交换变频器在煤矿井下利用的近况和其前景 时候：2014-12-30来历：中国防爆网作者：阅读次数：1190 交换变频器在煤矿井下利用的近况和其前景庞宝良1，邱锦川2，韩菊娣（ 11晋城无烟煤团体有限责任公司租赁站，山西晋城048006 21煤炭科学研究总院上海分院电气主动化研究所，上海200030 31上海申地主动化科技有限公司，上海200235）矩，介绍国外机电传动和变频器成长环境并在此根本上提出防爆变频器在井下利用环境和前景。

1概述鼎新开放20年以来，我国电力依然欠缺，已成为制约出产成长的主要身分，公道开辟和操纵能源已燃眉之急。煤矿用的透风机、水泵和空气紧缩机，电源华侈较严重，需重点治理。治理的办法，就是采取变频调速，既可减小启动电流，又可增年夜启动转矩。今朝采取IGBT逆变的变频器可将鼠笼型机电的启动转矩晋升到额定转矩的2倍。

这类全数字式的通用变频用具有很强的节制能力，即便不消测速反馈，也能使鼠笼型机电具有较硬的机械特征和快速正反转能力。80年月末，煤矿井下也最先在采、掘、运等首要装备调速上采取变频器。如采煤机的牵引机电、晋升机、绞车、井下用透风机、水泵和带式输送电机机的调速等，但终因散热问题得不到很好解决，而使变频器的利用遭到限制，本文重点在介绍国外机电传动和变频器成长环境的根本上提出防爆变频器在煤矿井下利用的前景。

2国表里机电传动成长环境机电调速分机械式和电气节制式2年夜类，机械式有古老的动力源调理体例，如：蒸汽机、汽轮机、内燃机（有容程式和速度式）。机械式的长处是能量转换效力高，特别是汽轮机，还能取得高速等，错误谬误是需汽锅和年夜型从属装备。跟着科学手艺的成长，动力源式的调理体例逐步被高速联轴节、液力式变速机、电磁转差聚散器和调速电念头所替换。在电气节制方面，履历过3个阶段：一是以异步电念头为主的电念头手控阶段。这个阶段最先是用接触器对异步电念头进行开环节制。其启动电流年夜，启动转矩小，对电网冲击年夜，不克不及调速，且噪声年夜，装备体积年夜而粗笨。特别是绕线机电，还触点多、集电环和电刷，且防护和维修工作量年夜。

二是以直流电念头为主的电气传动节制阶段，这个阶段采取机械式的调速方式，有变速联轴节、液力变速机、机电放年夜机进行功放，为机电的闭环节制供给了物资根本。直流调速曲线光滑，但跟着工业的高速成长，需要年夜容量、高精度、高靠得住性机电传动节制装备，则直流机电传动节制日显弱点，其系统复杂，故障点多，装备错乱，维修量年夜，保护坚苦，本钱又高。

三是以交换电念头取代直流电念头为主的数字节制阶段。此阶段，微电子手艺进入了电气传动范畴，特殊是数字信息手艺的成长，使交换变频器节制交换电念头的手艺获得了敏捷成长，其长处是硬件少，高靠得住性、数字化、收集化。

国内成长环境根基上和国外不异，但因为我国半导体手艺成长较之国外慢，祖国内年夜型装备上的调速年夜大都采取变速联轴节和调速机电。诸如煤矿用的采煤机、掘进机和带式输送机，其调速年夜部门煤炭科学手艺都采取液力式变速机，如可调型液力巧合器等。

鼎新开放今后，国外进步前辈手艺涌入国内，在煤矿年夜型装备上最先用变频器牵引采煤机，用可控硅降压启动来完成带式输送机、透风机和水泵的软启动，在地面的晋升机或绞车上用全数字式直流调速或变频调速。

3国表里交换变频器的成长环境从半导体器件看，国外变频器的成长是跟着逆变器件的成长而成长的。最先用晶闸管。它的错误谬误为调制频率低、节制复杂、效力低、容量年夜、电压高。今后全控器件GTO晶闸管和BJT逐步取代了晶闸管。但GTO晶闸管的关断电流增益太小，过电流庇护比力坚苦，调制频率低。用BJT组装的直流斩波器和PWM变频器固然结果可以，但输出电压低，容量也不年夜（不跨越460 V、400 kW）。

跟着半导体手艺的成长，新一代的电力电子器件IGBT问世，它是年夜功率的场效应管，即年夜功率的MOS驱动BJT，长处是容量和电压都提高了。

今朝IGBT已成长到第四代，国外正在将微电子的出产工艺向电力电子转移，发生了专用集成电路（ SPIC） ，如：把IGBT的驱动电路和庇护电路复合在一路的智能器件叫IPM ，也有的把开关电源复变频器加倍靠得住，这已成为调速的主导产物，而且逐步将代替直流调速。本世纪是数字信息时期，在电念头的传动手艺大将是交换调速的时期，特殊是第四代IGBT的问世，其集电极与射极间的饱和电压年夜年夜下降，从而使变频器主电路的消耗年夜年夜下降，变频器的制造手艺不竭成熟，日益模块化、多功能化、数字化、收集化，是交换机电调速的方案（）。变频器从功率看，已从小功率成长到年夜功率，年夜做到5 000 kW从电压看，已从400 V成长到10 kV.从整机看，从通用型成长到专业型，如重负载转矩型、四象型、矢量型从集成度看，从年夜范围集成成长到超年夜范围集成。

