变频技术在矿井 提升系统节能中 的应用研究

变频技术在矿井 提升系统节能中 的应用研究

杨启军 沈平

四川川煤集团广旺公司石洞沟煤矿 四川 广元 628211

摘 要：目前煤炭资源是我国能源总消耗中占比较大的一种资源，随着人们对煤炭需求量的上升，进而对煤矿企业矿产生产有了更高的要求。基于此，本文针对变频技术在矿井提升系统节能中的应用进行研究，首先分析了变频器的调速原理，通过案例比较转子串电阻与变频器在矿井提升机系统中电能的损耗，得出两者之间变频技术更具有节能的优势。 因此在大型煤矿生产中，对原有转子串电阻系统进行变频改造，节约能源的同时还能够得到更高的经济效益。

关键词：矿井提升机； 节能； 变频

引 言

当前矿用提升机控制系统通常使用绕线电机转子串电阻的方法进行调速：在各速度段，使用交流接触器进行切换。 但是这种控制系统相当麻烦，并且系统的故障次数较多，接触器、电阻器、绕线电机碳刷易受损，运行维护检修工作复杂且耗时，对煤矿的生产造成了一定程度的影响；并且大量的电能主要被消耗在转差电阻上，导致了相当严重的能源浪费等问题。 针对这些情况，本文将主要介绍变频器在矿井提升机节能方面的应用。

1 变频器的调速原理

异步电机定子对称的三相绕组中通入对称的三相交流电， 在电机气隙内会产生一个旋转磁场，其旋转速度为同步转速

式中 f₁———定子绕组电源频率；

p———电机磁极对数；

s———异步电机转差率， 。

则异步电机转速

（1）

由式（1）得，变频器的原理就是通过改变电机输入电源频率来改变电动机转速的，因此这个方式的调速范围很广， 并且变频器的调节精度一般为0.01 Hz，这样可以非常好地满足提升机的恒加速和恒减速状态下无级调速的要求。 实现了低频低压的软启动和软停止，使运行更加平衡，机械冲击小。 变频调速有别于转子串电阻调速， 它不改变转差率，无论其转速高低，转差功率消耗基本不变，因此调速效率最高。

2 变频器应用的实际案例分析

已知某矿井的提升机型号为 2 JK-3.5/11.5,最初采用串电阻调速方式， 通过改造后使用变频调速方式，下面针对 2 种调速方式的电能损耗进行比较。

2.1 矿井提升系统基本参数

井筒深度 Hs/m 450

卸载高度 Hx/m 16

装载高度 Hz/m 18

井架高度 Hj/m 32

电动机型号 YR-800-12/1430

箕斗型号 JL-6

2.2 提升系统的速度图及力图

根据《煤矿安全规程》相关规定与技术要求，以6 阶段速度图为数学模型， 对系统进行运动学及动力学参数的计算（过程省略）。 得到如图 1 所示的速度图及力图。

（a）速度图

(b)力图

图 1 提升系统的速度图及力图

2.3 能量损耗比较

（1）转子串电阻一次提升电耗

式中 v_m———最大运行速度，v_m=7.84 m/s；

η_j———减速机效率，η_j＝0.85；

η_d———电动机效率，η_d＝0.915。

由图 1 可知

（2）采用变频器后一次提升电耗

变频器效率 η_b＝0.97。

由图 1 可知

由此可知节能率

3 结束语

在整个矿井总用电量中， 提升设备用电量大约占 15%，并且随着矿井深度的不断刷新，其所占比例会越来越大。因此，降低矿井系统的电能损耗，对于煤矿企业（特别是大型企业）是非常重要的。并且由于转子串电阻调速系统电路复杂、 故障率高等缺点，时

常影响生产效率，所以在矿井中采用变频器对原有转子串电阻调速系统进行改造是很有必要的。

参考文献

高压变频技术在火电厂节能中的应用[J]. 刁洪虎.  通信电源技术. 2019(08)

[4]高压变频技术在轨梁厂大功率风机上的应用[J]. 刘自彩,青海泉,张剑峰,刘琦.  四川冶金. 2020(01)

[5]高压变频技术在煤矿主通风机上的应用[J]. 杨志林.  机械工程与自动化. 2017(03)

[6]高压变频技术在火电厂中的节能应用[J]. 张云飞.  科学技术创新. 2020(01)

[7]浅谈高压变频技术在中大型泵站的应用[J]. 乔镜铭.  农业科技与信息. 2019(11)

[9]高压变频技术在排烟机上的应用[J]. 张炜.  电世界. 2017(07)