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浅谈变频及脉冲调速技木在煤矿机电中的节能作用

发布日期:2018-8-29 9:40:19

  煤矿节能降耗业已成为企业降低生产成本、提高产品质量,实现科学发展的必由之路。利用变频及IGBT脉冲调速技术,对煤矿现有运输设备进行技术改造,提高效率、节省电费是关键。

  1、架线电机车IGBT脉冲调速应用

  1)应用范围。在低瓦斯矿井生产过程中,架线电机车主要作为牵引运输工具,从而完成矿井生产运输矸石、半岩煤、物料以及人员拉运和接送任务,它在矿井运输中发挥着重要的作用。因此,IGBT脉冲调速装置可在矿井下运输上担当此重任,并可以大面积的推广应用。

  2)调速原理。目前,煤矿井下直流架线电机车调速器采用两种结构,即:电阻调速和可控硅脉冲调速。电阻调速的缺点是机车运行时其电机串联电阻消耗电能,并且触头式控制器的维修量也大??煽毓杪龀宓魉倨鞯娜钡闶牵嚎煽毓韫ぷ髌德剩?00HZ)低,电路中滤波电抗、滤波电容、换向电抗、换向电容的电感也很大,体积太大(一般分为三个部分:即电容箱、主电路箱、控制器)。由于可控硅关断需要耗能,因而其效率也低。

  调速工作原理是:直流电机通过IGBT,限流电路与直流电源形成回路,脉宽调制电路产生8000Hz的脉冲频率来控制IGBT的导通与关断的时间,即调整脉冲宽度的占空比。脉冲宽度越宽,在电机上所产生的电压就越高;脉冲宽度越窄,电机上的电压就越低,这样便达到改变电机转速的目的。当电机发生过流或电机损坏短路时,?;さ缏坊崾孤隹淼髦频缏凡穆龀蹇矶妊杆俦湔蚪刂挂钥煽康谋;GBT。IGBT脉冲调速方式解决了上述两种机车调速的缺点,改变了原有状况,其技术水平比较领先。

  3)组成及技术参数。本调速器主要由四部分组成:①直流输入及滤波电路;(2)IGBT主控斩波电路;③限流?;さ缏?;④脉宽调制电路。

  主要技术参数:①直流架线250V电压波动范围:150—350V;②10t机车额定工作电流:250V。220A;③调压范围:5-95%UDC;④制动方式:两级能耗制动;⑤工作频率:8KC;⑥工作条件:连续。

  4)项目的关键要点。通过IGBT脉冲调速装置在机车方面的推广应用,项目改进后提高了机车工作效率,确保了机车运输安全,降低了能耗,减轻了维修维护工作等。

  IGBT具有正的温度系数无二次电压击穿,因此可靠性很高。由于IGBT是给信号就通,停信号就断,所以不需要用电抗电容器组成的充放电关断电路,其工作频率(可达数万Hz)很高,并且效率(可达98%)也很高。

  5)项目的技术水平。与现有同类技术的全面比较。通过IGBT脉冲调速装置的推广应用,实现了把直流电变成频率可调的交流电,最后再把交流电变成所需电压等级的直流电。弥补了早期架线电机车调速性能不好弊端,改变了原有调速器体积大、难搬运的缺点。实现了机车启动、停车平稳,提高了机车工作效率,确保了矿井机车运输安全,降低了能耗,提高了使用寿命,创造了更高的经济价值。

  2、提升绞车变频调速的应用

  运输提升绞车通常采用绕线式电动机作为主驱动,主要用于提升或下降重物,具有典型的位能负载特性,是煤矿的通用设备。

  1)现有绞车调速状况。由于启动及调速等方面的需要,通常都是在线绕式电动机的转子回路串接电阻,来改变电机的输出转矩,从而降低电机启动电流,以实现小范围的转差变速,去适应负载的突变持性,并实现电动机的分级调整。这种控制方式带来如下弊端:转子回路串接电阻,消耗电能,造成能源浪费。电阻分级切换,实现有级调速,设备运行不平稳,引起电气及机械冲击。低速转矩小,转差功率大,启动电流和换档电流冲击大,中高速运行振动大,制动不安全不可靠,对再生能量处理不力,斜井提升机运行中调速不连续,容易掉道,故障率高。对于24h连续作业的矿井下生产,即使短时间的?;抟不岣春艽笏鹗?。再生发电时,机械能回馈电网,造成电网功率因数低。尤其在供电馈线较长的应用场合,会加大变压器、供电线路等方面的投资。

  2)变频调速改造方案。该系统的运行过程主要分为两个过程。(1)绞车电机作为电动机的过程,即正常的逆变过程。该过程主要由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。其中正常逆变过程是其核心部分,它改变电机定子的供电频率,从而改变输出电压,起到调速作用。(2)绞车电机作为发电机的过程,即能量回馈过程。该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成。其中该部分的整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。电解电容的主要作用是为回馈逆变部分提供一个稳定的电压源,保证逆变部分运行更可靠?;乩∧姹洳糠质钦龌乩」痰暮诵牟糠?,变频器对输入电源的相位、电网电压波动幅值进行实时检测,实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位的一致。为保证逆变的正常工作以及减少对电网的污染,设有输出滤波部分,使回馈的能量保持平滑性,避免回馈能量对电网的骚扰作用。

  3)变频调速技术的优点

 ?。?)宽电网电压:±20%电压,可从容应付不同的电网状况。

 ?。?)软启动功能,减少了设备起动时大电流对电网的浪涌冲击和机械冲击。减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,加、减速过程平滑,?;ち说缁?,降低电机维护费用。

 ?。?)降低电机噪音及机械震动。低速时,电机的转矩加大,运转更稳定、不共振、温升低,可延长设备使用寿命。

 ?。?)输入谐波小,高功率因数。

 ?。?)具有完善、可靠、人性化的?;すδ?,如电动机过载?;?,瞬时过流、过载?;?,过压失速?;?,电流限幅?;?,自动转矩补偿?;さ?,有效地?;す┑?、配电设备和电机安全运行。

 ?。?)效率高,无附加转差损耗,调速范围大、精度高、无级调速。

 ?。?)故障率低。低故障率可节省设备检修、维护费用。

  3、节约效果明显、前景广阔

  由于该调速器免去了调速电阻箱,所以节电率高达35%,按10t电机车的2台24kW电机每天运行18h计算,日可节电302.4kWh。如电费按0.5 N/kWh计算,日节电费151.2元,年节电费55188元。通过对电机变频调速可平均节能30%以上。

  目前,煤矿的一些变频调速技术已经成熟,将逐步在煤矿机电设备中引入变频调速技术并将在煤矿中推广使用。

 

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