变频技术在矿井绞车和水泵中的应用.pdf

第 2 8卷第 6期 2 0 0 9年 6月 煤炭技术 C o a l T ec h n o l o V o 1 ． 2 8， No ． 0 6 J u n， 2 O O 9 变频技术在矿井绞车和水泵中韵应用 杨 波，司志光，王 冲 义马煤业集团 千秋煤矿，河南 义马 4 7 2 3 0 0 摘要 介绍了变频技术在矿井绞车和水泵等大型设备中的应用， 对节能降耗和保护设备的作用作了说明， 并简要 分析了变频调速技术在应 用中应该注意的问题。 关键词 变频器；电机；调速；节能；保护 中图分类号 T D 5 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 9 0 6 0 0 3 3 0 3 Fr e q u e n c y Co n v e r s i o n Te c h n o l o g y Hi t s Ta r g e t i n S h a f t W i n c h a n d W a t e r Pu m p Ap p l y i n g YAND Bo，S I Z h i g u a n g，W ANG C h o n g Q i q i u C o a l M i n e ， Y im a M i n i n g I n d u s t r y G r o u p ， Y ima 4 7 2 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t An d t h e ma i n b o d y o f a b o o k i s a p p l i e d h a v i n g i n t r o d u c e d t h a t the f r e q u e n c y c o n v e mi o n t e c h n o l o g y h i t s t h e t a r g e t i n l a r g e s c a l e e q u i p me n t s u c h a s s h w i n c h a n d wa t e r p u mp．the u p p e r e ffe c t h a s ma d e a l l e x p l an a t i o n t o s a v i n g e n e r g y an d r e d u c i n g c o n s um p t i o n and p mt ec fi o n e q u i p me n t ，b r i e f an a l y t i c a l f r e q u e n c y c o n v e m i o n s p e ed r e g u l a t i o n t e c h n o l o g y p r o b l e m o u g h t t o p a y a t t e n t i o n t o i n the m i d d l e a p p l y i n g ． Ke y wo r ds f r e q ue n c y t ran s f o r me r ；e l e c t r i c mo t o r ；s p e e d r e g u l a ti o n；e n e r g y c o n s e r v a t i o n；p r o t e c t 1 变频技术在绞车的应用 大多数矿井绞车轨道坡度变化较大， 由于电机 转速一定 ， 在坡度较缓时， 负荷减轻 ， 电机拖动产生 的能量无法被负载吸引 ， 势必会寻找能量消耗渠道， 导致电机进人再生发电状态 ， 将多余 的能量反馈到 电网， 引起主回路母线电压的升降， 这样会对整个电 网产生冲击 ， 导致 电网供电质量下降 ， 功率因数降 低 ， 频繁的高压冲击会损坏电机 ， 对 电机没有可靠的 保护功能 ， 一旦电机损坏 ，造成生产效率降低 、 维护 高电平停止后， 如设计为重复播放语言信号时， 语言 芯片控制端需要的高电平将 由延时电路提供。当延 时电路电压释放到低于语言芯片控制 电位时， 语言 芯片停止输出信号 ， 语言信号才停止播 出。 3 多功能行车报警器的作用 多功能行车报警器是具有人车乘降点报站、 弯 道报警 、 行车预警等 多种功能的综合性行车报警装 置 ， 既方便又适用 ， 它具有如下作用 1 作为人车报站器 ， 在人 车到达停车站点前， 可以预报停车站点的名称 ， 避免乘车人员下错车； 在 人车到达停车站点后 ， 可发 出注意上下车安全的有 关提示 。