变频调速在煤矿提升运输系统的应用

　　煤矿提升运输是煤炭生产的一个重要环节。但由于煤矿生产的特殊环境和安全上的特殊要求，变频器在煤矿的应用起步比较晚。随着我国市场经济的深入发展，煤矿的增产、降耗、提效被提到了重要地位，设备节能改造势在必行。变频调速在煤矿固定机械、提升运输及采煤机上也有了一定的应用并取得了较好的效果。本文就变频调速在煤矿提升运输系统的应用进行探讨。

　　1.变频调速的发展及原理

　　1.1变频调速的发展概述

　　矿井提升是矿山生产的关键，所以，无论哪种提升机，对电气传动的要求都很高，因为电气传动系统性能的优劣，可靠性的高低，都直接关系到矿山生产的效率和矿山生产的正常进行。

　　目前，我国矿井提升机的电气传动系统主要有：对于大型矿井提升机，主要采用直流传动系统，有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统；这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，维修工作量较大等。对于中、小型提升机，则多采用交流电气传动系统，如采用交流绕线式电动机，使用电机转子切换电阻调速，这种电气传动系统虽然设备简单，但它是有级调速，调速性能差，效率低，大量的电能消耗在电动机转子电阻上，而且可靠性也差。

　　将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。我国已有几台大型矿井提升机采用交-交变频调速系统，取得了很好的效果，但其缺点是功率因数不高，谐波大，需加谐波和功率因数补偿装置。随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。

　　1.2原理

　　大功率变频装置可以将工频三相交流器，利用设定的参数进行了逆变，使得输出为某一相应设定频率的交流电。变频器输出频率的变化，将导致电动机的输出转速变化，二者之间的关系近似线性。这样，就起到了调速的作用。在电路系统中，为了保证正常运行安全，必须将设备可靠的接地，因此，变频器的接地端也应可靠接地。主回路中，用于连接制动单元和制动电阻的端子，用于防止提升机在垂直方向上运行时，发生工件在带动电动机运转，而产生很大的再生电动势，即泵升电压过高，损坏变频器的现象出现。加入外接制动电阻或外接制动单元可消耗部分能量，提高变频器的工作能力。根据变频调速原理，在变频器的控制输入回路中接入频皲定电路，由PLC输出的模拟量，即电压或电流信号来控制变频器的输出频率。此时的变频器输出频率与设定电压或电流输入成正比。为了便于监控变频器的运行状态并及时发现异常，取出变频器的异常信号送到PLC的输入模块，以作为变频器的事故报警信号。

　　1.3变频调速的优点

　　（1）实现无级平稳加减速 提高提升系统的安全水平。

　　（2）节约电能。

　　（3）用变频器内置的编程软件替代继电器实现提升速度控制，减少设备维修工作量。

　　（4）起动电流低，对系统及电网无冲击节电效果明显，启动时无需串金属电阻启动，降低了启动能耗。

　　（5）系统各项保护功能齐全，操作安全性能高。

　　2.变频调速控制系统抗干扰措施

　　2.1变频器干扰的来源

　　首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备，非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其它设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。

　　其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术，当工作于开关模式且作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。

　　变频器的输入和输出电流中，都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外，还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。

　　2.2抗干扰措施

　　2.2.1屏蔽干扰源

　　屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部信号控制变频器时，要求信号线尽可能短（一般为20m以内），且信号线采用双芯屏蔽，并与主电路线（AC380V）及控制线（AC220V）完全分离，决不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

　　2.2.2采用电抗器

　　在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量（5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所）所占的比重是很高的，它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外，还因为它们消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有以下两种：

　　（1）电抗器串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有：

　　a、通过抑制谐波电流，将功率因数提高至（0.75-0.85）。

　　b、削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击。

　　c、削弱电源电压不平衡的影响。

　　（2）直流电抗器 串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一，就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效，可达0.95，并具有结构简单、体积小等优点。

　　2.2.3正确的接地

　　正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地）不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。对于变频器，主回路端子PE（E、G）的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段，因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2，长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开，不能共地。

　　3.变频调速在煤矿提升运输系统的运行效果分析

　　传统提升机电控系统采用PLC与变频器相结合的方案进行改选后，省去了大量的继电器、接触器及调速电阻，减少了故障发生率，同时还有利于节能。另外系统采用PLC软件编程实现提升机主S形速度给定及操作台辅助速度给定，能够实现自动及手动调速，灵活性大，易于操作；系统加入同步开关，也提高了控制精度。经过MATLAB仿真实验可以分析出，该系统具有良好的动静态响应特性、带负载能力及抗干扰能力，因此能够满足矿山生产实际需要。目前在辽宁铁法能源有限责任公司各矿井的提升机、胶带输送机、无极绳绞车等设备上已普遍运用变频调速控制技术，运行效果较好，创造了可观的经济效益。