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三科足迹,书写新篇章

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在煤炭企业的节能改造中,变频技术能够起哪些作用?

  由于煤炭企业对电力的需求巨大,因此电力消耗在煤炭企业整体运营成本中的比重相当大。根据杭州三科变频器在各项目中多年积累的调查数据,可以分析出风机、水泵、压缩机、提升绞车、瓦斯抽放设备的用电量占煤矿生产总用电量的40%以上。如今,变频调速技术经过多年的发展,已经能够有效解决控制过程单一、实时性差、自动化程度低等问题。
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  一、变频调速技术的原理和节能效果

  1、变频调速技术的原理

  交流变频调速是近几十年发展起来的新技术。由于其优良的调速性能、显著的节电效果和在国民经济各个领域的广泛适用性,被公认为最有前途的调速方法。变频调速技术是微机技术、电力电子技术和电机传动技术的综合应用。其基本原理是在功率半导体器件的开关作用下,工频交流电压经整流桥转换成DC电压,再由逆变器转换成频率和电压可调的交流电压作为交流电机的驱动电源,使电机获得无级调速所需的电压和电流。这是一种没有附加转差损失的有效调速方法。

  在强弱电和机电一体化的基础上,综合应用电力电子技术、微技术和电机驱动技术,即交流变频调速技术。这可以作为一种没有附加转差损耗的高效调速方式,同时电机可以获得无级调速所需的电压和电流。在能源危机中发展起来的变频调速技术,可以有效地大大提高工作效率,因为它可以根据电机负载自动平滑地加速和减速。这样,通过改变电机的供电频率,变频调速技术作为一种高效率、高性能的调速手段,可以实现有效的调节。

  2.变频调速技术的节能效果

  随着电子技术、计算机技术、自动控制技术和大功率输出技术的飞速发展,交流电机变频调速技术取得了突破性的进展,成为节约电能、改善环境和推动技术进步的主要手段,成为必然的发展趋势。明显的节能效果和优越的调节性能使得变频节能技术在我国煤矿的应用越来越广泛,技术也越来越成熟。大容量、多功能、高可靠性的变频器在煤矿生产中得到了广泛的推广和应用,为煤矿节约了大量电能,尤其是在流体负载方面,其节能率为20%~60%。变频控制的原理是:用变频调速电机实现真正的软启动和平滑调速,用VFD控制提高输入电源的功率因数,在基频以下恒转矩输出,输出功率随转速变化。

  二、变频调速技术在煤矿生产中的具体应用以带式输送机为例。

  1.煤矿生产中带式输送机的节能

  带式输送机作为煤矿运输的主要设备,被广泛应用。随着高产高效采煤工作面的发展,越来越多的长距离、大运量、高速带式输送机被设计、制造并投入运行。这些大型机器的使用,使得输送机的冲击负荷大、驱动电机输出不均匀,导致电机过载等问题更加尖锐地暴露出来。带式输送机的启动和运行方式是由转子绕线降压启动后,绕线电机以工频运行,然后通过液力耦合器切换到带式输送机。带式输送机的工作原理是带式输送机通过驱动轮毂靠摩擦力带动皮带运动,皮带靠张力变形和摩擦力带动物体在托辊上运动。皮带是一种弹性储能材料,在带式输送机停止和运行时储存了大量的势能,这就决定了带式输送机应采用软启动方式启动。

  因此,对带式输送机的启动和运行提出了以下要求:如果电动机在重负荷下直接启动,则要求电源提供比正常运行时大6-7倍的电流,这样电动机就会因电流过大和启动时间过长而过热烧毁;电网会因大电流过度降低电压,影响其他设备运行;因此,需要新的驱动系统来降低电机启动时的电流。目前大型带式输送机要求驱动系统能提供可调、平稳、无冲击的起动转矩,以减少冲击,从而改善整机受力,延长整机使用寿命,提高设备可靠性,即希望实现软启动。长距离带式输送机,如果启动过快,拉紧装置来不及拉紧,造成传动滚筒打滑,导致发热起火;对于倾角较大的上运带式输送机,如果启动加速度过快,会造成物料滑动或滚动;这就要求可以控制启动加速度,实现平稳启动。为了方便带式输送机的维护,希望能够实现低速带检运行。

  综上所述,要求驱动系统能适应起动、运行和停止条件的要求,使带式输送机能平稳起动和停止,高效运行,均衡驱动,安全可靠地工作。然而,目前我国煤矿大多采用液力耦合器来实现带式输送机的软启动。启动时将液力耦合器的机械效率调至零,使电机空载启动。虽然采用了转子串联电阻来提高起动转矩和降压空载起动,但电机的起动电流仍然很大,不仅会引起电网电压的剧烈波动,还会引起电机内的机械冲击和发热。同时,由于液力耦合器工作时间长,其内部油温会升高,金属零件会磨损,出现泄漏和效率波动,不仅增加维修难度和成本,污染环境,而且很难解决多机驱动同一皮带时的功率平均和同步问题。

  2.变频调速技术在带式输送机中的应用

  带式输送机变频调速自动控制系统由PLC、变频器、电流互感器、电流传感器、核子秤、带速传感器和电机转速传感器等组成。,可以概括为三个部分:检测单元、控制单元和执行单元。

  检测单元:电流互感器和变送器获取电机电流信号。由皮带速度传感器收集的皮带速度信号被转换成电压信号。电机速度传感器采集的速度信号被转换成电压信号。核子皮带秤采集交通信号。所有信号都发送到核心模块。

  控制单元:当PLC接收到检测信号时,通过判断和决策,完成带式输送机的启动、功率平衡、节能和调速功能。同时,主控单元还具有断带、堆煤、撕带、冒烟、打滑、温度等故障保护功能。

  执行单元:变频器接收PLC的频率控制信号,根据给定的信号输出相应频率的电压给电机,实现电机的调速,完成带式输送机的各种功能。变频技术改造后,带式输送机完全实现了带式输送机的软启动和软停机运行方式,使带式输送机性能更加稳定。

  系统全程功率因数在0.9以上,大大节约了无功功率。采用变频驱动后,系统总传动效率比液力耦合器驱动提高5%~10%。改造后,系统可以根据负载变化自动调节输出频率和输出扭矩,改变了以往电机在工频下匀速运行的模式,很大程度上节约了电力能耗。而且四象限高压变频器的使用实现了带式输送机的能量回馈功能,进一步降低了带式输送机的能耗,液力耦合器的退出大大节省了设备的维护和维修费用。在节能环保方面更加完善。

  三、结论。

  目前,变频调速已广泛应用于各煤矿,并取得了良好的运行效果。随着新型电力电子器件的发展和性能的不断提高,变频调速技术在煤矿生产中的应用将会发挥更大的作用,取得更显著的经济效益。

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