有利于防止人员提前上下车发生的事故。 2 作为弯道报警器 ， 在遇道 口和弯道时 ， 可由 机车司机控制及时准确地向外发出各种设定的语言 信号 ， 有利于防止人员跨越交岔 口时与运行中的车 辆发生事故。 3 作为行车预警器， 在发车前和通过弯道 、 井 底车场和其他人员密集的地点 包括顶 车作业 区 时， 发出各种设定的语言预警信号。 总之 ， 该设备的应用对防止发生大巷行车事故 有很好的防范作用 ， 更重要的是它的应用符合 国家 “ 运输安全质量标准及考核评级办法” 中关于“ 信号 系统” 的有关规定要求。 4 结束语 该公司大巷运输安全管理的实践证明 ， 要做好 大巷运输安全工作， 必须用可靠的安全装置做保证。 多功能行车报警器的应用 ， 使该公司取得 了连续 l 0 a 无运输死亡事故的好成绩 ， 起到了积极 的促进作 用和有效的保障作用。而且这种设备是该公司的专 利产品， 同时它的应用 ， 还体现出了潞安矿井运输系 统职工具有的与时俱进的安全防范意识。但要持续 稳定地做好该公司今后的矿井运输安全工作 ， 还必 须使每个人井职工都能够一如既往 自觉地做好 自我 保护工作， 各部门都能够坚持不懈地继续做好本部 门人员的遵章守纪教育工作。 责任编辑王秀丽 收稿 日期 2 0 0 8 1 21 9 ； 修订 日期 2 0 o 9 0 3 2 0 作者简介 杨波 1 9 8 3 一 ， 男 ， 河南安阳人， 助理工程师， 2 1 3 0 7 年毕业于空军第一航空学院电气工程与自动化专业， 现在义马煤 业集团千秋煤矿机电二队从事技术工作 ， T e l 1 3 6 3 3 9 8 1 9 2 3 ， Em a i l y a r g b o 4 0 1 1 6 3 ． 踟 。 3 4 煤炭技术 第 2 7卷 量加大， 极不利于绞车的节能降耗 ， 给企业造成较大 的经济损失。另一方面 ， 煤矿开采 的特殊地质环境 决定了绞车运行特点， 在开采前期， 轨道质量较好， 绞车可采用工频运行 ， 保证正常提升 ； 在后期 ， 由于 地质作用 ， 轨道质量变差， 绞车运行环境恶化， 电机 若仍工频运行 ， 势必造成不必要 的损耗 ， 这时须考虑 实际工作情况 ， 适当调节 电机转速。 为了解决上述问题 ， 可将变频技术引入到绞车 控制 中去。根据电机理论可知， 其转速公式为 n6 0 f 1 一S ／ p 式中 p 电动机的极对数； 5 转差率 ； 卜供电电源频率 ； n 电动机的实际转速。 从式可以看出， 电机转速与频率近似成正比， 改 变频率即可以平滑地调节 电机转速 ， 从而可以连续 地改变绞车的速度。根据电动机工作电流的大小确 定 电动机的工作频率 ， 这样可以根据负载的变化， 方 便的调节 电机的输 出功率， 达到节能和提高电网功 率 因数的 目的。同时变频调速器具有低速软启动 ， 转速可以平滑的大范 围调节 ， 对 电动机保护功能齐 全， 如短路、 过载 、 过压、 欠压及失速等 ， 可有效地保 护电机及机械设备 ， 保证设备在安全的电压下工作 ， 具有运行平稳、 可靠、 提高功率 因数等诸多优点， 是 绞车改造的理想方案 J 。 2 绞车 的变频器 改造原则 1 以提高 电网质量 ， 减小对 电网影 响为 目标 的变频改造。这主要集中在供电企业对电网质量要 求较高的场合 ， 为了避免电网质量的下降， 需引入变 频控制 ， 其主要 目的就是减小绞车工作过程对电网 的影响 。 2 以节能为 目标的变频改造。绞车为了克服 大的起动转矩 ， 采用的电动机远远大于实际所需功 率 ， 工作 时 电动 机 的利用率一 般在 2 0 ％ 一3 0 ％之 间， 最高不会超过 5 0 ％， 电动机常常处于轻载状态， 造成 了电动机资源的浪费。为了节能 ， 提高电动机 的工作效率 ， 需进行变频改造。 3 以提高 电网质量 和节能为 目标 的变频改 造。这种情况综合 了上面两种改造的优点 ， 是应用 中的一个重要发展方向。 在实际的应用过程中却出现了许多问题， 这些 问题主要集中在绞车电机的发电状态产生的能量的 处理上。对于第一种情况， 采用普通变频器加能耗 制动单元可 比较方便 的实现 ， 这是以多耗电能为代 价的， 这主要是因为发电能量不能 回馈电网造成的。 在未采用变频器时 ， 电动机处于电动状态 ， 电动机从 电网吸收电能 电表正转 ； 电动机处于发 电状态时 ， 电动机释放能量 电表反转 ， 电能直接 回馈电网， 并 没有在本地设备上耗费掉。综合表现为绞车的供电 系统的功率因数较低， 对电网质量影响较大。