變頻調(diào)速技術(shù)下礦井電機(jī)的控制范文

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摘要：煤炭作為我國的基礎(chǔ)能源，對保證國家能源安全具有十分重要的意義，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦井的機(jī)械化、電氣化水平不斷提升，變頻調(diào)速技術(shù)在礦井的應(yīng)用也不斷增加，基于此筆者從礦井機(jī)電的運(yùn)行環(huán)境，變頻技術(shù)基本原理、電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)模型、變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)等內(nèi)容出發(fā)，分析變頻調(diào)速技術(shù)在礦井應(yīng)用，以期能更好的促進(jìn)變頻調(diào)速技術(shù)在礦井的推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：礦井電機(jī);變頻調(diào)速；控制變頻調(diào)速技術(shù)伴

隨著交流電機(jī)的無級調(diào)速的需要而產(chǎn)生，隨著科技的不斷進(jìn)步，變頻調(diào)速技術(shù)不斷向前發(fā)展[1]。二十世紀(jì)七十年代以后，電力半導(dǎo)體技術(shù)突飛猛進(jìn)，使得變頻控制技術(shù)得以迅速發(fā)展，高性能的變頻控制設(shè)備已經(jīng)大規(guī)模的運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)及生活實(shí)踐當(dāng)中。近些年來，隨著礦井生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升，礦井的機(jī)械化、電氣化水平也不斷得以提高，變頻調(diào)速技術(shù)由于其具有啟動和調(diào)速平穩(wěn)，對電網(wǎng)正常運(yùn)行產(chǎn)生的沖擊小等特點(diǎn)，在礦井電氣設(shè)備中得到了長足的應(yīng)用[2，3]。基于此，筆者對頻調(diào)速技術(shù)的礦井電機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以期能更好的促進(jìn)頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用。

1煤礦機(jī)電運(yùn)行環(huán)境及特點(diǎn)

煤礦機(jī)電都是在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行工作，工作環(huán)境中瓦斯、粉塵等各種不利因素混雜，礦井機(jī)電設(shè)備的選型要根據(jù)礦井設(shè)備所處的環(huán)境決定，嚴(yán)格按照規(guī)章制度選用合適的電器、電機(jī)，杜絕由于電機(jī)設(shè)備原因?qū)е碌V井出現(xiàn)易燃?xì)怏w爆炸或者燃燒等事故。礦井機(jī)電設(shè)備都是隔爆型的，隔爆機(jī)電設(shè)備除了具有普通機(jī)電設(shè)備結(jié)構(gòu)以外還具有額外的防腐蝕、防爆等性能，當(dāng)機(jī)電設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)可燃?xì)怏w爆炸時(shí)，防爆外殼不會由此產(chǎn)生損壞，并能將爆炸危險(xiǎn)杜絕在機(jī)電設(shè)備內(nèi)部，杜絕更大施事故的發(fā)生[1-4]。

2變頻技術(shù)基本原理

交流變頻技術(shù)簡單來說就是把直流電逆變成可變化的頻率。在這個(gè)過程中電流頻率發(fā)生了改變，其主要原理是通過轉(zhuǎn)換供電電流的頻率，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率可以自動調(diào)節(jié)的目的，將頻率為50HZ的電流進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。變頻技術(shù)主要的類型有以下幾種：整流技術(shù)（交-直變頻，直流到交流的技術(shù)）；斬波技術(shù)（直-直變頻技術(shù)）；逆變技術(shù)（直-交變頻技術(shù)）；移相技術(shù)（交-交變頻技術(shù)）等，表1為各種變頻器的對比。根據(jù)電機(jī)學(xué)相關(guān)原理，電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速條件下計(jì)算公式為：n0=60f/P（1）其中：f、P分別為表示電源頻率、磁極對數(shù)。在特定的電機(jī)上，磁極對數(shù)是固定的一個(gè)數(shù)值，根據(jù)上述公式可知，對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整時(shí)，只需要調(diào)整電源頻率f就可以，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率是正相關(guān)的關(guān)系，也就是時(shí)候電源頻率越大，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度越高，反之當(dāng)電源頻率減小時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度隨之下降[4]。因此，通過調(diào)節(jié)電源頻率就能對電機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整，具體的異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的計(jì)算如下式所示。n=60f*[P（1-S）]-1（2）其中：f、P與式（1）中的表示相同；S表示為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)差率。假定電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為最佳，若要對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，則需調(diào)整電源的頻率f即可，為了保證不同轉(zhuǎn)速情況下電機(jī)能夠始終在額定的電磁通內(nèi)，則應(yīng)在對電源頻率f進(jìn)行調(diào)整時(shí)，要確保輸出的電壓幅值同步、同比例的進(jìn)行改變。

