淺談變頻及脈沖調(diào)速技木在煤礦機(jī)電中的節(jié)能作用

　　煤礦節(jié)能降耗業(yè)已成為企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的必由之路。利用變頻及IGBT脈沖調(diào)速技術(shù)，對(duì)煤礦現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，提高效率、節(jié)省電費(fèi)是關(guān)鍵。

　　1、架線電機(jī)車IGBT脈沖調(diào)速應(yīng)用

　　1）應(yīng)用范圍。在低瓦斯礦井生產(chǎn)過(guò)程中，架線電機(jī)車主要作為牽引運(yùn)輸工具，從而完成礦井生產(chǎn)運(yùn)輸矸石、半巖煤、物料以及人員拉運(yùn)和接送任務(wù)，它在礦井運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用。因此，IGBT脈沖調(diào)速裝置可在礦井下運(yùn)輸上擔(dān)當(dāng)此重任，并可以大面積的推廣應(yīng)用。

　　2）調(diào)速原理。目前，煤礦井下直流架線電機(jī)車調(diào)速器采用兩種結(jié)構(gòu)，即：電阻調(diào)速和可控硅脈沖調(diào)速。電阻調(diào)速的缺點(diǎn)是機(jī)車運(yùn)行時(shí)其電機(jī)串聯(lián)電阻消耗電能，并且觸頭式控制器的維修量也大?？煽毓杳}沖調(diào)速器的缺點(diǎn)是：可控硅工作頻率（300HZ）低，電路中濾波電抗、濾波電容、換向電抗、換向電容的電感也很大，體積太大（一般分為三個(gè)部分：即電容箱、主電路箱、控制器）。由于可控硅關(guān)斷需要耗能，因而其效率也低。

　　調(diào)速工作原理是：直流電機(jī)通過(guò)IGBT，限流電路與直流電源形成回路，脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生8000Hz的脈沖頻率來(lái)控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間，即調(diào)整脈沖寬度的占空比。脈沖寬度越寬，在電機(jī)上所產(chǎn)生的電壓就越高；脈沖寬度越窄，電機(jī)上的電壓就越低，這樣便達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。當(dāng)電機(jī)發(fā)生過(guò)流或電機(jī)損壞短路時(shí)，保護(hù)電路會(huì)使脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖寬度迅速變窄或截止以可靠的保護(hù)IGBT。IGBT脈沖調(diào)速方式解決了上述兩種機(jī)車調(diào)速的缺點(diǎn)，改變了原有狀況，其技術(shù)水平比較領(lǐng)先。

　　3）組成及技術(shù)參數(shù)。本調(diào)速器主要由四部分組成：①直流輸入及濾波電路；（2）IGBT主控?cái)夭娐罚虎巯蘖鞅Ｗo(hù)電路；④脈寬調(diào)制電路。

　　主要技術(shù)參數(shù)：①直流架線250V電壓波動(dòng)范圍：150—350V；②10t機(jī)車額定工作電流：250V。220A；③調(diào)壓范圍：5-95%UDC；④制動(dòng)方式：兩級(jí)能耗制動(dòng)；⑤工作頻率：8KC；⑥工作條件：連續(xù)。

　　4）項(xiàng)目的關(guān)鍵要點(diǎn)。通過(guò)IGBT脈沖調(diào)速裝置在機(jī)車方面的推廣應(yīng)用，項(xiàng)目改進(jìn)后提高了機(jī)車工作效率，確保了機(jī)車運(yùn)輸安全，降低了能耗，減輕了維修維護(hù)工作等。

　　IGBT具有正的溫度系數(shù)無(wú)二次電壓擊穿，因此可靠性很高。由于IGBT是給信號(hào)就通，停信號(hào)就斷，所以不需要用電抗電容器組成的充放電關(guān)斷電路，其工作頻率（可達(dá)數(shù)萬(wàn)Hz）很高，并且效率（可達(dá)98%）也很高。

　　5）項(xiàng)目的技術(shù)水平。與現(xiàn)有同類技術(shù)的全面比較。通過(guò)IGBT脈沖調(diào)速裝置的推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了把直流電變成頻率可調(diào)的交流電，最后再把交流電變成所需電壓等級(jí)的直流電。彌補(bǔ)了早期架線電機(jī)車調(diào)速性能不好弊端，改變了原有調(diào)速器體積大、難搬運(yùn)的缺點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)車啟動(dòng)、停車平穩(wěn)，提高了機(jī)車工作效率，確保了礦井機(jī)車運(yùn)輸安全，降低了能耗，提高了使用壽命，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　2、提升絞車變頻調(diào)速的應(yīng)用