但是 在使用普通变频器时 ， 情况发生了变化。普通变频 器的输入是二极管整流 ， 能量不 可反方 向流动。上 述这部分电能没有流回电网的通路 ， 必须用 电阻来 就地消耗 ， 这就是必须使用能耗 制动单元 的原 因。 对于第二种情况和第 三种情况 ， 必须妥善 的处理电 动机发电状态产生的电能 ， 必须将其反馈到电网， 否 则造成变频运行时反而耗能。为了解决这个问题 ， 有必要对普通 变频器进 行改造 ， 在结 构上 引人 双 P WM结构的变频器 ， 保证发电状态产生的电能回馈 电网； 在控制方法引入 自适应控制 以适应 绞车多变 的工作环境。 3 变频技术在水泵控制 中的应用 3 ． 1 变频技术应用于水泵控制 矿井 中应用较多的另一种设备是多级离心泵。 电能输送给水泵电机后 ， 电机带动多级离心泵旋转 ， 将电能转换 为机械 能， 把井下 的水举 排到地面n ] 。 由于水泵是在井底工作 ， 工作环境非常恶劣 ， 传统的 供电方式 一全压、 工频使它故 障频繁 ， 运行成本 大 增 。一方面， 水泵在工频启动时 ， 启动 电流大 ， 电机 电缆的压降较大， 使得电机电缆在启动过程中的反 压较高 ， 使绝缘性能降低 ， 每次开机都会使水泵寿命 降低 ， 大大影响了水泵的使用寿命 。另一方面 ， 水泵 在正常工作时， 普遍存在着电机负载率较低 的情况， 水泵的功率因数较低 ， 耗电量多 ， “ 大马拉小车” 现象 严重。泵 、 电机匹配难 以达到在泵 的最佳 工况点运 行 ， 管网效率低， 电能损失高达 5 0 ％以上。正是从 恒压排水和节能的两个方面考虑 ， 在排水系统中引 人变频控制。 通过流体力学的基本定律可知 泵类设备均属 平方转矩负载 ， 其转速 n与流量 p， 压力 以及轴 功率 P具有如下关 系 p。 c 几， H o c 凡 ， P o c 凡 ； 即流 量与转速成正比， 压力与转速的平方成正 比， 轴功率 与转速的立方成正比。通过上述分析可以知道， 通 过改变电动机转速可方便地改变水的流量 ， 保证水 压恒定； 通过改变电动机转速， 在降低水流量的同 时， 可有效降低系统的电能损耗 。 3 ． 2 变频改造的排水系统具有的优点 1 实现了电机软起动、 自由停车。电机均通 过变频器或软起动从 0 5 0 H z 作缓慢加速起动 ， 可 减少机泵因突然高速起动所带来的影响 ， 减少 了直 接起动时起动电流对 电网的冲击 。 2 提高了功率因数 ， 改善 了电机 电源质量 ， 电 机的功率与实际负荷相匹配， 系统达到节能运行 的 目的 。 第 2 8卷第 6期 2 0 0 9年 6月 煤炭技术 C o a l T e e h n o l o e v V0 1 ． 2 8． No ． 0 6 J u n， 2 0 0 9 E L一1 ／ 0 6型电力机车部分电路的改进 戚善友 龙煤集团 七台河分公司，黑龙江 七台河 1 5 4 6 0 0 摘要 E L 一1 ／ 0 6 型电力机车部分电路在原设计上存在着不足， 造成故障较多， 严重影响运输生产秩序， 甚至危及 行车安全。因此， 要改进压缩机电路和低压电源电路， 确保机车能正常投入运用， 为矿铁运输带来方便。 关键词 甩 一1 ／ 0 6型电力机车；电路；空气压缩机；低压电源 中图分 类号 T D 6 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 0 9 0 6 0 0 3 5一 o 3 I mp r o v e me n t 0 f Pa r t i a l El e c t r i c Ci r c u i t ’ S i n EL 一 1 ／ 0 6 El e c t r i c Lo c o mo t i v e O I S h a h y o u Q i ta i h e M i n i n g B r a n c h 。 L o n g m e y G r o u p ，Q i t a i h e 1 5 4 6 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e E L一1 ／ 0 6 e l e c t r i c l oco m o ti v e p a r t i a l e l e c t ri c c i r c u i t s h a v e t h e i n s u f fi c i e n c y i n t h e o ri g i n a l d e s i g n ，c a u s e s t h e b r e a k d o w n t o b e ma n y ，s e r i o u s i n fl u e n c e t r a n s p o r t a t i o n p r o d u c t i o n o r d e r ，e v e n e n d a n g e r s t h e t l “R C s t r ．