浅谈变频及脉冲调速技木在煤矿机电中的节能作用

浅谈变频及脉冲调速技木在煤矿机电中的节能作用

　　煤矿节能降耗业已成为企业降低生产成本、提高产品质量，实现科学发展的必由之路。利用变频及IGBT脉冲调速技术，对煤矿现有运输设备进行技术改造，提高效率、节省电费是关键。

　　1、架线电机车IGBT脉冲调速应用

　　1）应用范围。在低瓦斯矿井生产过程中，架线电机车主要作为牵引运输工具，从而完成矿井生产运输矸石、半岩煤、物料以及人员拉运和接送任务，它在矿井运输中发挥着重要的作用。因此，IGBT脉冲调速装置可在矿井下运输上担当此重任，并可以大面积的推广应用。

　　2）调速原理。目前，煤矿井下直流架线电机车调速器采用两种结构，即：电阻调速和可控硅脉冲调速。电阻调速的缺点是机车运行时其电机串联电阻消耗电能，并且触头式控制器的维修量也大。可控硅脉冲调速器的缺点是：可控硅工作频率（300HZ）低，电路中滤波电抗、滤波电容、换向电抗、换向电容的电感也很大，体积太大（一般分为三个部分：即电容箱、主电路箱、控制器）。由于可控硅关断需要耗能，因而其效率也低。

　　调速工作原理是：直流电机通过IGBT，限流电路与直流电源形成回路，脉宽调制电路产生8000Hz的脉冲频率来控制IGBT的导通与关断的时间，即调整脉冲宽度的占空比。脉冲宽度越宽，在电机上所产生的电压就越高；脉冲宽度越窄，电机上的电压就越低，这样便达到改变电机转速的目的。当电机发生过流或电机损坏短路时，保护电路会使脉宽调制电路产生的脉冲宽度迅速变窄或截止以可靠的保护IGBT。IGBT脉冲调速方式解决了上述两种机车调速的缺点，改变了原有状况，其技术水平比较领先。

　　3）组成及技术参数。本调速器主要由四部分组成：①直流输入及滤波电路；（2）IGBT主控斩波电路；③限流保护电路；④脉宽调制电路。

　　主要技术参数：①直流架线250V电压波动范围：150—350V；②10t机车额定工作电流：250V。220A；③调压范围：5-95%UDC；④制动方式：两级能耗制动；⑤工作频率：8KC；⑥工作条件：连续。

　　4）项目的关键要点。通过IGBT脉冲调速装置在机车方面的推广应用，项目改进后提高了机车工作效率，确保了机车运输安全，降低了能耗，减轻了维修维护工作等。

　　IGBT具有正的温度系数无二次电压击穿，因此可靠性很高。由于IGBT是给信号就通，停信号就断，所以不需要用电抗电容器组成的充放电关断电路，其工作频率（可达数万Hz）很高，并且效率（可达98%）也很高。

　　5）项目的技术水平。与现有同类技术的全面比较。通过IGBT脉冲调速装置的推广应用，实现了把直流电变成频率可调的交流电，最后再把交流电变成所需电压等级的直流电。弥补了早期架线电机车调速性能不好弊端，改变了原有调速器体积大、难搬运的缺点。实现了机车启动、停车平稳，提高了机车工作效率，确保了矿井机车运输安全，降低了能耗，提高了使用寿命，创造了更高的经济价值。

　　2、提升绞车变频调速的应用

　　运输提升绞车通常采用绕线式电动机作为主驱动，主要用于提升或下降重物，具有典型的位能负载特性，是煤矿的通用设备。

　　1）现有绞车调速状况。由于启动及调速等方面的需要，通常都是在线绕式电动机的转子回路串接电阻，来改变电机的输出转矩，从而降低电机启动电流，以实现小范围的转差变速，去适应负载的突变持性，并实现电动机的分级调整。这种控制方式带来如下弊端：转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源浪费。电阻分级切换，实现有级调速，设备运行不平稳，引起电气及机械冲击。低速转矩小，转差功率大，启动电流和换档电流冲击大，中高速运行振动大，制动不安全不可靠，对再生能量处理不力，斜井提升机运行中调速不连续，容易掉道，故障率高。对于24h连续作业的矿井下生产，即使短时间的停机维修也会给生产带来很大损失。再生发电时，机械能回馈电网，造成电网功率因数低。尤其在供电馈线较长的应用场合，会加大变压器、供电线路等方面的投资。

　　2）变频调速改造方案。该系统的运行过程主要分为两个过程。（1）绞车电机作为电动机的过程，即正常的逆变过程。该过程主要由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。其中正常逆变过程是其核心部分，它改变电机定子的供电频率，从而改变输出电压，起到调速作用。（2）绞车电机作为发电机的过程，即能量回馈过程。该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成。其中该部分的整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。电解电容的主要作用是为回馈逆变部分提供一个稳定的电压源，保证逆变部分运行更可靠。回馈逆变部分是整个回馈过程的核心部分，变频器对输入电源的相位、电网电压波动幅值进行实时检测，实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位的一致。为保证逆变的正常工作以及减少对电网的污染，设有输出滤波部分，使回馈的能量保持平滑性，避免回馈能量对电网的骚扰作用。

　　3）变频调速技术的优点

　　（1）宽电网电压：±20%电压，可从容应付不同的电网状况。

　　（2）软启动功能，减少了设备起动时大电流对电网的浪涌冲击和机械冲击。减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，加、减速过程平滑，保护了电机，降低电机维护费用。

　　（3）降低电机噪音及机械震动。低速时，电机的转矩加大，运转更稳定、不共振、温升低，可延长设备使用寿命。

　　（4）输入谐波小，高功率因数。

　　（5）具有完善、可靠、人性化的保护功能，如电动机过载保护，瞬时过流、过载保护，过压失速保护，电流限幅保护，自动转矩补偿保护等，有效地保护供电、配电设备和电机安全运行。

　　（6）效率高，无附加转差损耗，调速范围大、精度高、无级调速。

　　（7）故障率低。低故障率可节省设备检修、维护费用。

　　3、节约效果明显、前景广阔

　　由于该调速器免去了调速电阻箱，所以节电率高达35%，按10t电机车的2台24kW电机每天运行18h计算，日可节电302.4kWh。如电费按0.5 N/kWh计算，日节电费151.2元，年节电费55188元。通过对电机变频调速可平均节能30%以上。

　　目前，煤矿的一些变频调速技术已经成熟，将逐步在煤矿机电设备中引入变频调速技术并将在煤矿中推广使用。