　　運(yùn)輸提升絞車通常采用繞線式電動(dòng)機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)，主要用于提升或下降重物，具有典型的位能負(fù)載特性，是煤礦的通用設(shè)備。

　　1）現(xiàn)有絞車調(diào)速狀況。由于啟動(dòng)及調(diào)速等方面的需要，通常都是在線繞式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接電阻，來(lái)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，從而降低電機(jī)啟動(dòng)電流，以實(shí)現(xiàn)小范圍的轉(zhuǎn)差變速，去適應(yīng)負(fù)載的突變持性，并實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的分級(jí)調(diào)整。這種控制方式帶來(lái)如下弊端：轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)。電阻分級(jí)切換，實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，引起電氣及機(jī)械沖擊。低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動(dòng)電流和換檔電流沖擊大，中高速運(yùn)行振動(dòng)大，制動(dòng)不安全不可靠，對(duì)再生能量處理不力，斜井提升機(jī)運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，故障率高。對(duì)于24h連續(xù)作業(yè)的礦井下生產(chǎn)，即使短時(shí)間的停機(jī)維修也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。再生發(fā)電時(shí)，機(jī)械能回饋電網(wǎng)，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低。尤其在供電饋線較長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合，會(huì)加大變壓器、供電線路等方面的投資。

　　2）變頻調(diào)速改造方案。該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程主要分為兩個(gè)過(guò)程。（1）絞車電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)程，即正常的逆變過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成。其中正常逆變過(guò)程是其核心部分，它改變電機(jī)定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。（2）絞車電機(jī)作為發(fā)電機(jī)的過(guò)程，即能量回饋過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成。其中該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。電解電容的主要作用是為回饋逆變部分提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓源，保證逆變部分運(yùn)行更可靠。回饋逆變部分是整個(gè)回饋過(guò)程的核心部分，變頻器對(duì)輸入電源的相位、電網(wǎng)電壓波動(dòng)幅值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。為保證逆變的正常工作以及減少對(duì)電網(wǎng)的污染，設(shè)有輸出濾波部分，使回饋的能量保持平滑性，避免回饋能量對(duì)電網(wǎng)的騷擾作用。

　　3）變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

　?。?）寬電網(wǎng)電壓：±20%電壓，可從容應(yīng)付不同的電網(wǎng)狀況。

　?。?）軟啟動(dòng)功能，減少了設(shè)備起動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電網(wǎng)的浪涌沖擊和機(jī)械沖擊。減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，加、減速過(guò)程平滑，保護(hù)了電機(jī)，降低電機(jī)維護(hù)費(fèi)用。

　　（3）降低電機(jī)噪音及機(jī)械震動(dòng)。低速時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩加大，運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定、不共振、溫升低，可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

　?。?）輸入諧波小，高功率因數(shù)。

　?。?）具有完善、可靠、人性化的保護(hù)功能，如電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)，瞬時(shí)過(guò)流、過(guò)載保護(hù)，過(guò)壓失速保護(hù)，電流限幅保護(hù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償保護(hù)等，有效地保護(hù)供電、配電設(shè)備和電機(jī)安全運(yùn)行。

　?。?）效率高，無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速范圍大、精度高、無(wú)級(jí)調(diào)速。

　?。?）故障率低。低故障率可節(jié)省設(shè)備檢修、維護(hù)費(fèi)用。

　　3、節(jié)約效果明顯、前景廣闊

　　由于該調(diào)速器免去了調(diào)速電阻箱，所以節(jié)電率高達(dá)35%，按10t電機(jī)車的2臺(tái)24kW電機(jī)每天運(yùn)行18h計(jì)算，日可節(jié)電302.4kWh。如電費(fèi)按0.5 N/kWh計(jì)算，日節(jié)電費(fèi)151.2元，年節(jié)電費(fèi)55188元。通過(guò)對(duì)電機(jī)變頻調(diào)速可平均節(jié)能30%以上。

　　目前，煤礦的一些變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成熟，將逐步在煤礦機(jī)電設(shè)備中引入變頻調(diào)速技術(shù)并將在煤礦中推廣使用。