【毕业设计】变频技术在煤矿中的应用

我国变频调速技术的发展概况电气传动控制系统通常由电动机控制装置和信息装置部分组成。

电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态位置速度加速度等，实现电能机械能的转换，达到优质高产低耗的目的。

电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。

不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能节约或更多，改善产品质量，提高产量。

在我国的发电量是通过电动机消耗的，因此调速春传动是个重要行业，直得到国家重视，目前已有定规模。

近年来交流调速中最活跃发展最快的就是变频调速技术。

变频调速是交流调速的基础和主干内容。

上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了个庞大的电力行业。

长期以来，交流电的频率直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。

我国电气传动产业始建于年当时第批该专业范围内的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部属下建立了我国第个电气传动成套公司，这就是后来天津电气传动设计研究所的前身。

我国电气传动与变频调速技术的发展简使见表。

现在我国已有家左右的公司工厂和研究所从事变频调速技术的工作。

我国是个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。

至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上年代水平。

随着改革开放，经济高速发展，形成了个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。

很多最先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。

国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部分在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供流的电气传动控制系统。

虽然取得很大成绩，但应看到由于国内自行开发生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。

目前国内主要的产品状况晶闸管交流器和开关断器件斩波器供电的直流调速设备。

这类设备的市场很大，随着交流调速的发展，该时常虽在缩减，但由于我国旧设备改造任务多，以及它在几百至千多范围内价格比交流调速低得多，所以在短期内市场不会缩减很多。

国产设备能满足需要，部分出口。

自行开发的控制器多为模拟控制，近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。

或逆变器供电的交流变频调速设备。

这类设备的市场很大，总容量占的比例不大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线，从简单的控制到高性能的矢量控制。

约有家工厂和公司生产，其中合资企业占很大比重。

负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。

这类产品在抽水蓄水能电站的机组起动，大容量风机泵压缩机和轧机传动方面有很大需求。

国内只有少数科研单位有能力制造，目前容量最大做到。

功率装置国内配套，自行开发的控制装置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用软件。

交交变频器供电的交流变频调速设备。

这类产品在轧机和矿井卷扬传动方面有很大需求，台数不多，功率大。

主要靠进口，国内只有少数科研单位有能力制造。

目前最大容量做到。

功率部分国产，数字控制装置进口，包括开发应用软件。

变频调速技术在国民经济和日常生活中的重要地位是由以下因素决定的。

应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术。

是节约能源的高新技术。

是国际上技术更新换代最快的领域。

是高科技领域的综合性技术。

是替代进口，节约投资的最大领域之。

国内外技术现状对比国外现状在大功率交交变频循环变流器调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达万的电气传动设备用于船舶推进系统。

在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利公司提供了单机容量为万的设备用于抽水蓄能电站。

在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司电流型晶闸管变频调速设备单机容量为和变频调速设备单机容量为，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车风机水泵传动。

在小功率交流变频调速技术反面，日本富士变频器最大单机容量可达，变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。

国外交流变频调速技术高速发展有以下特点。

市场的大量需求。

随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械纺织化工造纸冶金食品等各个行业以及风机水泵等的节能场合，应取得显著的经济效益。

功率器件的发展。

近年来高电压大电流的等器件的生产以及并联串联技术的发展应用，使高抵押大功率变频器产品的生产及应用成为现实。

控制理论和微电子技术的发展。

矢量控制磁通控制转矩控制模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础位位高速微处理器以及信号处理器和专用集成电路技术的快速发展，为实现变频器高精度多功能提供了硬件手段。

基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件可以选用矿用般型电气设备。

煤矿常用的空气压缩机有往复式活塞式和螺杆式常用压缩机型号和主要技术数据见表。

表煤矿常用压缩机型号及规格空气压缩机出厂时配套的排气压力调节装置，多数为关闭进气管式压力调节器其工作原理是当储气罐风包内空气压力超过设定压力时，压缩机进气管上碟阀自动关闭，压缩机进入空转卸荷状态。

当储气罐内空气压力低于设定压力时，压缩机进气管碟阀自动开启，压缩机又进入满载工作状态。

空气压缩机的排气量和压力，在运转中也不是不变的，常因所使用风动机械和风动工具的台数多少而变化，所以空气压缩机工作时总是在重复满载卸荷工作方式。

满载时的工作电流接近电动机的额定电流卸荷时的空转电流约为电动机额定电流这部分电流不是做有用功，而是机械在额定转速下的空转损耗。

这种机械式调节装置虽然也能起到压力调节作用，但是压力调节精度低，压力波动大压缩机总是在额定转速下工作，机械磨损大，电耗高。

根据空气压缩理论，压缩机的轴功率排气量和轴转速符合下列公式根据上述理论分析，在空气压缩机的汽缸容积不能改变的条件下，只有调节压缩机的转速能改变排气量空气压缩机是恒转矩负载，压缩机轴功率与转速呈正比变化在压缩机总排气量大于风动工具用气量时，通过降低压缩机转速调节供风压力，是达到压缩机经济运行的有效方法。

