变频技术在煤矿提升机中的应用

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摘 要：煤矿提升机是在复杂而又繁重的环境下工作的设备，也是矿井中主力设备，它的稳定可靠安全运行关系重大，传统的提升机中使用的调速系统，存在安全性差、不稳定性和效率低等问题。随着电力电子和微电子技术的发展，变频技术作为一种越来越成熟的调速技术，加上其自身启动电压稳定、功率因素高等强大优势，对煤矿提升机运行状态的改善作用十分明显。

关键词：变频技术；安全性；提高效率

1 传统提升机的局限

通过改变转子串电阻来改变回路电流，从而改变电机转速是传统提升机的调速方法。这种提升机在过去生产实践中有着它的优势，比如重量轻、维修方便、造价低。但是随着变频技术的发展，这些优势已显得微不足道[1]。提升机设备的不断升级改造，传统提升机对于生产的滞后作用就越发明显。具体体现在以下几点：第一，传统提升机在运行过程中，爬行阶段、加减速阶段的调速不够到位，致使故障频发；第二，提升机在频繁的启动、制动过程中，转子串电阻上产生很大的无用功耗，既损伤了电子器件，又严重浪费能源；第三，提升机在低速状态下工作时，由于机械性能不足，会产生很大的静差率；第四，相对于现在更加先进的矿井操作设备，大体积的传统控制系统已经不能适应新的环境。这些大体积的老设备长期在深井下工作，存在着散热不良的问题，安全性堪忧。

2 变频调速技术简介及其工作特点

2.1 变频调速技术简介

通过改变工作频率间接调速的技术，我们称之为变频调速技术。为了符合传动转速转矩的硬性要求，保证系统在动静态都能稳定工作，还需要许多控制电路。降低变频器对其他设备的影响和拓展变频器多领域的应用是如今变频器的研究的方向之一。总的来说，变频调速技术综合电力电子、电气控制理论、传动自动化和微机控制等多项前沿技术。根据目前市场发展趋势判断，变频调速技术已经成为调速领域的主体，并有逐步扩大市场的趋势。[2]

2.2 变频调速优于其他技术的表现

2.2.1 启动平稳。实际矿井设备都是工作在极端恶劣的环境下，这就需要电气设备有着更加强大的性能。绝大多数的煤矿电力系统由于使用时间长，电路老化，系统性能降低。当传统大功率设备启动时，瞬时的电流激增会导致这些本不堪负重的线路危机重重，在影响其他设备工作的同时有可能由于电流过大而烧毁部分线路，给矿井带来灾难性的后果。而使用变频技术的设备启动时，不影响其他设备的工作，不会产生电压电流的剧烈变化，也减轻了线路的负荷。

2.2.2 调速性能佳。变频器是根据被控电机负荷的变化和实际工作环境的改变来调整电机的转速，这种工作模式能够保证电机工作的连贯性和稳定性。变频器既减少了电机的损耗又稳定了调速系统。通过相关参数的设定，可以做到无论是启动加速、匀速运行还是减速停止阶段都能实现精准的控制；变频器在可靠工作的同时很少出现故障，无需频繁维护。变频器是真正意义上实现了对电机速度恒加速度或恒减速的调整。

2.2.3 功耗降低。使用变频技术，能够使单次提升时间得到有效控制，缩短提升机在低速爬行阶段的时间，从而增加循环次数。变频器通过调整合适的频率参数能够使电机的物料流量和承受压力达到最佳，这样不仅减少了浪费，也降低了调速本身的功耗。

2.2.4 直流制动。深度的矿井，由于提升机惯性滑行的阻力小，减速时间过长，拉低了生产效率，然而直流制动就能克服这一缺陷。在提升机减速将要放下重物的时候，变频器能够连贯地从高速降到低速，并且利用机械抱闸的作用精确地控制重物的停止位置。出现异常情况时也可以及时地通过改变频率闸住提升机，防止意外发生。

4 变频技术的实际应用分析

煤矿竖井提升重物的属性是摩擦性，因此克服重物做功作用力具有恒转矩性，方向始终不变。在提升机向上爬行时，电机的电磁转矩在克服重物的转矩作用的同时，还要考虑对摩擦转矩的额外作用力。一般来说，此时的电机工作在我们所认为的第一象限。当提升机在减速运行时，尽管此阶段持续时间不是很长，提升机仍然在矿井面上会表现出再升的属性，所以，在这阶段，电机工作在我们认为的第二象限。当提升机在遇到另一重车相向运行时，电机工作模式会转为反向，此时电机的工作状态在第三到第四象限。基于电机不同运行阶段的不同工作状态，深入研究发现：可以尝试利用能耗制动机制来对提升机在运行过程中的重力势能进行消耗，并且通过反馈制动能够达到降低能耗的效果。

想要保障变频器的安全性、可靠性，就必须先将提升机原来的转子电阻进行短路。在提升机正常工作状态期间，还需设置矿机底部和出口等处的安全信号，提升机只有在确认安全指示信号后方可工作。在变频控制的提升机内部还要对相应设备进行设置，要同步保留提升机中原有的液压机械制动和新引进的制动系统，保证系统之间的无缝对接。由于变频器调速的连续性，在提升系统里面还要加入高精度的测量仪器。这样才能确保提升机在工作时能够精准定位于将要停止的位置，并且能够对闭环反馈做出及时正确的相应。[3]

监测使用了变频技术的煤矿后发现，变频技术的确在提升系统稳定性，安全性，效益上起了关键作用。具体表现在以下四个方面：一，使用了变频技术的提升机工作安全性大大增强。采用直流制动能够克服减速时间长，并且其特有的抱闸机制能够及时制动提升机。在观察的一年内，提升系统没有出现过超速或者过卷运行的事故，也没有出现因人失误而导致的系统问题。二，提升机工作时的功率因素显著改善。对比发现，之前传统提升机的功率因素是0.78，而使用了变频技术后的提升机这一指标变为0.9以上。充分说明了变频技术在系统中的关键作用――降低功耗，提高能源利用率。三，电机定子的温度得到降低。在复杂，高危环境下工作的提升机，若不控制好自身温度，碰到矿井中的某些易爆气体浓度超标时，极易发生安全事故。如今，我们可以在原来基础上将定子温度下降21度以上，这样也避免了机器在高温下的热磨损。四，变频技术的引用使得煤矿提升系统可以同时利用电力牵引和电力制动作用。当提升机工作在正常状态时，机械闸不作用；但是当提升机即将停车或者处于保护回路时机械闸则又会作用。这种机制规避了提升机钢绳打滑的风险，降低了事故的发生率。

5 结束语

结合实际煤矿中变频技术的利用，我们能够清楚地看到，采用了变频技术的煤矿提升机能够解决传统调速技术下系统线路隐患重重、制动不精准、运行能耗高的问题。随着变频技术的进一步成熟和国家对于煤矿安全性要求的不断提升，变频技术将会更加广泛地应用到煤矿提升机中，这也将为煤矿企业带来人力，物力上的节省和效益上的增加。变频技术和提升机碰撞出来的火花将更有效地服务于煤矿产业。

参考文献

[1]郝永勤.解析变频技术在煤矿提升机中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2014，5：195、197.

[2]汪海洋.变频技术在煤矿提升机中的应用[J].煤炭科学技术，2013，S1：107-109.

[3]石保国.浅谈变频技术在煤矿提升系统中的应用[J].科技创新与应用，2013，5：35.