作：①兩象限變頻器調(diào)速制動(dòng)方案；②四象限能量回饋型高壓變頻器調(diào)速方案。
雖然以上2種方案效果都明顯，但是其實(shí)用性有所圖2煤礦礦井提升設(shè)備主要配置圖區(qū)別�，F(xiàn)階段主要根據(jù)礦用的提升裝置的不同進(jìn)行實(shí)用性的劃分。兩象限變頻器調(diào)速制動(dòng)方案常用于市場(chǎng)的處于正力提升的平行軸雙絞筒提升機(jī)，而對(duì)于時(shí)常出現(xiàn)負(fù)力的單絞筒提升機(jī)則適用于四象限能量回饋型高壓變頻器調(diào)速方案。變頻調(diào)節(jié)優(yōu)化下的煤礦礦井提升設(shè)備的配制對(duì)于調(diào)速效果有很大的影響。現(xiàn)階段煤礦礦井的提升系統(tǒng)中，大多數(shù)的斜井應(yīng)用單繩單鉤提升方式。所以在提升裝置下放罐籠減速的過程中，由于罐籠承受荷載的傾斜分力的作用，使得電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電的狀態(tài)，發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的交流電通過提升設(shè)備中的逆變裝置續(xù)流二極管整流，最終將交流電疊加到變頻調(diào)速器的直流母線上，提升設(shè)備從高速到低速（零速），這時(shí)提升設(shè)備的頻率變化很快，但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子帶著負(fù)載有較大的機(jī)械慣性，不可能很快的停止，這樣就產(chǎn)生反電勢(shì)（端電壓），電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，其產(chǎn)生反向電壓轉(zhuǎn)矩與原電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)矩相反，而使電動(dòng)機(jī)具有較強(qiáng)的制動(dòng)力矩，迫使轉(zhuǎn)子較快停下來，但由于通常變頻器是交－直－交主電力AC/DC整流電路是不可逆的，因此無(wú)法回饋到電網(wǎng)上去，導(dǎo)致母線產(chǎn)生泵升電壓，最終可能對(duì)提升設(shè)備的其他電氣原件造成損壞。所以目前通常采用四象限能量回饋型高壓變頻器，直接對(duì)鼠籠電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，形成完整的電控系統(tǒng)，鼠籠式電動(dòng)機(jī)是由鋁條或銅條與短路環(huán)焊接而成或鑄造而成的三相異步電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)相比于其他的電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修期短、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，所以提升設(shè)備的變頻調(diào)速裝置直接驅(qū)動(dòng)鼠籠式電動(dòng)機(jī)，能夠提升能量轉(zhuǎn)換效率，避免上述現(xiàn)象發(fā)生。圖2所示的是煤礦礦井提升設(shè)備的變頻調(diào)速技術(shù)改造后的主要配置圖[3]。
由以上研究可以看出，煤炭機(jī)電領(lǐng)域變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來越多，但是仍然存在技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)等方面的問題，還有非常大的發(fā)展空間。所以我國(guó)煤炭企業(yè)要全面推動(dòng)變頻調(diào)速技術(shù)在機(jī)電領(lǐng)域的發(fā)展，根據(jù)礦井的特殊環(huán)境以及井下作業(yè)的特點(diǎn)，研究出更多的具有特殊功能的變頻調(diào)速機(jī)電設(shè)備，為我國(guó)煤炭數(shù)字化發(fā)展做貢獻(xiàn)。
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