3電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)模型

電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分控制電路、主電路，具體見圖1所示。采用通用型變頻器，主電路使用較為成熟的交/直/交（AC/DC/AC）電路結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)由整流-慮波-逆變等三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。輸入時(shí)不控整流，采用大電容進(jìn)行慮波，產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電以為逆變器提供電源。控制回路控制的逆變電路硬件主要由單片機(jī)、人機(jī)操控、信號芯片以及外圍集成電路、通信接口等構(gòu)成。系統(tǒng)的核心處理器為AT-mega8515單片機(jī)，并經(jīng)由I/O接口（或者A/D總線）方式與液晶顯示屏、輸入鍵盤等交互工作，產(chǎn)生SPWM信號輸入，進(jìn)而對電機(jī)的運(yùn)輸進(jìn)行控制。4變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)（1）若電機(jī)正常運(yùn)行期間調(diào)頻電流值過高則容易導(dǎo)致設(shè)備受損，變頻控制下電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與電源電流的頻率是正相關(guān)的，電源頻率過高則易造成設(shè)備出現(xiàn)損壞，這種情況下可以運(yùn)用正弦脈寬調(diào)制電路來處理頻率過高導(dǎo)致電機(jī)受損的情況，正弦脈寬調(diào)制電路可以對電源的輸出頻率進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，達(dá)到無極變頻調(diào)速的目的。（2）正常平穩(wěn)運(yùn)行期間電機(jī)死區(qū)問題。低奇次諧波是造成電機(jī)正常平穩(wěn)運(yùn)行期間產(chǎn)生死區(qū)的主要誘因之一，運(yùn)用多重結(jié)構(gòu)模式來應(yīng)對電機(jī)死區(qū)問題，合理確定并選擇各重間相位差，輸出變壓器工作變化情況、輸出電壓器負(fù)極繞組，調(diào)整電流的輸出波形，降低諧波。（3）合理制定變頻方案。充分運(yùn)用感應(yīng)加熱電源進(jìn)行AC/DC將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)變成直流電，最后再經(jīng)由AC/DC轉(zhuǎn)變成交流電，滿足電機(jī)負(fù)載要求。

5總結(jié)

變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果明顯、操作安全，控制優(yōu)勢等顯著特點(diǎn)，在現(xiàn)代化礦井中值得推廣應(yīng)用的技術(shù)手段之一，基于此有必要對變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。文中對首先分析了礦井機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，并對變頻調(diào)速技術(shù)的技術(shù)原理進(jìn)行分析，進(jìn)而指出了電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)模型，最后指出了變頻調(diào)速技術(shù)在礦井應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)，以期能更好的促進(jìn)變頻調(diào)速技術(shù)在礦井的推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]于寧.我國交流變頻技術(shù)的發(fā)展研究[D].西安石油大學(xué),2015.

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[3]李海燕,李海寶,趙汗青,王學(xué)惠.數(shù)字變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦電機(jī)中的應(yīng)用研究[J].煤礦機(jī)械,2009,30(04):170-171.

[4]宋孝利,徐有升.電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用前景[J].華中電力,1997(05):20-26+37.

作者：暴瑞潔 單位：太原理工大學(xué)