神东煤炭集团哈拉沟矿 陕西 榆林 719315
摘要
我国煤炭行业现阶段呈现煤炭资源分布不均衡、煤炭生产和消费分布不均衡、整体技术水平较低、市场集中度过低、无序竞争严重、明显的周期性和季节性等特征。再加上近几年世界经济疲软，煤炭消耗骤减，煤炭价格持续走低，煤炭企业正面临着前所未有的挑战。面对如此严峻的挑战，煤炭企业通过提高生产的智能化、自动化水平来实现成本管控，不得不说是一个明智的选择；期中变频技术在生产中的应用就起到了很好的节能的效果。
关键词：变频 煤矿机电
1、变频调速的原理
1.1、?变频调速的原理
变频调速是通过改变电动机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机，当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，形成感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用n表示
（1）
式中：f——三相交流电源频率，一般为50Hz。
p——磁极对数，
s—转差率。
由式（1）可以看出，对于成品电动机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，则电机的转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电动机的同步转速，进而达到对异步电机调速的目的。
1.2、变频器的结构
变频器实际上就是一个逆变器，它首先是将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行开关，变为交流电。变频器一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。
1.2.1整流电路
整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块。
1.2.2平波电路
平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压(电流)，一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。
1.2.3控制电路
现在变频调速器基本是用PLC为控制核心，从而实现全数字化控制。变频器是输出电压和频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成:频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“转速检测电路”。运算电路的控制信号送至“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路”。变频器采取的控制方式，即速度控制、转拒控制、PID或其它方式。
1.2.4逆变电路
逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压。
主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率，提高电动机的功率因数。
2、变频技术应用情况与故障判断
2.1、变频技术在采煤机上的应用
变频器在电牵引采煤机上合理改造应用，具有以下多方面的优点：
1、变频器集成自动化程度较高，体积较小，便于对采煤机变压器的更换。当采用变频器对采煤机原电控系统进行技术升级改造后，采煤机结构空间的利用更趋合理，结构布置更加紧凑，便于在井下（尤其是薄煤层及超薄煤层）狭小空间环境中使用。
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2、高转矩启动平稳：变频器主要通过采集信号形成对应的调控策略，来达到对采煤系统动态节能控制。采用无速度传感器的控制模式，可以根据电机运行工况参数，按照一定关系对采煤机系统的励磁电流和转矩电流进行动态检测，通过控制电动机定子绕组的电源频率来确保采煤机系统励磁电流和转矩电流的实际值和检测值间的匹配一致，从而可以实现采煤机系统在零速满转矩工况中自动启动，即在低频运行工况时，采煤机系统转矩输出可以达到额定转矩的2倍以上，这样可以满足煤矿井下特殊工作面、特殊工况条件下的动态调控需求。
3、采用一体化的IGBT逆变桥功率调节模块。变频器内部采用一体化的IGBT逆变桥功率调节模块，其在实际优化设计过程中，不仅减少功率器件在变频调速系统中所占用的空间位置，同时可以确保IGBT模块的工作温度在100℃依然能够正常稳定工作，以满足井下采煤机持续性、高负荷、负荷波动等特殊运行工况需求。4、检修维护便捷、缩短维护周期、降低了养护成本。当变频器发生故障时，工作人员能够通过变频器自动诊断提示信息，快速查处存在故障的电路单元，并对其进行更换处理，则可以快速处理故障，既方便又迅速，同时又减少了故障排除时间，具有较好的使用经济效益。
2.2、变频技术在综采工作面输送系统的应用
1、实现工作面刮板输送机的软启动，减少设备冲击，减少设备的维护量；
2、启动转矩打，避免重载情况下由于使用CST以及液力耦合器等软启动而启动不起来的状况；
3、变频器负荷电缆长度不低于1Km；
4、变频器对电网的谐波干扰的质变负荷国家相关规定；
5、增加变频器后，电动机的功率因数不低于0.90；
6、满载情况下变频器的功率不低于0.95；
7、取代CST与双速电机，使工作面配备简单，降低设备维护量，提高生产效率；
8、避免由于卡链等导致的断链等机械性损坏；
9、解决了高压大功率变频器的散热问题。
2.3、变频技术在乳化液泵站的应用
1、节约电能；
2、减小管路冲击；
3、减小设备磨损，降低材料损耗；
4、降低噪音，提高工作环境质量；
5、实现乳化液泵的恒压供液。
2.4、故障判断
1、整流模块损坏
进线有冲击电压、后续电路故障、进线电压不平衡都有可能导致整流管的损坏；在现场处理故障时，应重点检查用户电网情况，如电网电压，有无电焊机等对电网有污染的设备等。
检测整流模块好坏的方法是：找到变频器内部直流电源的P(positive)端和N(negative)端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到U、V、W，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到U、V、W，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。
2、逆变模块损坏一般是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。
检测逆变模块损坏的方法：将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障
3、总结
综上所述，变频技术在煤矿机电设备中的应用越来越广泛，变频技术以其优越的调速性能和显著的节电效果而被广泛应用于大、中型交流电机中，被公认为最有发展前途的调速控制，在煤矿业中占有着重要的地位。未来，变频技术必然成为煤矿机电设备发展的主要趋势，煤矿企业应注重在应用现有的变频技术的基础上，跟随着时代的发展对技术进行更新，并努力研究、开发与时代和煤矿机电设备相匹配的新变频技术。
参考文献
[1]?何超.交流变频调速技术.北京：北京航空航天出版社,2006.1-65.
[2]?孙锦全.变频器与PLC应用技术基本功.北京：人民邮电出版社，2010.125-136.
[2]王端焕.浅谈煤矿机电设备中变频技术的应用[J].中国高新技术
企业.2012,18(9):55-56.
[4] 冯书升.煤矿机电设备中变频技术的应用[J].电源技术应用，2013,11（2）：162
论文作者:孟宪修
论文发表刊物:《科技中国》2016年6期
论文发表时间:2016/10/18
标签：变频器论文; 电路论文; 电压论文; 转矩论文; 技术论文; 电动机论文; 故障论文; 《科技中国》2016年6期论文;