Th e r e f o r e，mu s t i mp mv e wa s ma d t h a t t h e c o mp r e s mr e l e c t r i c c i r c u i t a n d the l o w p r e s s u r e p o we r c i r c u i t ，g u a r a n t e e d the l o c o mo t i v e c a n p u t i n t o the u t i li z a t i o n n o r ma l l y，s h i p s b y r a i l the b e l t i n g l e a the r f o r the o r e t o c o me c o n v e n i e n t l y． Ke y wo r d s E L一1 ／ 0 6 e l ect r i c l oco mo t i v e ；e l e c t r i c c i r c u i t ；a i r c o m p r e s s o r ；l o w p r e s s u r e pow e r s o u I ℃ e O 前言 在工矿企业铁路中， E L一1 ／ 0 6型电力机车占有 很大的比例， 这种机车的部分电路在原设计上存在 着很多不足， 在运行 中显露 出来 ， 造成故障较多， 严 重影响运输生产秩序 ， 甚至危及行车安全。通过对 原电路的仔细分析， 对其 中不足部分进行了改进⋯。 1 空气压缩机 电路 原电路 如图 1 ， 由图看出空气压缩机的工作 与停止是通过调压器控制电磁接触器的闭合与断开 来实现的。当总风缸内的压缩空气 的压强低于 O ． 6 M P a 时， 调压器内的动作杠杆下移， 微动开关的复位 弹簧释放， 其常开接点闭合 ， 接通控制 电路 ， 电磁接 触器动作线圈受电， 吸引动作衔铁带动高压动、 静触 头闭合 ， 接通高压 电路， 空压机通 电后开始运转， 拖 动空气压缩机开始工作， 将压缩空气泵入总风缸。 当总风缸的压缩空气 的压强达到 0 ． 3 M P a 时 ， 调压 器内的动作杠杆上移， 压缩微动开关的复位弹簧， 将 常闭接点断开 ， 切断控制 电路 ， 电磁接触器动作线圈 断电释放 ， 动衔铁带动高压触头 断开 ， 切断高压 电 路 ， 空压机断电， 停止运转。由于机车在运行中空压 机的工作非常频繁 ， 每昼夜达到 2 0 0次 以上 ， 因此， 调压器的合断次数也一样频繁 ，调压器微动开关 的 3 消除 了泵 的喘振现象 ， 使泵运行处于最佳 工况状态。 4 实现了压力 自动控制 ， 被调节量得到更平 稳的调节 ， 增强了系统的稳定性 和可靠性。 目前变频调速技术应用在排水系统中， 对水泵 电机转速进行调节 ， 达到稳压、 稳流排水 。同时软起 软停的功能代替了减压启动 ， 使 电机起停平稳 ， 减少 了对电网和机械设备的冲击， 不会造成管网压力、 流 量、 流速的剧烈变化 ， 不需要阀门截流， 因此对防止 汽蚀、 水击 、 喘振极为有利 ， 可以延长管网、 泵、 阀门 的维修周期和使用寿命 。 4 结束语 变频技术因其节能、 利于提高工艺水平 、 方便构 成自控系统的优势， 在各个行业得到越来越广泛的 应用。应用变频调速是煤矿提高工艺水平 、 节能挖 潜、 增加效益的重要途径 ， 今后必将得到更广泛的应 用， 为企业创造巨大的效益。 参考文献 [ 1 ] 范正翘． 电力传动与自 动控制系统[ M ] ． 北京 北京航空航天大 学出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 王占奎． 变频调速应用百例[ M ] ． 北京 科学技术出版社， 2 0 O O ． 责任编辑王秀丽 收稿日期 2 0 0 8 1 21 7 修订日期 2 0 0 9 0 3 2 0 作者简介 戚善友 1 9 6 9 一 ， 男， 辽宁丹东人， 工程师， 1 9 9 0年毕业于北京铁路电气化学校电力机车专业， 现在龙煤集团七台河 分公司运销公司从事电力机车运行与检修工作。