淺談礦井提升機變頻調(diào)速技術(shù)改造

王志軍

(山煤宏遠煤業(yè)有限公司，山西晉中032600)

0 引言

礦井提升機擔負著礦井設備人員和物料的運輸任務，在礦山生產(chǎn)中起著不可或缺的作用。提升機工作時，提升速度分為三個階段，即加速、勻速、減速階段，其速度的變換是由電動機調(diào)速系統(tǒng)來完成的。傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)是在電動機轉(zhuǎn)子繞組回路通過接觸器串入電阻，在加速段逐級切除電阻，減速段再串入電阻減小轉(zhuǎn)子電流以達到減速目的。

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)日趨完善，以數(shù)字技術(shù)為基礎的變頻調(diào)速也成為交流電機調(diào)速的一種趨勢［1］。交流電機變頻調(diào)速是當今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能等諸多優(yōu)點而被國內(nèi)外認為最有前途的調(diào)速方式。筆者針對礦井提升機進行變頻節(jié)能技術(shù)改造，介紹了傳統(tǒng)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的弊端，以及變頻調(diào)速的原理及選擇變頻器的原則，并分析了經(jīng)改造后的提升機的節(jié)能效果。

1 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)

在交流變頻技術(shù)成熟之前，礦井提升機調(diào)速通常采用直流電動機調(diào)速系統(tǒng)和交流異步繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)。串電阻調(diào)速系統(tǒng)采用多級調(diào)速方法，通過合理的選擇電阻的級數(shù)，可獲得較平穩(wěn)的啟動和調(diào)速性能。但串電阻不可能采用無限多的級數(shù)，因此提升機在運行過程中的加速和減速過程是跳躍的，為有級調(diào)速。而且在調(diào)速過程中能量大多數(shù)消耗在了外串電阻的發(fā)熱上，浪費電能，效率較低。另外，繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻后，使得電動機的機械特性變軟，導致低速運行時穩(wěn)定性變差。因此，當提升機運行過程中負載變化較大時，該種調(diào)速方法性能較差。

2 變頻調(diào)速技術(shù)

2.1 變頻調(diào)速的工作原理

根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)速公式和同步轉(zhuǎn)速公式:

可知:只要改變異步電動機定子供電電源的頻率f1，就可以改變同步轉(zhuǎn)速n1，從而改變電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n。變頻調(diào)速即是通過改變電機定子繞組的供電電源頻率來達到調(diào)速的目的，其原理是把工頻交流(50 Hz)通過整流器變成平滑直流，然后利用半導體器件組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，用于驅(qū)動異步電機，實現(xiàn)無級調(diào)速［2-3］。

礦井提升機的調(diào)速過程是在基速(電動機的額定轉(zhuǎn)速)上向下調(diào)速，根據(jù)(1)式，須從基頻(50 Hz)向下調(diào)節(jié)頻率，以達到減速的目的。又根據(jù)電動機定子相電壓公式:

式中，N1為單相繞組匝數(shù)，kN1為繞組因數(shù)，Φm為主磁通。

當減小頻率的同時若不改變電壓，會使電動機磁通Φm過飽和，導致很大的勵磁電流，嚴重時引起電動機過熱而損壞電機。因此，調(diào)速過程中降低頻率的同時應減小電源電壓，以保證調(diào)速過程中磁通不變。

2.2 變頻器的選擇

選擇變頻器時應以實際電動機的電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。選擇時應使變頻器的額定電流I≥Ie(Ie為電動機的額定電流)，同時應使I≥1.1Imax(Imax為電動機實際運行的最大電流)。在滿足電流的同時還應考慮變頻器的輸出電壓和瞬時過載能否滿足電機的要求。另外，變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會降低電動機的功率因數(shù)和效率。因此，用變頻器給電動機供電時，電動機的電流會增加10%，溫升會增加20%左右。所以在選擇電動機和變頻器時，應適當留有余量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。

3 效益分析

原有的串電阻調(diào)速方式須采用交流接觸器切換電阻完成不同速段的轉(zhuǎn)換，接觸器和外串電阻每3 ～5 個月需更換一次，維修費用大，耽誤生產(chǎn)。提升機調(diào)速系統(tǒng)變頻改造后，電機在不同頻率下運行的節(jié)能效果不同，變頻器在低速運行時節(jié)能效果顯著。根據(jù)現(xiàn)場情況，提升機的加速段及減速段約為60 ～100 m，因此，其低速段占全程的35%左右，經(jīng)計算綜合節(jié)電率在25%左右。變頻改造后原系統(tǒng)的電阻和接觸器全部棄除不用，不但節(jié)省投資，也增加了可靠性。變頻調(diào)速過程中還可使電動機運行在回饋制動運行狀態(tài)，再生電能可回收利用，節(jié)約更多的電能。

4 結(jié)語

提升機調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)變頻改造后，改善了提升機運行的可靠性，增加了電動機的調(diào)速范圍，調(diào)速平滑性好，電機效率顯著提高，節(jié)約了部分電能，應在礦井提升機調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛應用。

［1］陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)［M］. 北京:機械工業(yè)出版社，2003.

［2］于慶廣.高壓變頻器的拓撲結(jié)構(gòu)及其在火力發(fā)電廠中的應用［J］.電力電子，2004(4).

［3］肖俊.IGBT 在電機 PWM 控制系統(tǒng)的應用研究［J］.電器自動化，2003.