變頻技術在機電工程的應用論文
摘要：:改革開放以來，我國礦業事業取得了長足發展，為強國之夢奠定了重要物質基礎，但與此同時，也面臨著“資源約束趨緊、產能利用率低、投入產出率低”等問題。以上問題嚴重制約礦業可持續發展，國家實施十三五期間，穩步推進供給側結構性改革，對礦業提出了“加快傳統礦業轉型升級、提高礦產資源節約集約”的重要指示，礦業普遍問題是電力消耗大、用電效率低，如何有效解決此問題建立安全、綠色、高效、和諧的美麗礦井，成為我們煤礦人的首要目標。本文通過分析變頻器在煤礦機電工程中的應用進行一定分析，在此基礎上對進行提出下文。
關鍵詞：:變頻技術;煤礦企業;機電工程;應用;分析
隨著生產煤礦開采面數量不斷增加與不斷地開拓井巷，“采掘機運通”及排水系統的電力需求也不斷提高，為使電力系統在負荷急劇增加的情況下依舊保持安全、經濟、可靠運行成為一個關鍵問題。通常情況下，傳統解決方式是擴增電力系統容量，但此方式成本昂貴。因此平衡傳統方式單一擴增電力容量與設備端增設變頻設備技術改造兩者相結合成為比較理想經濟選擇。本文首先分析變頻設備工作原理和結構，其次分析變頻器在煤礦中的應用，最后對變頻器在當今企業重要性進行論述。
1關于變頻設備工作原理
變頻器的基本作用就是將工頻(我國50Hz)電源變為電壓與頻率可調的三相交流電。按變頻器的工作原理將其分為交—直—交變頻器和交—交變頻器兩種。交—交變頻器是將工頻交流直接變換成電壓和頻率均可控制的交流電。而交—直—交變頻器則是先將工頻交流電通過整流器變為直流電，然后通過逆變器變換成電壓和頻率均可控制的交流電。交—直—交變頻器的基本構成如圖1，由主電路、整流器、中間直流環節、逆變器及控制電路組成。(1)整流器作用是將三相或單相交流電整流成直流電，其輸入為正弦波輸出為非正弦波且帶有豐富的諧波。(2)中間直流環節又稱中間直流儲能環節用于緩沖與電機之間的無功能量的緩沖。(3)逆變器作用是將直流電轉變為可調電壓和頻率三相交流電輸出，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦。交流電動機的同步轉速表達式位:n=60f(1－s)/p式中n異步電動機的轉速，f異步電動機的頻率，s電動機轉差率，p電動機極對數，轉速n與頻率f成正比，通過改變頻率f即可改變電動機的轉速，變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，變頻調速的核心原理是保持電機磁通恒定進而確保電機有效工作從而達到理想的調速功能和經濟效果。變頻調速核心有兩種，一種是“V/F控制”，特點是簡單實用、使用廣泛、性能一般，其主要原理是通過保證輸出電壓及頻率恒定就能近似保持電機磁通恒定，但低頻時定子阻抗壓降會導致磁通下降，此時需將輸出電壓適當提高保持磁通穩態。二是“矢量控制”，其特點是性能優良、可與直流調速相媲美。其原理是采用矢量坐標變換來實現對異步電機定子勵磁電流分量和轉矩電流分量的解耦控制從而保持電機磁通的恒定。
2變頻器在煤礦中的應用分析
變頻器作為一種高效節能設備在通用設備范疇中廣泛應用在含有電機的設備諸如水泵、風機等設備上，為節能降耗發揮了重要作用。在我國礦山企業，變頻器除在以上通用設備廣泛應用外，還在礦業專用設備諸如提升設備、輸送設備發揮著節能作用。在我國礦山企業(露天礦除外)，礦井開拓方式多采用斜井形式。在雙提升井筒開拓方式中，主井(輸送機)擔負輸煤，副井(提升機)擔負設備、材料、矸石等輔助提升，副井提升機是溝通井上下的紐帶，其用電量占礦山耗電量10～15%，以5米直徑滾筒單繩纏繞式提升機為例，其最大靜拉力260kN最大靜拉力差180kN，最大提升速度14m/s。由于提升負載多變且提升機驅動力范圍大，出于對提升安全的考慮針對不同性質、重量、輸送要求的設備材料有相應提升速度，這就對提升機電機的調速和功率輸出提出比較高的要求。而帶式輸送機廣泛用于煤礦地面、井下和選煤廠，帶式輸送機常以多臺銜接，構成完整連續運輸系統。帶式輸送機工作原理是以輸送帶按預定方式纏繞在若干個滾筒件，并使之張緊，再由其中的傳動滾筒摩擦驅動，拖動輸送帶沿著由托輥組成的滾道作連續循環運行。物料在收料點送入輸送帶，隨帶位移，至卸料點卸下，實現物料的定距輸送。因帶式輸送機啟動、制動及輸送不規律重量料時需電機根據情況進行調速和功率輸出。以上煤礦專用設備關鍵問題都集中在調速和功率輸出。煤礦用提升機、輸送機其構成電機按性能不同可分為直流電機、同步電機、異步電機。采用直流電機的提升機、輸送機具有較大的啟動轉矩和良好的啟、制動性能并且在較寬范圍內實現平滑調速，但缺點也十分明顯其結構復雜、價格貴、維護成本高。采用同步電機的提升機、輸送機具有轉速恒定及功率因數可調的優點但其缺點也較多首先結構復雜其次價格昂貴再次啟動麻煩最后是維護成本高。采用異步電機的提升機、輸送機在各行業使用廣泛，其優點是結構簡單、價格低廉、運行可靠、維護方便。但相比直流電動機其啟動性能和調速性能差，而與同步電機相比其功率因數不高。傳統礦井使用異步電機的提升機通常采用電阻調速，而這種調速方式有兩點明顯缺點一是在調速過程中電阻熱功率大電能損耗多，二是調速功能差有明顯的的遲滯感和階梯性。為了到達節電降耗傳與后期維護運行兩者的最優經濟效果，采用異步電機提升機配用相適變頻器成為首選。
3頻器在現在企業的應用
隨著變頻技術的發展，為滿足了可調速、啟動轉矩大等多項要求，變頻設備在當今衍生出啟動電流限制功能、轉矩提升功能、多段速運行功能、柔啟動柔停車功能、直流制動功能、能量回饋功能、多點異地控制功能，缺相、過載、過流、過壓、過熱、欠壓等全方位保護功能，變頻技術的大規模應用是現代化企業對原始啟動、調速的一場革命。變頻技術在獲得了自動化控制的同時給企業帶來了安全、環保、節能、減少故障率、減輕勞動強度等方面的益處。
參考文獻:
［1］張洪革．變頻技術在現代煤礦機電工程中的應用實踐［J］．建材與裝飾，2017(15):188-189．
［2］楊新宜．變頻技術在現代煤礦機電工程中的應用實踐［J］．能源與節能，2017(02):166-167．
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