比力项目机械式调速传动蒸汽轮机内燃机变速联轴节传动变间距带轮圆锥磨擦轮行星锥与环液压联轴节电磁聚散器电气调速传动晶闸管供电直流电念头无换向器同步电念头静止串级绕线转子异步电念头变频笼型异步电念头节制机能（响应性）好一般欠好一般好好效力好一般好一般好好操作方式好一般好好较好好保护方式欠好一般好好好好容量规模一般年夜不年夜一般年夜年夜安装工程轻易性不容易不容易轻易一般轻易轻易节能结果欠好一般好好从节制手艺上看，国外的变频器已从电压/频率恒定节制，成长到矢量变换节制又从矢量变换节制成长到直接转矩节制。交换电念头是个多变量、强耦合和非线性被控对象。70年月初，国外出的变频器均是用电压/频率恒定节制，其节制道理基在解决变频器变频的同时又变压，连结磁通不变的节制理论，即V / f =常数，称为VVVF.这是一种经由过程转差抵偿到达转矩晋升的节制方式。今朝通用的变频器多采取电压/频率恒定节制，其手艺成熟，价钱廉价。

跟着工业装备对换速机能和精度要求的慢慢提高，电压/频率恒定节制手艺制造变频器不克不及知足对换速系统的要求。70年月末，国外又成长了用半岛体育以交换机电的双轴理论为根据，在同步扭转坐标中把定子电流矢量分化为2个份量，一个份量与转子磁链矢量重合，称为励磁电流份量另外一个与转子磁链矢量垂直，称为转矩电流份量，经由过程节制定子电流矢量在扭转坐标系的位置和巨细，便可节制励磁电流份量和转矩电流份量的巨细，模仿直流电念头那样对磁场和转矩进行节制。80年月中期，国外在变频器上又成长了一种直接转矩节制手艺，它避开了矢量节制中的2次坐标变换和求矢量的模与相角的复杂计较工作量，而直接在定子坐标系上计煤炭科学手艺算电念头的转矩与磁通，经由过程转矩节制，使转矩响应时候节制在一拍之内，无超调，节制机能比矢量节制还好。交换电念头的调速节制手艺从电压/频率恒定节制法到矢量节制法是一次奔腾，从矢量节制法到直接转矩节制法将是第二次奔腾。

4防爆变频器在煤矿井下利用的前景今朝我国仍以一次能源作为首要能源，特殊是国际上呈现石油危机以来，我国当局决议/以煤代油0，对煤炭进行深加工，综合操纵，故煤炭的需求量不竭增添。跟着采、掘、运装备的装机容量也不竭增年夜，对二次能源的电能耗损也随之增添。为了进一步提高装备运行的靠得住性，节能增效，很多矿务局要求在煤矿年夜型装备上采取变频调速手艺，以解决： 1节能问题 o装备的高精度转矩节制 ？净化情况，平安出产的问题鉴在汗青的缘由和我国煤矿现实环境，煤矿电压品级为380 V、660 V和1 140 V，其所有装备都是环绕这几种电压。跟着煤炭产量的提高，年夜功率的采、掘、运装备不竭增添，其电压品级也慢慢升高。今朝已有 kV、6 kV和10 kV直接进综采高产高效工作面或掘、锚一体化的工作线。固然电压慢慢在升高，但年夜部门装备的电压仍是在1 140 V以下，这些装备占煤矿总装备的96摆布，今朝恰是这96的装备机电的节制需要革新。按照我国煤炭工业的近况和成长趋向，今朝矿山（特别是国有年夜矿）综采工作面年夜大都以1 140 V作为井下供电系统的主导电压，年夜巷装备采取660 V供电，为此，防爆变频器电压应选用660 V、1 140 V两个电压品级。斟酌近几年矿山电机装备的成长趋向，带式输送机、刮板输送机、给煤机、透风机、水泵和油泵等装备都有选配变频节制器的趋向。

因为国外没有防爆变频器，也没有1 140 V的电压品级，并且国外把1 000 V 3 000 V以上的电压品级归入中压，故给国内煤矿用户的选型带来必然的坚苦，加上煤矿井下情况卑劣，有甲烷等爆炸性气体和煤尘存在，终因防爆散热问题得不到解决，使变频器在煤矿井下利用遭到限制。

跟着新材料、新手艺的不竭成长，散热手艺日益完美，煤矿井下用变频器的散热问题已能获得解决。为此，集变频调速手艺、散热手艺、电气手艺、防爆手艺和环保手艺为一体的煤矿井下用防爆交换变频器势必遭到煤矿的青睐。

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学士学位，此刻山西晋城无烟煤团体有限责任公司租赁站从事装备治理工作，任副站长。

记载。4301综下班作面仅用10 d就完成了全数装备安装并一次性结合试运转成功，缔造了全国综下班作面装备安装快记载。

5结语（ 1）无轨胶轮车的利用增进了矿井巷道安插的立异，全煤倾斜年夜巷将程度年夜巷与采区上、下山的功能合二为一，打消采区上、下山，工作面直接与倾斜年夜巷相连，煤炭运输系统简化，靠得住性提高。

（ 2）全煤倾斜年夜巷与增设带区鸿沟巷道安插系统，共同新型辅助运输装备的利用，削减了运输环节，简化了运输系统，实现了从井底车场到工作面的纵贯式辅助运输，使井下辅助运输不转载、不中断，打消了中心转载环节，是矿井高产高效的靠得住保障。

（ 3）公道的放煤参数、放煤体例和采放平行功课是工作面高产高效的有用办法，进步前辈靠得住的装备是高产高效的条件。

李位平易近，宋子安，翟德元，等。特年夜型现代化矿井扶植与工程实践[ M] .北京：煤炭工业出书社， 2001.

兖矿团体有限公司。济宁三号井扶植项目后评价与瞻望[ M] .北京：煤炭工业出书社， 2002.

要从事采矿方式与巷道支护方面的科研与讲授工作。

煤炭科学手艺