在可以选用的压缩机变极电动机改变皮带轮传动比串极调速等调速方法中，变频调速与其他调速方法相比，具有无极调速容易实现自动控制不用改变设备结构和安装量小的特点。

变频调速的优点是压力给定方便，根据用气量的变化随时调整设定值，能够实现压力闭环运行，实现压缩空气的恒压供应。

空气压缩机选用变频器时的有关要求空气压缩机属于恒转矩类负载压缩机选用变频器拖动的主要目的是按需要的用风量，合理调节供气压力的设定值，实现稳压节能运行。

按配套电动机额定功率选用相同容量的恒转矩变频器。

变频器要有内置调节功能和或摸拟信号接口使用地点的电压变动率要在变频器允许输入电压范围内。

五变频调速技术在煤矿带式输送机中应用目前，变频器在国内煤矿的应用主要集中在带式输送机上。

皮带是个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去。

过大的张力波极易超过皮带拉申强度，引起皮带被撕断或皮带扣脱扣。

因此，煤矿安全规程规定，带式输送机必须加设软起动装置。

目前煤矿采用的软起动装置绝大部分是液力偶合器。

液力偶合器虽然能相对解决部分皮带机的软起动问题，但与变频器驱动相比，仍具有明显的劣势首先，采用液力偶合器时，电机必须先空载起动。

工频起动时，最初的电流很大，为电机额定电流的倍。

大的起动瞬间电流会在起动过程中产生冲击，引起电机内部机械应力和热应力发生变化，起动瞬间冲击易产生机械振动，皮带突张，超过拉申强度，皮带扣加速应力加大，对机械部分造成严重磨损甚至损坏。

同时还将引起电网电压下降，影响到电网内其它设备的正常运行，因此，大容量的皮带机还必须附加电机软起动设备。

其次，液力偶合器长时工作时，引起液体温度升高，熔化合金塞，引起漏液，增大维护工作量，污染环境。

采用液力偶合器时，皮带机的加载时间较短，容易引起皮带张力变化，因此对皮带带强要求较高。

般的皮带机都是长距离大运量，通常都是多电机驱动，采用液力偶合器驱动，很难解决多电机驱动时的功率平衡。

变频技术己在部分煤矿企业获得了广泛应用，例如晋城煤业集团大同煤业兖矿四川泸县大多数煤矿，芙蓉矿务，歌乐山矿等。

运用变频器对带式输送机的驱动进行改造，将给用户带来设备性能提高，降低故障率，提高产量，减少机械事故，降低采煤成本，提高经济效益。

其特点有真正实现了带式输送机系统的软起动。

运用变频器对带式输送机进行驱动，运用变频器的软起动功能，将电机的软起动和皮带机的软起动合二为，预设皮带特性起动曲线，通过电机的慢速起动，带动皮带机缓慢起动，将皮带内部贮存的能量随内在特性缓慢释放，使皮带机在起动过程中形成的张力波极小，几乎对皮带不造成损害，更不会造成射箭事故和倒架现象。

变频起动力矩大，可良好地减少煤压带发生。

实现皮带机多电机拖动时的功率平衡。

采用主从控制，实现功率平衡，降低电机无功损耗和电机温升与皮带跑偏。

佳强公司吴总主研的国内首台大同马脊粱矿主皮带机高压变频柜运行至今四年，保持良好。

其吴加强论文皮带运输机专用高压变频器的设计选入中国当代思想宝库中国文联出版年版选入第二届世界重大学术成果精选华人卷Ⅱ，在晋城煤业集团陈庄王台二号井顺槽皮带为电机拖动，采有主从控制后，轻载时主从电机电流相差左右，满载时相差左右。

降低皮带突张应力强度。

采用变频器拖动之后，由于变频器的起动时间可在可调，通常皮带机起动时间在内根据现场设定，皮带机的起动时间延长，大大降低对皮带带强的要求，延长皮带使用寿命，降低设备运行投资。

降低设备的维护量。

变频器是种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。

同时，利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械基本无冲击，也大大减少了皮带机系统机械部份的检修量。

节能。

在皮带机上采用变频拖动后的节能效果主要体现在系统功率因数和系统效率两个方面。

提高系统功率因数通常情况下，煤矿用电机在设计过程中放的裕量比较大，工作时绝大部分不能满载运行，电机工作于满电压满速度而负载经常很小，也有部分时间空载运行。

由电机设计和